汽輪機軸承振動保護優化改造

郭濤然

（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

呂四港電廠汽輪機為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、高中壓合缸、反動凝汽式汽輪機，型號是CCLN660-25/600/600。其汽輪機本體監測（TSI）保護采用上海松源艾普工業電子有限公司生產的德國epro 公司MMS6000系列裝置。該裝置通過傳感器對汽輪機機組的轉速、偏心、軸位移、軸振動等進行測量，通過雙通道設計的智能卡件輸出控制，當任一軸振達到保護值250μm 則引發軸振大保護信號，若TSI 回路出現故障時，不可避免引起振動保護誤動[1]，對機組安全運行造成極大的威脅。

目前國內汽輪發電機組振動保護的投入方式不盡相同，甚至不投，嚴重危及機組的安全運行，本文針對電廠的自身特點，設計了機組并網前和并網后不同的振動保護方案，為機組的安全穩定運行奠定了基礎。

1 項目提出的背景及優化改造的必要性

1.1 項目提出的背景及存在的問題

呂四港電廠汽輪機組1-9 號軸承均安裝有X、Y 向振動探頭，探頭接入TSI 控制柜，在TSI 控制柜內通過繼電器搭接汽機軸振大保護回路，在機組啟動并網前，任一軸振數值大于125μm TSI 控制柜則向DCS 輸出報警節點，任一軸振數值大于250μm 則向ETS 系統輸出兩個保護節點，跳閘汽輪機，機組并網后軸振大保護自動解除，未實現軸振保護全程投入。

呂四港電廠TSI MMS6000 系統，其中汽機振動保護為單點保護且僅在汽機啟停期間投入，未實現全程投入，且每一軸承的X、Y 方向公用一塊MMS6120 智能卡件，卡件不獨立，隨著運行期限的增加，個別振動保護探頭會出現故障波動現象，可靠性降低。若不對原系統進行改造而盲目對振動保護投入，則不利于機組的安全穩定運行。避免因汽機振動大而未及時停機造成汽輪機轉子損壞的惡性事件，所以汽輪機振動保護的全程投入尤為重要。

1.2 進行技術優化改造的必要性

汽輪機軸振大保護作為汽輪機的一項重要保護，對機組的安全穩定運行有著重要的作用，而機組并網后軸振大保護則自動解除，僅靠運行人員的監盤和巡檢來發現汽機振動是否異常，不能準確及時地起到軸振大保護汽輪機的作用。

根據《火電廠熱控系統可靠性配置與事故預案》中（附錄A.1 續第21 條）對保護可靠性優化的意見，對汽輪機軸振大保護可做以下改造：機組并網后，汽輪機相鄰軸承軸振報警值和本軸承軸振保護值進行“與”邏輯判斷，輸出保護節點跳閘汽輪機。

2 振動保護優化改造方案

2.1 改造的硬件方面

在機組TSI 柜旁安裝一面新的控制柜，在新增加的控制柜內增加9 塊軸振檢測卡（MMS6110）、兩塊24VDC 電源、TSI 背板、繼電器等，根據施工圖紙搭接內部接線，將1-9 號軸承X、Y 向探頭引入新增加的18 塊軸振檢測卡上，在TSI 機柜內重新配線，送出36 路報警及跳閘信號，在DCS 的ETS 控制柜內增加4 塊SOE 卡件，負責接收各1-9號軸振的報警及跳閘信號，在DCS 中根據送過來的開關量信號自由組態，并將保護輸出節點送至ETS 系統。

本改造方案將每個軸承的X、Y 向振動探頭與卡件徹底獨立布置，且保護測點平均分配到ETS 控制柜的重新增加的4 塊SOE 卡件上，大大提高了設備的可靠性。

2.2 控制邏輯方面

汽輪機振動保護并網前保護方式不變，即未并網時任一軸X、Y向振動大于保護值（>250μm）汽輪機跳閘，只是原先為TSI 控制柜內由繼電器搭接送至ETS，現為DCS 邏輯組態后輸出保護節點[2]，如圖1所示；在汽輪機并網后，軸振大保護動作方式如下：1-8 軸瓦X 或Y 向振動大于保護值（250μm）與上相鄰軸承任一軸振及本軸另一方向軸振大于報警值（125μm），輸出軸振大停機保護接點。9 號軸瓦處于發電機勵磁機側，不參與保護，以第一組軸承為例，具體動作方式如圖2 所示；其余各軸保護邏輯依此類推。

圖1 機組并網前邏輯組態

圖2 機組并網后邏輯組態

3 試驗及兩種方式對比

3.1 保護試驗

在DCS 側，未連接TSI 卡件時，在ETS 柜內相應輸入點分別用短接線按照改進后的振動保護控制邏輯進行短接[1]，根據跳機的不同情況分別進行試驗，每一控制回路皆動作正常。

硬件設備加裝好后，將相應軸振的組態下裝MMS6110 卡件中后，然后通過對相應TSI 振動卡件中各個報警值與保護值進行強制，通過記錄繼電器動作情況和DCS畫面振動報警信號及ETS 振動保護邏輯信號，根據不同保護動作情況分別進行邏輯試驗，最終振動保護正確動作。

3.2 對比

機組并網前，軸振大保護為任一軸X、Y 向振動大于保護值（>250μm）輸出保護節點汽輪機跳閘，設計重點從拒動角度考慮，一般機組檢修后汽輪機進行沖轉帶負荷過程中，為了避免因單一軸振大于保護值時汽輪機任運行帶來的危害，因此當任一軸X、Y 向振動大于保護值時則跳汽輪機，最大限度的保護汽輪機，該方式簡單、明了，且較容易設計。

機組并網后，軸振大保護動作方式如下：在同一組內某軸承振動大于保護值（>250μm）與上相鄰軸承振動及本軸另一方向軸振大于報警值（>125μm），延時兩秒鐘輸出軸振大保護節點，設計重點先從誤動角度考慮，因此考慮與上相鄰軸承振動的報警值，同時為了避免拒動，當本軸另一方向軸承振動大于報警值時，表明本瓦軸承振動已到跳機保護時，該方式組態較復雜，在與原系統完全匹配的情況下進行改造，兼容性良好，對原系統進行卡件獨立，最大限度的提高設備的可靠性，保證機組的安全穩定運行。

4 優化改造分析

4.1 設備可靠性

按照上述方案進行改造，考慮到保護測點獨立的設計原則，需將TSI 柜內1-9 號軸振探頭獨立分布在18 塊軸振檢測卡上（MMS6110），而目前TSI 控制柜內已有9 塊軸振檢測卡，仍需再安裝9 塊軸振檢測卡，而原TSI 控制柜內空間有限，無法安裝，需在TSI 控制柜旁邊重新布置一面控制柜，內部安裝電源、背板和9 塊軸振檢測卡（MMS6110），將1-9 號軸承Y 向振動探頭重新分配在新安裝的9 塊軸振檢測卡上，同時在新增加的控制柜內通過繼電器送出36 路報警、跳機信號，并將該信號輸出至ETS 系統，然后在DCS 中根據上述保護邏輯自由組態。

改造優化后將每個軸承的X、Y 向振動探頭與卡件徹底獨立布置，且保護測點平均分配到ETS 控制柜的重新增加的4 塊SOE 卡件上，大大提高了設備的可靠性。

4.2 改進后達到的效果

實現汽輪機振動保護全程投入。振動探頭與卡件獨立，且通過卡件送出報警及跳閘信號，保護準確及時可靠。通過采集每個軸承振動的報警及跳閘開關量信號，可以實現在DCS 中的汽輪機并網前和并網后的邏輯，提高設備可靠性，降低保護誤動率。

5 結論

改造完成后可實現振動保護全程投入，保證汽輪機的安全運行；將振動探頭與卡件獨立，且通過卡件送出報警及跳閘信號，保護準確及時，提高設備可靠性，并無環境污染問題。且可以實現在DCS 中的保護邏輯，提高設備可靠性，降低保護誤動率，消除了因TSI 系統誤動引起機組跳閘的不安全因素，提高了汽輪機組運行的安全性和穩定性，因此此次電廠的汽輪機振動保護改造優化是成功的。

［1］吳佼佼.王喆.600MW 汽輪機振動保護改進[J].重慶電力高等?？茖W校學報，2010，4.

［2］陳尚兵，王會.汽輪機振動保護邏輯的優化與探討[J].浙江電力，2008.