Epro MMS6000應用于TSI系統中的問題研究

姜烈偉

(廣東粵電集團有限公司韶關發電廠，廣東 韶關 512132)

Epro MMS6000應用于TSI系統中的問題研究

姜烈偉

(廣東粵電集團有限公司韶關發電廠，廣東 韶關 512132)

以某電廠330 MW機組Epro MMS6000 TSI系統為研究對象，針對瓦振信號突變的現象，通過檢修質量判斷、運行工況分析、控制回路測試以及汽輪機監視儀表(TSI)系統接地網絡檢查、分析，判定因TSI系統接地不良導致信號電纜屏蔽層未起到屏蔽作用，使得干擾通過電纜或地網竄入振動信號中，引起瓦振信號突變。對以上原因進行分析，重新搭設了TSI系統接地網絡。方案實施后，TSI系統振動信號未出現異常，機組安全、穩定運行。實際運行證明了該方案的正確性，為解決TSI系統信號異常提供了一種有效方法。

汽輪機;發電廠;燃煤機組;瓦振;TSI;干擾

0 引言

汽輪機監視儀表(turbine supervisory instruments，TSI)系統用來連續測量汽輪機的轉速、振動、膨脹、偏心、軸向位移等機械參數，并將測量結果送入控制、保護系統。其一方面，供運行人員監視、分析旋轉機械的運轉情況；另一方面，在參數越限時執行報警和保護功能。以其所監視的軸向位移為例，汽輪機軸向位移過大時，輕則可能造成燒瓦、軸頸局部彎曲事故，重則會導致汽輪機發生摩擦、碰撞，從而造成葉片折斷、大軸彎曲、隔板和葉輪碎裂等惡性事故。因此，TSI系統對于機組的安全運行起著至關重要的作用。同時，對TSI系統的穩定性提出了更高的要求。

本文以某電廠330 MW機組的TSI系統為例，對瓦振信號突變的問題進行測試、分析，通過檢修工藝檢查、控制回路測試、TSI系統接地網絡分析，判定根本原因是TSI機柜接地不良。2015年3月，按照方案重新搭設了TSI系統接地網絡。應用至今，Epro MMS6000系統運行穩定、可靠，為燃煤機組的安全運行提供了有力的保障。

1 系統簡介

某發電廠330 MW燃煤機組汽輪機采用由東方汽輪機有限公司制造的N330-16.67/537/537-8型(合缸)亞臨界、中間再熱、兩缸兩排汽凝汽式汽輪機；所配備的TSI系統為德國Epro(原菲利普)公司MMS6000系列產品，主要由傳感器、延長電纜、前置器、就地電纜和監測保護系統組成；MMS6000所有板件均采用針式接插件，電源部分采用15芯接插件，其余均采用48芯接插件。所有插針都通過導線連接到機柜的端子排上，輸入信號經端子排通過針式插件進入板件，經板件處理后，輸出信號再由針式接插件送至端子排。

2 故障概述

從2014年11月開始，該機組2#瓦瓦振出現異常波動，表現為：當機組負荷上升時，振動值下降，最小值為14.35 μm；當機組負荷下降時，振動值上升，最大值為47.73 μm；在閥門切換過程中，當3#高壓調速汽門開啟時，振動值上升，最大值為57.26 μm。

瓦振過大時會發生軸封/汽封磨損、滑銷磨損、轉動部件疲勞強度降低等危害，嚴重時會發生燒瓦、軸彎曲等惡性事故。因此,振動故障對機組安全生產構成重大隱患。一旦發生故障，后果往往非常嚴重[1]。

3 數據采集

TSI系統瓦振監測卡件為MMS6120，所使用探頭為PR9268/20速度式探頭，垂直安裝于每個瓦蓋頂部。軸振監測卡件為MMS6110，所使用探頭為PR6423型渦流傳感器。每個軸承處安裝兩只互成90°的探頭，垂直于軸承，且與水平方向的夾角為45°，分別測量X、Y方向的渦流。為了解決2#瓦軸振和瓦振的突變問題，決定在高負荷狀態下，進行降負荷試驗和閥切換試驗，以監測1#、2#瓦軸振和瓦振變化趨勢，采集相關數據。同時，在就地2#瓦瓦振傳感器旁增加一個Bently 9200型速度傳感器，以便對比分析。振動測試系統如圖1所示。

圖1 振動測試系統示意圖

經中國南方電網電力調度控制中心批準，機組于2015年12月9日下午進行變負荷試驗和閥門切換試驗；17時03分，機組從290 MW開始降負荷；18時35分，機組開始由順序閥切單閥運行。

從振動測試結果可以得出，機組降負荷和閥門切換過程中，1#瓦瓦振振動幅值波動量達到15～20 μm；振動異常主要表現在2#瓦瓦振的波動，2#瓦瓦振振動幅值波動量達到40～80 μm；2X軸振、2Y軸振幅值變化平穩，未見異常突變。而就地增加安裝測點的振動不超過10 μm，未出現明顯波動，與機組自備測點測試值差別較大。

從瓦振瀑布相關數據可以看出，2#瓦瓦振波動源于低頻分量的影響，低頻分量波動范圍為6～57 Hz之間，且該低頻分量大多集聚在10 Hz，在積分成位移過程中低頻分量信號被放大[2-3]，所以出現了幅值變大的情況。

4 故障分析與結論

4.1 故障分析

從增加的現場測點振動趨勢不難看出，就地增加測點的振動未出現明顯波動，與機組自備測點測試值差別較大。Epro公司的9268傳感器的最低拾振頻率為4 Hz(最低拾振頻率為Epro傳感器的特性參數，是產品的原特性，不能改變[4])；而Bently 9200傳感器的最低拾振頻率大于10 Hz(最低拾振頻率為Bently傳感器的特性參數，是產品的原特性，不能改變[4])，且端值部分存在頻響誤差。瓦振傳感器檢驗報告統計數據表明，Bently瓦振傳感器的低頻響應均大于10 Hz。2#瓦瓦振波動受低頻分量的影響，且低頻能量帶大多集中在10 Hz。因此，就地臨時安裝的Bently瓦振傳感器對該振動不敏感是可以解釋的。

根據以上測試，將從以下4個方面對2#瓦瓦振信號突變的成因進行分析。

①檢修工藝及質量檢查、判斷。

機組檢修過程中，考慮到檢修工藝、質量方面因素，1#瓦、2#瓦剛性度不夠、瓦蓋緊力不夠等原因，也可導致2#瓦瓦振突變[5]。雖然這種現象概率很小，但也不能完全排除這種可能性。通過現場檢查發現，剛性度及緊固程度均正常。

②運行工況。

由于機組運行工況發生改變，凝汽器循環水流量、水位也隨之發生變化。如果流量、水位變化過快，會對凝汽器兩端形成浪涌式沖擊，引起凝汽器箱體低頻振蕩[6]。由于凝汽器的懸掛結構為彈性，前端正好在2#瓦下方，且1#、2#瓦處的轉子質量相對低壓轉子側要輕。因此，當發生這種現象時，凝汽器另一端的5#、6#瓦也應有響應，只不過轉子前端反應會更敏感。通過查看5#、6#瓦瓦振DCS歷史趨勢，發現振動曲線平滑，沒有突變現象，由此可以排除這種可能。

③控制回路測試。

將2#瓦瓦振信號正負端倒置后接入端子排，此時振動值大幅下降，分析原因為負向干擾較少，而正向信號干擾較多。解除2#瓦瓦振探頭接線，將3#瓦瓦振探頭拆下并安裝至2#瓦處，結果2#瓦瓦振還是突變，此時推斷干擾來自電纜。

將2#瓦軸振前置器至監測卡件的信號線以及瓦振探頭接線全部解除，使前置器、軸振探頭、瓦振探頭與TSI系統全部分離，然后對2#瓦所有與機柜直接相連的振動信號電纜進行絕緣測試。2#瓦振動信號線絕緣測量值如表1所示。

表1 2#瓦振動信號線絕緣測量值

由表1可以看出，與機柜直接相連的信號線和屏蔽線絕緣均合格。由此可以斷定，TSI機柜端接地不可靠。

④TSI系統接地網絡。

TSI系統機柜內共有3排框架，每一個框架都有一個公共接地端。將信號COM線連在一起組成系統的公用零位，最終與信號電纜的屏蔽層一起直接連接到機柜接地端子上。TSI系統接地網絡如圖2所示。但機柜內未發現接地銅排，TSI接地的電纜在機柜內向下穿過地板，去向不明。

經現場檢查，TSI系統接地電纜連接在3#接地匯流板上，接在3#匯流板上的地線有：脫硫系統機柜接地、電氣系統ECS機柜接地、UPS電源地等，共7根接地線。這就容易導致其他接地的較大干擾信號通過接地網絡接入TSI系統[7]，引起測量信號異常。另外，這種接地網混接的方式也不符合“同一信號回路或同一線路屏蔽層只允許有一個接地點”的電力行業相關規定[8]。

4.2 故障分析結論

在低壓缸瓦振的測量中，常常出現低頻信號，主要原因是低壓缸的軸承采用座缸式。低壓缸結構復雜，流體參數變化容易對缸體的振動產生影響，從而導致座缸軸承的相應振動，汽機平臺也會將低頻管道振動的影響傳遞到軸承上[9-10]；同時，TSI系統現場設備運行環境為高溫、強電磁場環境，由于機柜接地不良，來自外部環境因素產生的干擾(電導耦合、電磁輻射、油膜或汽激振等)信號[11]，會通過電纜或地網疊加在原信號上，從而引起模擬量波動或突變。

經過以上測試、分析，可以得出如下結論：TSI瓦振信號異常的原因應為TSI機柜接地不良，由此導致信號電纜屏蔽層未起到屏蔽作用，使得干擾信號通過電纜或地網接入瓦振信號中，引起示值波動、突變。

5 解決方案與實施效果

由于接在3#匯流板上的地線有脫硫系統機柜接地、電氣系統ECS機柜接地等7根接地線，因此需將TSI系統接地網剝離出來，以使TSI系統接地網絡穩定、可靠。

解決方案如下。

①將TSI地線從3#匯流板中抽取出來，直接從熱控接地樁單獨接一根截面積為50 mm2的接地線引到TSI系統，使TSI系統具有獨立的接地網絡。

②接地線應采用多芯軟銅線，接地電纜線應與接地母線排可靠連接。

③TSI接地電阻不應大于1 Ω。

機組檢修期間，按照上述方案，重新敷設了接地線，瓦振、軸振測量參數未出現突變等異?，F象。MMS6000系統運行穩定，機組運行安全性顯著提高。

6 結束語

本文針對330 MW機組的Epro MMS6000系統瓦振信號異常突變問題，在進行運行工況分析、控制回路測試以及系統接地網絡檢查、分析后，重新搭設接地網絡，徹底解決了TSI系統振動信號異常問題。實際運行表明，TSI系統穩定可靠，保證了燃煤機組的安全運行。

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Research on the Application of Epro MMS6000 in TSI System

JIANG Liewei

(Shaoguan Power Plant, Guangdong Yudean Group Co.,Ltd.,Shaoguan 512132,China)

Taking the Epro MMS6000 TSI system of certain 330 MW power unit as the research object, in view of the phenomenon of signal mutation of bearing housing vibration, through judging by the quality of maintenance, the operation condition analysis, the control loop test a turbine supervisory instrumentation(TSI)system, it is considered that the poor grounding of TSI system may lead to the shielding layer of signal cable does not play a role in shielding, so that the interference signal is fleeing into the vibration signal through the cable or the grounding network, which causes the sudden change of the bearing housing vibration signal. According to the above analysis, a TSI grounding network is rebuilt. After the completion of the scheme implementation, abnormal vibration signal of TSI system does not appear, this ensures the safe and stable operation of the unit. The actual operation proves the correctness of the design; and the research provides an effective method to solve the problem of abnormal signal for TSI system.

Turbine; Power plant; Coal-fired unit; Bearing housing vibration; Turbine supervisory instrumentation(TSI); Interference

姜烈偉(1979—)，男，學士，高級工程師，主要從事火電機組自動化及過程控制方面的研究。E-mail:108893063@qq.com。

TH-3;TP27

A

10686/j.cnki.issn 1000-0380.201701024

修改稿收到日期:2016-08-16