提高TSI系統可靠性優化措施

陳羽，高文儉

（東源曲靖能源有限公司，云南曲靖655000）

0 前言

某火電廠汽輪機安全監視系統采用的是本特利公司3500和3300監視系統，對汽輪機的軸向位移、轉速、軸瓦振動、鍵相、脹差、缸脹、偏心等參數進行測量和監視[1]。最近幾年，發生過多次TSI系統故障，嚴重影響到機組的安全運行，所以提高TSI系統的可靠性具有極為重要的意義。

1 TSI系統測量方式

TSI 系統測量方式如圖1所示，它主要由傳感器、延伸電纜、前置器、中轉箱、卡件及信號電纜等組成，形成整個測量回路[2-3]。

2 存在的主要問題

2.1 小機安全監視系統

本特利公司的3300系統，電源模塊是由雙路電源通過電源切換裝置輸出一路供電，正常工作時由保安段電源供電，當保安段電源故障時，電源切換裝置會自動切換至UPS電源供電。定期電源切換試驗時，有時某些測量信號會瞬間反轉，從而導致保護誤動。

2.2 大機安全監視系統

本特利公司的3500系統，與小機3300系統存在的共性問題有兩個：測點顯示值不準確；信號波動，波動大時接近遮斷值，甚至引起保護誤動。

圖1 TSI系統測量方式圖

3 主要原因分析

TSI系統故障主要有以下五種原因引起，圖2是兩年期間統計出的故障原因、故障次數和故障占比情況。

圖2 TSI系統故障統計圖（優化前）

3.1 電源切換裝置切換時間不滿足技術要求

小機3300系統中只有一個電源模塊，雖然是由雙路電源經電源切換裝置供電，經多次電源切換試驗，發現軸向位移測量信號有時會瞬間達到量程上限，超過了軸向位移保護動作定值，導致小機遮斷。說明電源切換裝置切換時間不能滿足電源模塊的技術要求，造成3300系統瞬時失電。另外，單一電源模塊存在安全隱患，一旦電源模塊故障就會導致小機遮斷[4]。

3.2 電渦流傳感器安裝間隙電壓或特性曲線變化[5]

根據傳感器特性曲線顯示，間隙電壓線性范圍在2～19VDC之間[6]。如果在安裝傳感器時基準間隙電壓在線性范圍以外或線性度不好的區域，就會導致信號測量不準。另外，電渦流傳感器工作環境較為惡劣，使用年限過久時傳感器特性曲線很可能發生明顯變化，導致信號測量嚴重失準。

3.3 延伸電纜至傳感器和前置器接頭污染或松動

傳感器接頭、延伸電纜接頭、前置器接頭、中轉箱及卡件的接線，因安裝時緊固程度不同，由于溫濕度變化及現場振動影響，接線和接頭可能會出現松動或接觸不良，導致信號波動或突變。特別是傳感器和延長電纜之間的連接頭，每次大小修都會拆檢，可能因人為防范措施不到位導致松動或污染。

3.4 電纜外皮破損導致抗干擾能力下降

TSI系統接地方式為卡件側屏蔽線接地，就地側屏蔽線懸空，如果傳感器電纜、延伸電纜及信號電纜外皮破損，導致屏蔽層與接地網接觸，可能出現兩點接地或是多點接地。如果幾個接地點電位不相等，就相當于測量回路不在同一個接地網。外部干擾信號在不同的接地網之間會產生電勢差，從而在屏蔽層產生環流，引起信號突變或波動，嚴重時導致卡件損壞[7]。

3.5 單測點信號故障容易導致保護誤動

如果是單點測量，當該測點因一次元件或線路故障時就會導致保護誤動，造成巨大的經濟損失。

4 優化措施及改進效果

4.1 改造為本特利3500系統

3300系統升級改造為3500系統框架，配置雙電源模塊，兩路電源同時供電，任一電源模塊供電均可保證TSI框架正常工作。

4.2 按要求安裝傳感器并定期校驗

安裝時保證傳感器間隙電壓是否在線性區域內，一般選取安裝間隙電壓為10 VDC左右，此電壓值附近是傳感器線性度最好的區間，保證了測量的準確性。另外，每4年對傳感器進行校驗，校驗不合格的及時更換[8]。

4.3 規范檢修工藝

每次檢修拆線后用白布把電纜接頭包好，避免有粉塵、油污等異物進入。另外做好標記，延伸電纜放置檢修平臺以下固定好，避免周圍檢修人員踩踏。恢復接線時用專用清洗劑清洗接頭后再對接，并用尖嘴鉗輕微受力擰緊接頭。定期對中間接頭、端子進行檢查緊固。

4.4 增加防護措施和加強通訊設備的使用管理[9]

用熱縮管把傳感器電纜和延伸電纜全部包裹，起到了絕緣和防護的雙重作用。避免因外皮破損，造成電纜屏蔽層與傳感器安裝金屬外殼接觸，兩點接地之間有電位差，導致屏蔽效果失去。工作中常用的對講機使用時產生的電磁波就會導致信號波動或突變。因此利用可靠的接地和適當的電纜防護措施來降低干擾是提高TSI系統可靠性的方法之一。規定對講機使用時必須遠離TSI系統設備3米以外，而且系統屏蔽線都在卡件側統一單端接地，就地側屏蔽線懸空，而且要求接地電阻小于1歐姆，并定期對接地電阻進行測試[10]。

4.5 多測點測量并進行邏輯優化

重要保護增加多個測量點，保護動作通過多測點邏輯判斷輸出。

例如：軸向位移傳感器安裝如圖3所示，遮斷保護邏輯設計如下：

（RP1A 危險值+RP1B危險值）*（RP2A危險值+RP2B危險值）

例如：軸瓦振動可以增加一個測點，X 方向和Y 方向各一個，遮斷保護邏輯設計如下：

{（VBX 報 警值*VBY 危 險值）+（VBX危險值*VBY報警值）}延時1 s輸出

當任意一個測量傳感器信號突變或故障，不會引起保護誤動，大大地減小了保護的誤動幾率。針對不同測量對象延時多久需要仔細考究，以防保護不能及時動作導致設備損壞。汽輪機超速保護禁止啟用延時功能，防止汽輪機飛車事故的發生[11]。

圖3軸向位移安裝示意圖

4.6 改進效果

采用上述優化措施后，兩年期間TSI 系統故障次數和故障占比情況統計如圖4所示，可以看出故障次數明顯減少，提高了系統的可靠性。

圖4 TSI系統故障統計圖(優化后)

5 結束語

總體來說，TSI系統故障原因主要分為兩方面，一方面是TSI系統設備內在原因引起，另一方面是外在原因引起。根據系統工作原理，從設計、安裝、調試、運行、檢修、管理等方面逐步排查，深入分析，不放過每一環節，最終找到故障原因，再針對原因制定有效的防范措施，降低故障幾率，提高系統的可靠性。