汽輪機(jī)高中壓缸脹差信號(hào)負(fù)差大原因分析和優(yōu)化改進(jìn)措施

陰玉清

（廣州發(fā)展電力科技有限公司，廣東 廣州 510000）

汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）是一種連續(xù)監(jiān)視汽輪發(fā)電機(jī)軸系和氣缸的機(jī)械工作參數(shù)（包括轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、差脹、偏心、軸位移等）的系統(tǒng)，并在被測(cè)參數(shù)超出預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出報(bào)警和停機(jī)信號(hào)。隨著機(jī)組容量的增大，汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)，已成為汽輪機(jī)保護(hù)的重要組成部分，其參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

某電廠汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）使用了EPRO MMS6000型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其方便的軟件組態(tài)形式和可靠硬件質(zhì)量，將為電廠的安全運(yùn)行提供了有力保障。TSI系統(tǒng)的信號(hào)有：轉(zhuǎn)速、軸位移，高中壓缸脹差、低壓缸脹差、軸振、蓋振、偏心、鍵相信號(hào)。其中，參與機(jī)組保護(hù)的信號(hào)主要有轉(zhuǎn)速（3支）、軸位移（2支），脹差（高、低差各1支）、軸振動(dòng)（同一個(gè)軸裝有X向和Y向2支）信號(hào)，高、中壓缸脹差信號(hào)安裝在汽輪機(jī)前箱1號(hào)軸承處，低壓缸脹差裝在4#軸承處，因?yàn)楦摺⒌蛪焊酌洸钚盘?hào)只安裝有一組信號(hào)送至ETS保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行汽輪機(jī)的安全保護(hù)，在機(jī)組的運(yùn)行中測(cè)量參數(shù)出現(xiàn)異常，根據(jù)一支脹差信號(hào)無法判斷該探頭是否正常，為了保證汽輪機(jī)的安全，只能選擇停機(jī)進(jìn)行處理。因此，經(jīng)過此次的異常處理后，專業(yè)組和TSI廠家共同提出方案對(duì)脹差信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化改造。

1 脹差探頭的測(cè)量原理

高、中壓缸脹差探頭和低壓缸脹差探頭屬于電渦流傳感器，電渦流傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，前置器中的高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場H1。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近這一磁場，則在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。與此同時(shí)，該電渦流場也產(chǎn)生一個(gè)方向與H1相反的交變磁場H2，由于H2的反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變，即改變了線圈的有效阻抗。這一變化與金屬體磁導(dǎo)率ξ、電導(dǎo)率σ、線圈的幾何參數(shù)T、激勵(lì)電流頻率ω、以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離D等參數(shù)有關(guān)。通常我們能做到控制ξ、σ、T、ω在一定的范圍內(nèi)不變，則線圈的阻抗就只與D有關(guān)的函數(shù)，雖然整個(gè)函數(shù)為非線性的，但是，可以選取其中它近似為線性的一段。于此通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化與頭部線圈與金屬導(dǎo)體之間距離D轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。輸出信號(hào)的大小隨探頭與被測(cè)面之間距離的變化而變化。正是根據(jù)這一原理，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)脹差信號(hào)、軸位移、振動(dòng)等信號(hào)的測(cè)量。

圖1

2 脹差探頭的安裝

脹差探頭的安裝對(duì)探頭測(cè)量的準(zhǔn)確性也有很大的影響。在安裝差脹傳感器前，首先，要進(jìn)行汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子推軸定零位，把傳感器調(diào)整支架旋轉(zhuǎn)到合適位置，安裝傳感器時(shí)，應(yīng)使傳感器端面與被測(cè)面保持平行，測(cè)量前置器的輸出電壓，將零點(diǎn)間隙電壓定在-12V，鎖緊傳感器的鎖緊螺母，傳感器就安裝好了。

接下來，要離線采集傳感器的線性，調(diào)節(jié)手輪，先正向旋轉(zhuǎn)1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm，記錄此時(shí)前置器的電壓值，然后回零。然后再往負(fù)向旋轉(zhuǎn)，并記錄下電壓值。

用計(jì)算機(jī)連接脹差卡件，并把表中記錄的位移和電壓值輸入組態(tài)進(jìn)行線性化。做好以后，對(duì)組態(tài)進(jìn)行保存和備份。完成后，用上述的步驟調(diào)整手輪，再進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量值的比對(duì)并記錄在表一中。在此過程中，檢查報(bào)警和停機(jī)值是否與設(shè)定值相一致。

最后，進(jìn)行支架的固定，慢慢鎖緊螺母并微調(diào)手輪使得間隙電壓與零點(diǎn)電壓差值不超過0．05V。固定支架一定要有耐心，不能敷衍，因?yàn)槊洸钐筋^安裝的質(zhì)量直接影響數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3 存在的問題

在去年8月、9月、10月在機(jī)組運(yùn)行的過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)2#汽輪機(jī)高中壓缸脹差信號(hào)負(fù)向增大，最大時(shí)達(dá)到5．0（高中壓缸脹差保護(hù)定值為：7mm）的現(xiàn)象，該信號(hào)在機(jī)組運(yùn)行過程中慢慢增加（并非信號(hào)跳變），11月，運(yùn)行人員對(duì)中壓供熱做出調(diào)整后，高中壓缸脹差信號(hào)維持在-1．8mm左右，未出現(xiàn)繼續(xù)下降。鑒于機(jī)組主要保護(hù)丟失，經(jīng)公司開專題會(huì)討論決定停機(jī)對(duì)高、中壓缸脹差信號(hào)進(jìn)行校對(duì)，以此排除脹差探頭故障，為設(shè)備缺陷的進(jìn)一步分析提供依據(jù)。

停機(jī)前經(jīng)過初步的分析判斷，導(dǎo)致高中壓缸脹差信號(hào)異常，熱控信號(hào)異常原因主要有：（1）安裝支架松動(dòng)，導(dǎo)致零位發(fā)生變化；（2）中間接頭老化接觸不良；（3）探頭和前置器存在故障，導(dǎo)致信號(hào)測(cè)量異常；（4）探頭測(cè)量正常，探頭和測(cè)量面之間的距離發(fā)生變化。所以本方案是在停機(jī)時(shí)進(jìn)行檢查確認(rèn)高中壓脹差測(cè)量系統(tǒng)是否正常，以最終確定高壓缸脹差異常原因，從而制定下一步工作和要求。

經(jīng)過專業(yè)組會(huì)議討論決定，2#機(jī)汽缸缸溫在150℃度以上時(shí)，只對(duì)熱工測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，熱控專業(yè)無須對(duì)2#機(jī)TSI測(cè)量裝置進(jìn)行檢查，待滿足開前箱條件時(shí)，熱控專業(yè)按照以下步驟對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查：

第一步：熱控人員進(jìn)行連接2#機(jī)的TSI軟件檢查高、中壓缸脹差信號(hào)通道輸出電壓值，確認(rèn)通道輸出值與DCS顯示值一致。如果出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，則需要首先檢查DCS通道，確保兩者一致后進(jìn)行第二步。

第二步：開前箱后，檢查高、中壓缸脹差信號(hào)就地設(shè)備，檢查探頭安裝支架、固定螺栓安裝是否牢固和支架底座的焊點(diǎn)是否脫焊，如果螺栓牢固和焊點(diǎn)正常就可以進(jìn)行第三步；如果有松動(dòng)，說明該信號(hào)已經(jīng)不能準(zhǔn)確反應(yīng)脹差實(shí)際情況，經(jīng)熱控和汽機(jī)專業(yè)組及公司領(lǐng)導(dǎo)同意后可以拆除探頭，并檢查出現(xiàn)松動(dòng)的原因，在回裝時(shí)避免再次出現(xiàn)相同問題。

第三步：檢查高、中壓缸脹差探頭的延長電纜的自鎖轉(zhuǎn)接頭，輕輕晃動(dòng)脹差探頭延長線，看電壓信號(hào)是否穩(wěn)定，如果電壓信號(hào)穩(wěn)定可以進(jìn)行第四步；否則，需要緊固延長電纜的中間接頭，緊固后觀察探頭輸出電壓值有變化，就可基本確定原因，并經(jīng)熱控和汽機(jī)專業(yè)組及公司領(lǐng)導(dǎo)同意后可以拆除探頭，在回裝時(shí)，安裝不帶中間接頭的脹差探頭。

第四步：通過在高、中壓缸脹差探頭與測(cè)量面之間放入塞尺的方法檢查探頭的線性是否正常，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，取三個(gè)厚度的塞尺放入（0．2mm、0．4mm、0．6mm），并記錄前置輸出電壓值變化情況，在DCS上會(huì)顯示減少或增加相應(yīng)的數(shù)值，如果顯示數(shù)值和塞尺數(shù)值基本一致，就可判斷測(cè)量系統(tǒng)正常，然后，進(jìn)行第五步；如不對(duì)應(yīng)就可證明探頭和前置器的線性不良造成的測(cè)量誤差。

按步驟進(jìn)行檢查至第四步后，發(fā)現(xiàn)脹差探頭自身異常，輸出的電壓與安裝時(shí)電壓不一致，拆除后，按照前面的安裝步驟，重新安裝新的脹差探頭，重新啟動(dòng)汽輪機(jī)后，高壓缸脹差信號(hào)正常。

通過此次缺陷的處理，讓我們意識(shí)到脹差探頭在沒有備用的情況下，一旦探頭異常，只能停機(jī)處理，增加汽輪機(jī)運(yùn)行的成本。鑒于此，熱控專業(yè)提出對(duì)該信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化改造，保證汽輪機(jī)保護(hù)信號(hào)的可靠性。

圖2

4 優(yōu)化改進(jìn)措施

經(jīng)過這次事件，讓我們意識(shí)到汽輪機(jī)主保護(hù)測(cè)點(diǎn)尤其是安裝在汽輪機(jī)內(nèi)部的測(cè)點(diǎn)，設(shè)備的可靠性對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行有著很大的影響。鑒于此，在機(jī)組前箱增加一路備用的高中壓缸脹差探頭，探頭型號(hào)為：PR6426/010-110，前置器型號(hào)為：CON021/916-200，并在1#機(jī)組電子間原TSI機(jī)柜中增加一塊脹差檢測(cè)卡型號(hào)為：A6210。

信號(hào)送至DCS中顯示，并增加高中壓缸脹差大報(bào)警和跳機(jī)輸出繼電器。探頭的安裝方式如圖（脹差探頭的安裝方式）所示。新增加脹差信號(hào)2的安裝方式為與脹差探頭1相對(duì)安裝，重新設(shè)置卡件參數(shù)，保證兩路脹差信號(hào)的測(cè)量值保持一致。

因?yàn)樾卵b探頭2的安裝方向與原探頭1方向相反，因此，新加裝探頭2按照脹差探頭的安裝時(shí)，按照前面脹差探頭的安裝步驟進(jìn)行探頭的線性采樣并做好記錄，采樣的過程中要注意，探頭1和探頭2的方向?yàn)橄喾捶较颍趯⑽灰坪碗妷褐递斎虢M態(tài)進(jìn)行線性化的過程中，要注意兩個(gè)探頭的安裝方向相反。

新增高中壓缸脹差信號(hào)2作為備用和參考，在機(jī)組運(yùn)行過程中，兩路信號(hào)保持一致。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)出現(xiàn)較大的偏差時(shí)，說明其中一路信號(hào)已經(jīng)異常，可以退出保護(hù)對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行檢查，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)偏差時(shí)，說明其中一個(gè)點(diǎn)存在異常，需要進(jìn)行檢查處理。當(dāng)測(cè)點(diǎn)1出現(xiàn)信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過測(cè)點(diǎn)2對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，報(bào)警通道接入機(jī)組的脹差大的保護(hù)通道中，保證機(jī)組在運(yùn)行過程中主要保護(hù)不能退出。

改造后，經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，兩個(gè)信號(hào)均正常，運(yùn)行中兩個(gè)信號(hào)的偏差較小，為運(yùn)行中汽輪機(jī)脹差信號(hào)的準(zhǔn)確性提供了判別的依據(jù)，使得汽輪機(jī)高壓缸脹差保護(hù)能夠正常投入，增強(qiáng)了汽輪機(jī)保護(hù)的可靠性。