汽輪機TSI系統軸向位移故障原因分析與改造

賀志中

（江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司，江蘇 啟東226246）

0 引言

江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司為4×660MW超超臨界機組，汽輪機TSI系統軸向位移共四個測點，均安裝在汽輪機前箱內。由于種種原因軸向位移數值在正常運行中出現一些偏差，使得無法判斷其準確性且易造成機組非停。為了避免機組誤動，應將軸向位移探頭、前置器、卡件等進行改造。

1 汽輪機TSI系統軸向位移故障原因分析

通過軸向位移運行情況，我簡略統計出影響軸向位移數值偏差或造成機組非停的主要原因。

1.1 軸向位移測量一次元件故障導致機組非停

機組正常運行中，軸向位移其中一個數值突然跳變，超過軸向位移定值誤發信號，過段時間自己自動恢復為正常值。這種情況并不多見，一般為軸向位移測量一次元件故障，如果遇到這種情況，可以等到機組具備檢修條件或者機組停機時，對有問題的軸向位移測點探頭及前置器進行更換。

1.2 電纜接地不規范

電纜的屏蔽層在敷設時未做好防護，電纜在機組運行時有磨損，造成有兩點及以上接地情況。不同的地網間會產生電勢差，在屏蔽層內產生環流，從而造成軸向位移數值的波動。因此我們安裝時就必須做好接地和電纜屏蔽層的防護工作，這也是保證軸向位移測點準確的重要措施之一。

1.3 延長電纜至前置器接頭松動

對于軸向位移來說，軸向位移探頭、延長線及前置器為一個測量整體，它們有相應的阻抗和特性曲線。隨機組運行時間、氣候及金屬氧化的影響，原來的接頭和接線會出現松動，這樣會使它們相應的阻抗和特性發現一定的變化，導致軸向位移測點的波動。為了避免此類現象的發生，我們可以根據軸向位移的使用壽命，在大、小期間對軸向位移進行整體的更換。

另外軸向位移探頭與前置器之間盡量減少中間接頭的使用，讓故障點減到最低。如使用有中間接頭的軸向位移探頭時，對軸向位移中間接頭應正確安裝，切勿將小lemo頭插緊后旋轉，這樣會使lemo頭松動。只需將lemo插緊后用熱縮套管熱縮后即可。

圖1 軸向位移中間接頭正確安裝方法

1.4 周圍環境因素，導致信號跳變

軸向位移的一次元件主要是一個電渦流探頭，在探頭中有一線圈，前置器中的高頻振蕩電流通過延伸電纜流入該線圈，產生一個軸向磁場；當被測金屬體靠近這個磁場時切割磁力線而產生電渦流，電渦流的大小隨探頭與被測體表面間的間距變化，并經延伸電纜送至前置器檢波、放大，轉化成隨機械位移(間隙)變化的電壓信號。當有外部磁場影響該線圈產生的磁場時，電渦流的大小就不能正確地反映探頭與被測物間的距離，引起測量顯示異常。

除了外部磁場影響軸向位移測量，還有另一個重要的隱患存在就是測量回路電纜的老化。由于軸向位移的一次元件是裝在汽輪機前箱之內，所以測量回路電纜很容易受高溫影響迅速老化，造成絕緣層開裂。測量回路電纜應遠離高溫環境或采用高溫電纜來避免迅速老化的惡果。

1.5 單點保護易勿動

為保證軸向位移信號觸發保護系統的及時性，火電機組軸向位移輸出的觸發保護信號，原設計多采用單點測量信號且不加延時。但由于軸向位移在電廠運行的環境是一個強電磁場環境，包括來自系統內部的異常（測量一次元件、前置器、裝置等）和外部環境因素產生的干擾（電導耦合、電磁輻射等），這些干擾都可能引發單點信號保護回路的誤動。根據我廠及其他火電廠長期運行的經驗，軸向位移因為真實變化導致跳機的情況很少見，由于它本身一次元件、前置器及卡件損壞造成停機的也是少之又少，最常見的就是外部因素誘導下的誤發信號造成停機。這樣我們就很有必要的將軸向位移的單點保護更換為三取二邏輯，或者限于現場條件改為二選二，或者增加一點點延時，那么由于軸向位移測點誤動次數都將大大減少。

1.6 單電源供電造成機組非停

目前有些機組TSI系統采用單電源供電，或雖采用了雙路電源但電源模塊仍為單個。如果這路電源失去軸向位移等重要保護參數將失去監視，所以正常運行時必須有可靠的兩路獨立的供電電源，應優先考慮單路獨立運行就可以滿足TSI系統容量要求的二路不間斷電源（UPS）供電，正常運行時各帶一半負荷同時工作，確保電源切換對系統不產生擾動?；蛘卟捎靡宦稶PS、一路保安電源供電，如果保安電源電壓波動較大，應增加一臺穩壓器以穩定電源。

圖2 TSI系統雙電源冗余配置

1.7 軸向位移測點在同一卡件造成機組停運

我廠軸向位移的一次元件與卡件沒有實現一一對應的關系，單一卡件故障極易造成軸向位移保護誤動。

2 汽輪機TSI系統軸向位移故障的改造方法

前面對軸向位移一次元件故障、電纜接地、延長線至前置器接頭、周圍環境、單點保護和單電源供電等因素造成機組非停的處理方法已做了簡要的闡述。下面我們主要對軸向位移的一次元件與卡件沒有實現一一對應的關系，單一卡件故障極易造成軸向位移保護誤動這一故障進行改造分析。

以我廠軸向位移為例，原系統和設備的基本情況如下：

江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司為4×660MW超超臨界機組，其中2-4號機組汽輪機TSI系統軸向位移共四個測點，均安裝在汽輪機前箱內，其中測點1、2接入位于汽機電子間的TSI機柜的R6位置MMS6210卡件上，同樣，測點3、4接入R7位置MMS6210卡件上，保護的動作方式為測點1、2同時達到跳機值±1mm,或者測點3、4同時達到跳機值±1mm，則觸發TSI機柜內ZJ7繼電器，送兩路閉合接點到DCS中的ETS系統中，觸發汽輪機ETS動作。

因為測點1、2接在R6位置的MMS6210卡件上，測點3、4接在R7位置的MMS6210卡件上，兩個測點接在一個卡件上，如果卡件故障則軸向位移必然會動作，導致機組誤跳。針對這種情況，我們制定了詳細的改造措施：利用檢修期間，TSI系統具備停電條件，汽機電子間TSI機柜剩余卡槽增加兩塊軸向位移卡件MMS6210。使軸向位移1接到R6卡槽位置，軸向位移2接到R7卡槽位置，軸向位移3接到R24卡槽位置，軸向位移4接到R25卡槽位置，后面配線插頭隨探頭挪動，保護動作接線保持不變。連接調試電腦，對R6、R7、R24、R25位置的卡件重新組態，刪除每個卡件無用的通道2上的組態。下裝完組態后調試，保證動作正常，并做好實驗記錄。調試完畢，軸向位移保護具備投運條件。這樣每一個軸向位移的一次元件和MMS6210卡都一一對應，即使某一塊MMS6210卡件故障，也不會對機組安全運行造成威脅。

圖3 改造后軸向位移獨立卡件位置

3 結束語

為了保證軸向位移在正常運行的系統中安全穩定的運行，以上幾點影響軸向位移的因素是應該徹底消除的，優良的設備和環境是保證軸向位移安全穩定運行的先決條件。本文對汽輪機TSI系統軸向位移故障原因和改造方法進行了探討，從而得出了提高軸向位移的安全穩定運行的措施。

［1］EPRO軸向位移說明書[Z].

［2］振動測試與動態分析[M].航空工業出版社,1992.

［3］設備故障診斷手冊[M].西安交通大學出版社,1998.