大型發電機組扭振保護安裝調試技術研究

中國電建集團核電工程公司 侯端美 歐陽安綱

1 前言

隨著電力需求日益增長，國內600MW及以上大型發電機組的蒸汽參數不斷提高，軸系結構越來越復雜，輕質、柔性、多支承、多跨距、高功率密度的特征更加明顯。這些因素都極大的增加了汽輪發電機組發生扭振特別是發生次同步震蕩的危險，進而引發發電機軸系扭振，使大軸材料疲勞壽命損耗，嚴重時可能導致大軸扭斷，威脅機組軸系安全運行。為避免造成發電廠發電設備的重大損壞和電網的嚴重損失，汽輪發電機組軸系扭振保護裝置（Torsional Stress Relay,簡稱TSR）逐步成為電廠的重要保護裝置。

扭振保護裝置采取汽輪發電機組軸系轉速信號和發電機端電氣信號，分析各種擾動軸系截面疲勞損傷，當軸系壽命疲勞損耗達到設定值，或當軸系被激發特征頻率的次同步扭振、振幅逐步發散可能對機組安全構成威脅時，發出或動作保護跳閘、告警及聯動等。

目前扭振保護安裝及調試技術尚未形成行業標準或規范，該裝置安裝技術的研究意義重大，有利于推動安裝標準的形成，保證發電機組安全穩定運行。

2 發電機組扭振保護裝置介紹

發電機大軸的轉速傳感器采集的轉速脈沖信號是扭振保護的主要信號源，傳感器的安裝質量直接影響信號數據的采集。目前國內機組發電機機頭及機尾測速齒輪上方扭振傳感器安裝位置，已安裝了較多轉速傳感器、鍵相傳感器、偏芯傳感器，用于DCS、DEH、超速保護等。但是用于扭振保護雙重化配置所需的共8只測速傳感器（機頭及機尾各4只）安裝空間不足。因此，通過分析現場安裝難點，將發電機組扭振保護安裝調整如下：

2.1 扭振保護測速器安裝在汽輪機靠近一號瓦前箱內，以往廠家配置的傳感器支架未設計TSR傳感器安裝孔，傳感器安裝空間不足，根據傳感器安裝的要求，其中每兩支為一對，每對傳感器之間安裝夾角為180o（見圖1），通過研究借用熱控專業支架，并進行改制，使其能夠滿足TSR傳感器安裝的要求。

圖1 傳感器安裝位置

2.2 現場合理優化TSR就地接線盒安裝位置，確保前箱安裝的4支傳感器引線不經延長線對接，實現與被測設備一體化安裝，避免環境對信號測量的干擾。

2.3 在電纜橋架上采取隔離措施，建立扭振保護電纜敷設專用通道，在主通橋架和分支橋架中間加設鍍鋅隔板，采用焊接的辦法將橋架分為兩側，扭振保護信號電纜單獨敷設。

2.4 將保護柜內二次接地銅排，通過1×120mm2電纜，連接到位于繼電保護室下方的等電位接地銅牌上，滿足柜內電流、電壓回路對等電位接地的要求。

2.5利用信號發生器進行測速信號檢驗，給機頭兩路轉速信號回路同時加入FM調制正弦波信號進行轉速信號采集試驗，將信號偏差控制在0.1%～0.5%以內。

3 安裝及調試要點分析

3.1 傳感器支架改制

首先對傳感器支架進行改制，將支架延長（見圖2傳感器支架改制）。選取與汽輪機廠家所提供傳感器安裝支架直徑相同的管材進行加工。將需使用管材，用切割機切下需要使用的尺寸，進行打磨處理，確保材料無銹跡，嚴禁刷漆（由于支架安裝的部位會碰到大軸轉動時帶起的冷卻油，防止防銹漆、油漆被冷卻油溶解，對機組運行造成危害）。然后依照傳感器尺寸進行鉆孔、攻絲加工，將加工完的材料，焊接在原傳感器安裝支架上，焊接完成后嚴禁出現氣孔現象。對焊接完成后的部位進行打磨處理，并對焊接部位進行著色試驗合格后就位傳感器支架。

圖2 傳感器支架改制

圖3 測速傳感器安裝圖例

圖4 傳感器刻線

3.2 測速傳感器安裝

機頭位置安裝的4支扭振保護測速傳感器（其中每兩只元件為一對）安裝在前箱內靠近一號瓦的軸承齒輪上，上方有端蓋保護，在機組運行時處于封閉狀態，安裝質量及精度要求高，兩只傳感器支架安裝夾角在120°～180°之間，安裝夾角180°為最佳狀態（見圖3測速傳感器安裝圖例）。

轉速探頭安裝間隙為0.8～1.2mm(以被測齒盤的齒輪凸頂為基準，見圖4轉速探頭安裝圖例)，并使其安裝牢固、可靠，并利用塞尺測量傳感器與齒輪凸頂之間的間距為1mm。

測速傳感器金屬桿上有一條刻線，刻線與傳感器自身軸線構成的平面應于齒輪盤旋轉平面相垂直（見圖4傳感器刻線）,以滿足扭振保護傳感器雙重化安裝的要求。（見圖5傳感器安裝）

傳感器安裝完成后，傳感器引線與熱控專業的傳感器引線一起綁扎牢固，通過廠家預留孔引出汽輪機前箱，并使用專用密封材料，將預留孔密封嚴密且牢固，無滲油、漏油現象。

3.3 TSR就地測速接線盒安裝位置合理優化

就地測速接線盒安裝位置合理優化，確保機頭和機尾各安裝4只傳感器引線不經延長對接，實現與被測設備一體化安裝，避免環境對信號測量的干擾，提高傳感器信號的傳輸精度。

3.4 制作信號電纜專用通道

為將其他電纜對扭振保護信號電纜干擾降到最低，在電纜橋架安裝中，建立扭振保護電纜敷設專用通道，在主通橋架和分支橋架中間增加鍍鋅隔板，采用焊接的辦法將橋架分為兩側，一側敷設扭振保護信號電纜，一側敷設其他電纜，其功能是可以對扭振保護信號傳輸電纜進行電磁屏蔽，提高信號傳輸過程中的抗干擾能力。

3.5 電纜敷設及接線

信號傳輸電纜選用帶有屏蔽層的控制電纜，轉速信號傳輸的電纜敷設在已安裝完成的防干擾電纜槽盒內，降低干擾。電纜敷設過程中使用電纜放線自轉軸盤。電纜敷設要求美觀，做到“縱看成線”、“橫看成片”的效果。接線時，電纜屏蔽層與4mm2黃綠接地線燙錫熔接，壓接到二次等電位接地銅排上，正確、牢固柜內電纜接線整體效果美觀大方。

3.6 柜內二次接地引入專用等電位地網

扭振保護盤柜柜內接地銅排引入等電位接地網。將通過支柱絕緣子與盤柜連接的柜內接地銅排使用1×120mm2的接地電纜與等電位接地網連接，滿足了扭振保護引入的發電機出口電流、電壓回路對等電位接地的要求。

3.7 傳感器信號測試

利用信號發生器給機頭或機尾兩路轉速信號回路同時加入FM調制正弦波信號進行轉速信號采集試驗，將信號偏差控制在0.1%～0.5%以內。

3.8 保護裝置校驗

（1）雙重保護裝置轉速測量通道檢查退出保護屏上的所有出口壓板,用信號發生器給機頭兩路轉速信號回路同時加入額定轉速對應頻率的測速信號（如3000rpm 和60齒，對應于3000Hz 的正弦波信號）。進入主菜單->模擬量->保護測量/啟動測量->機械量測量, 對照液晶顯示值與加入值,偏差在2%-5%內。

圖5 傳感器安裝

（2）雙重保護裝置模態扭角、轉速計算值檢查

用信號發生器給機頭兩路轉速信號回路同時加入FM調制正弦波信號，載波頻率為額定轉速對應頻率，FM調制頻率設置為模態頻率，分別設置偏差為0.1%，0.5%，1%，2%。進入主菜單->模擬量->保護測量/啟動測量->機械量測量,對照液晶顯示值與手動計算值, 其值應該相等,誤差符合要求。

（3）兩套保護裝置模態扭角、轉速計算值檢查

用信號發生器給機頭兩路轉速信號回路同時加入FM調制正弦波信號（載波頻率為額定轉速對應頻率，FM調制頻率設置為模態頻率），偏差設置為0.5%。然后進行計時，查看在一段時間內裝置計算出的疲勞值。進入主菜單->模擬量->保護測量/啟動測量->疲勞計算值測量,對照液晶顯示值與手動計算值,其值應該相等, 誤差符合要求。

4 結論

大型發電機組扭振保護安裝調試技術，有效解決了探頭安裝時無安裝位置等難題，并在安裝完成后對探頭進行檢驗，避免在機組啟動過程中傳感器本身故障或傳感器內部接線故障。隨著發電機扭振保護技術的不斷成熟，將帶動國內發電機扭振保護裝置技術的升級、高精度傳感器的研發。同時，在技術研發過程中提高調試精度和信號采集精度的創新方案可以推廣到多種自動化控制設備的調試過程，帶動相關安裝調試技術的進步。