因汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）系統(tǒng)問題導(dǎo)致機(jī)組跳閘的情況近2a呈上升趨勢，引起了各大發(fā)電公司的關(guān)注。為此，對浙江省內(nèi)和一些省外發(fā)電機(jī)組的TSI系統(tǒng)運行情況進(jìn)行了調(diào)研，歸類統(tǒng)計和分析了引起故障的主要原因，探討了提高TSI系統(tǒng)運行可靠性的技術(shù)改進(jìn)措施。
　　
　　一、TSI系統(tǒng)故障原因分析與處理
　　
　　通過對近60臺機(jī)組運行情況的統(tǒng)計，將引起TSI系統(tǒng)異常的主要原因、處理措施及可能存在的隱患?xì)w納如下。
　　
　　1.1測量部件故障
　　
　　這類故障現(xiàn)象多數(shù)表現(xiàn)為信號突然變化，但影響機(jī)組的結(jié)果不同，如某30OMW機(jī)組4號軸承y方向振動信號，突然跳變超過保護(hù)動作設(shè)定值（高Ⅱ值）而導(dǎo)致停機(jī)（見圖1）。檢查未發(fā)現(xiàn)任何異常情況，更換探頭、前置器后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。　　
　　另一臺60OMW機(jī)組沖轉(zhuǎn)過程中，6號軸承Y方向軸承振動信號突然由30μm增大直到報警設(shè)定值（高Ⅱ值），停機(jī)后仍在μm至80μm間周期性波動（見圖2）。先后更換卡件、前置器和延伸電纜，波動末消除，更換探頭后恢復(fù)正常。　　
　　1.2振動信號易受干擾
　　
　　振動信號由安裝在軸承處的探頭測得的軸相對振動信號和安裝在軸承上的速度（加速度）探頭測得的軸承振動信號疊加得到。據(jù)統(tǒng)計振動單點信號作保護(hù)，導(dǎo)致機(jī)組誤跳閘的概率大，如某機(jī)組1號軸承Y方向振動信號突變，查閱DCS歷史曲線（見圖3），該軸的振動信號（圖中蘭線，紅線為X方向相對振動信號）瞬間超過高Ⅱ值，持續(xù)時間約4s，但未停機(jī)，當(dāng)時無設(shè)備啟停操作，測量系統(tǒng)無異常。調(diào)閱本特利公司3500裝置記錄與組態(tài)，發(fā)現(xiàn)通道接線與組態(tài)不符，跳機(jī)輸出信號實際未送出。　　
　　某機(jī)組11號軸承振動信號誤發(fā)跳機(jī)，查閱DCS記錄:跳機(jī)前4min，該軸的振動值開始明顯增大直至超過高Ⅱ值;機(jī)組跳閘后4min內(nèi)，該軸的振動峰值一度出現(xiàn)500μm并大幅振蕩;轉(zhuǎn)速下降至2420r/min時振蕩消失，波動仍繼續(xù)存在，但上述時間段內(nèi)相關(guān)參數(shù)均無異變。
　　
　　振動信號之所以導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)誤動作概率大，是因為振動（用速度表示）需經(jīng)過一次積分轉(zhuǎn)換成所需的位移信號，以本特利公司產(chǎn)品為例，其換算公式為:
　　
　　D=1000V/3.14f
　　
　　式中D為位移（峰值），mm;V為速度（峰值），mm/s;f為頻率，Hz。
　　
　　由于積分過程中，速度信號會受到與頻率有關(guān)的增益影響，低頻增益大，高頻增益小。當(dāng)速度探頭受到低頻干擾時，有可能會影響輸出信號發(fā)生突變，復(fù)合后將輸出一個較大的振動虛假信號，增大了保護(hù)誤動作的概率。
　　
　　1.3單點信號保護(hù)邏輯易誤動作
　　
　　為保證動作的及時性，TSI系統(tǒng)保護(hù)信號原設(shè)計多采用單點且不加延時。但由于TSI系統(tǒng)運行在強(qiáng)電磁場環(huán)境，來自其內(nèi)部的異常和外部環(huán)境因素產(chǎn)生的干擾都可能引發(fā)保護(hù)系統(tǒng)誤動作。統(tǒng)計表明TSI系統(tǒng)的異常動作，因被監(jiān)控參數(shù)真實變化導(dǎo)致的很少，因TSI裝置本身故障造成的比例也不高，多數(shù)是外部因素誘導(dǎo)下的誤發(fā)信號（通常維持時間低于5s）引起，且很多時候無法通過試驗重現(xiàn)故障。如某機(jī)組軸向位移信號瞬間突變至滿量程，導(dǎo)致機(jī)組跳閘（0.5s后該信號恢復(fù)正常），經(jīng)查無異常，機(jī)組重新啟動后也一切正常。
　　
　　1.4接地與電纜防護(hù)不規(guī)范
　　
　　不同的地網(wǎng)間會產(chǎn)生電勢差，在屏蔽層產(chǎn)生環(huán)流，疊加在信號上會引起模擬量波動或突變，因此，可靠的接地和電纜防護(hù)措施對抑制干擾非常重要，統(tǒng)計中的不少實例證實了這一點:
　　
　　某機(jī)組在75OMW運行時，3號瓦振動持續(xù)跳變，原因是電纜的屏蔽線沒有接地;
　　
　　某脫硫系統(tǒng)的增壓風(fēng)機(jī)停運時，振動信號一直跳變甚至超過高Ⅱ值，原因是現(xiàn)場測量機(jī)柜接地虛焊;
　　
　　某60OMW機(jī)組基建調(diào)試階段，脫硫增壓風(fēng)機(jī)因振動信號跳變導(dǎo)致跳閘，經(jīng)仿真試驗，原因是電焊機(jī)在TSI測量機(jī)柜附近焊接，機(jī)柜處于電焊機(jī)接地點與焊接點間，焊接時機(jī)柜附近接地線上產(chǎn)生的電勢差經(jīng)電場耦合進(jìn)入信號線后，導(dǎo)致卡件與前置器損壞;
　　
　　某60OMW機(jī)組4號軸承振動信號跳變和某30OMW機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號跳變，分別引起機(jī)組跳閘，經(jīng)查原因都是連接電纜安裝敷設(shè)時未做好防護(hù)，其屏蔽層因振動等原因磨損，造成2點或多點接地引起。
　　
　　1.5連接接頭松動或污染
　　
　　延伸電纜接頭、前置器及機(jī)柜接線在安裝檢修時未緊固，或隨時間推移及氣候、氧化等因素影響，原先緊固的接頭和接線也會出現(xiàn)松動或接觸不良，引起信號波動。如某機(jī)組的軸向位移，顯示由0.lmm瞬間跳變?yōu)?1.67mm，后又自行恢復(fù)，此情況反復(fù)出現(xiàn)，查明原因是探頭延伸電纜與前置器的接頭松動引起。另一機(jī)組轉(zhuǎn)子靜止情況下汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號跳變，測量間隙電壓在12-15V波動，原因是測速探頭線連接延伸電纜的接頭接觸不良引起。
　　
　　對于TSI系統(tǒng)，探頭、延伸電纜和前置器，三者是一個測量整體，有相應(yīng)的阻抗和特性曲線，一旦因外界因素導(dǎo)致其變化，也會引起信號異常。如某機(jī)組運行中8號軸承Y方向振動信號波動大，原因是前置器連接延伸電纜的接頭內(nèi)有雜質(zhì)引起。
　　
　　1.6運行環(huán)境影響
　　
　　外部磁場影響會引起測量信號異常。如某機(jī)組6號軸承振動大報警，原因是該軸承上方漏雨，運行人員用塑料布覆蓋并用磁鐵固定，結(jié)果干擾了振動測量。另一機(jī)組靠發(fā)電機(jī)側(cè)的5號瓦振動信號故障，檢查探頭支架帶有20V交流電壓，原因是該瓦軸承接地電刷接觸不良引起。
　　
　　測量回路電纜老化也是一個不容忽視的問題。某機(jī)組汽泵軸承振動不定期的顯示波動，原因是就地電纜因環(huán)境溫度高老化引起。另一新建機(jī)組投產(chǎn)運行不到la，軸向位移信號誤發(fā)，導(dǎo)致保護(hù)動作跳機(jī)，原因是回路中使用了橡皮電纜，接觸油后老化，絕緣層開裂引起。
　　
　　1.7內(nèi)部軟件設(shè)置不當(dāng)
　　
　　為減少TSI系統(tǒng)單點信號作保護(hù)引起的保護(hù)系統(tǒng)誤動作，有的機(jī)組增加證實信號，保護(hù)邏輯修改為二選二。但如果TSl內(nèi)部軟件設(shè)置不當(dāng)和維護(hù)不及時，同樣會導(dǎo)致機(jī)組誤跳閘。
　　
　　某機(jī)組運行中，3號軸承振動高Ⅱ值信號誤發(fā)跳機(jī)，檢查保護(hù)邏輯為本軸承的相對振動x向高Ⅱ值信號和Y向高Ⅱ值信號組成"與"邏輯，按理不應(yīng)動作停機(jī)。但檢查裝置輸出設(shè)置為"閉鎖"（信號消失后需人工復(fù)位），再檢查歷史記錄，發(fā)現(xiàn)3號軸承Y向振動信號1個月前曾達(dá)高Ⅱ值，因未復(fù)位輸出信號被保持。當(dāng)3號軸承X向相對振動通道故障時，"與"邏輯條件滿足導(dǎo)致跳機(jī)。
　　
　　1.8保護(hù)定值偏大
　　
　　國內(nèi)發(fā)電杭組汽輪機(jī)的軸承振動信號，都統(tǒng)一設(shè)計高Ⅱ值為125μm，高Ⅱ值為25Oμm，有多次汽輪機(jī)本體異常情況下裝置未起到保護(hù)作用。如某60OMW機(jī)組運行時振動信號發(fā)生突變，振動數(shù)據(jù)分析判斷有物飛落，經(jīng)查中-低靠背輪的螺栓蓋板半個飛脫，但振動zui大值也剛到高Ⅱ值。另一臺60OMW機(jī)組運行在358MW負(fù)荷時，因鍋爐原因跳機(jī)，機(jī)組重啟后其低壓轉(zhuǎn)子振動信號明顯增大，當(dāng)時進(jìn)行了動平衡處理。1a后機(jī)組檢修時發(fā)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子圍帶飛脫嚴(yán)重，其中低壓轉(zhuǎn)子第3級動葉片圍帶均有多段發(fā)生損壞或脫落，但異常情況發(fā)生時的振動值離高1值相差甚遠(yuǎn)。
　　
　　1.9電源系統(tǒng)未冗余
　　
　　目前仍有機(jī)組的TSI系統(tǒng)為單電源供電，或雖然采用了雙路電源但電源模塊仍為單個。盡管至今還未出現(xiàn)因電源失去使TSl系統(tǒng)癱瘓的情況，但單電源供電始終是安全隱患。
　　
　　二、提高可靠性的技術(shù)措施
　　
　　據(jù)上分析，如果在增加一些容錯設(shè)計，將單點保護(hù)信號改為三選二邏輯，或限于現(xiàn)場條件僅加入證實條件改為二選二邏輯，甚至增加一點延時（但要充分論證可能帶來的后果）的同時，規(guī)范TSI系統(tǒng)安裝、線路的連接及運行維護(hù)管理，則保護(hù)系統(tǒng)誤動作次數(shù)都將會大大減少。為此，本著保護(hù)系統(tǒng)要"杜絕拒動，防止誤動"的原則，提出以下技術(shù)改進(jìn)措施，供TSI系統(tǒng)檢修和運行維護(hù)中參考。
　　
　　2.1電源
　　
　?。╨）TSI系統(tǒng)應(yīng)配置2路可靠的AC220V電源冗余供電和2塊電源模塊，切換時間應(yīng)保證TSI裝置不會初始化。
　　
　　（2）當(dāng)保護(hù)電源采用廠用直流電源時，在查找接地故障時應(yīng)有確保不會造成保護(hù)誤動作的措施。
　　
　　2.2保護(hù)邏輯及定值優(yōu)化
　　
　?。?）裝置輸出的跳機(jī)信號宜采用常開且2路輸出至ETS系統(tǒng)組成"或"邏輯，防止輸出繼電器故障、接線松動、汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）輸入通道等故障造成保護(hù)拒動。原設(shè)計振動信號作保護(hù)信號源的，改用相對振動信號代替。
　　
　?。?）軸承相對振動保護(hù)邏輯宜優(yōu)化為:本軸承的X向振動信號高Ⅱ值和相鄰軸承的x向振動信號高Ⅰ值、本軸承的x向振動信號高Ⅱ值和Y向的高Ⅰ值分別組成"與"邏輯，再將所有"與"邏輯輸出信號組成"或"邏輯（在汽輪機(jī)車頭處面向汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動時取左側(cè)探頭為X向;逆時針轉(zhuǎn)動時取右側(cè)探頭為X向）。
　　
　?。?）保護(hù)邏輯優(yōu)化后，為防止保護(hù)拒動宜減小振動信號的高1值（由原設(shè)計的12m改為100am甚至更?。?，同時應(yīng)結(jié)合運行時和機(jī)組啟動過臨界時的振動信號值，綜合考慮其高1值的定值。
　　
　?。?）汽輪機(jī)或30OMW及以上機(jī)組小汽輪機(jī)的軸向位移保護(hù)，原為單點信號或為二選二邏輯的，當(dāng)條件許可時宜增加探頭改為三選二邏輯或具備同等判斷功能的邏輯輸出。
　　
　?。?）汽輪機(jī)高、中、低壓脹差，如單點信號作保護(hù)的可設(shè)置10~20s延時。為加強(qiáng)信號壞點剔除保護(hù)功能，脹差信號顯示量程可取跳機(jī)值的110%。如有2點脹差信號，其保護(hù)信號宜采用"與"邏輯。此外，汽輪機(jī)缸脹應(yīng)有報警信號，如設(shè)計單點信號作保護(hù)則宜取消。
　　
　?。?）超速保護(hù)均應(yīng)采用3路獨立的轉(zhuǎn)速信號，進(jìn)行三取二邏輯判斷。
　　
　?。?）為避免機(jī)組啟動中過臨界轉(zhuǎn)速時人為投切保護(hù)，應(yīng)充分利用裝置的定值倍增或自適應(yīng)功能。
　　
　?。?）TSI的輸入信號通道應(yīng)設(shè)置"斷線自動退出保護(hù)"的判斷功能。
　　
　?。?）在DCS內(nèi)對振動信號設(shè)置偏差報警。
　　
　　2.3安裝與線路連接
　　
　?。?）外置探頭應(yīng)安裝防電磁干擾保護(hù)罩。新安裝或檢修更換探頭時，應(yīng)選擇一體化且全程帶金屬皚裝保護(hù)的探頭電纜;否則要有可靠措施，確保延伸電纜接頭處的絕緣，其固定與走向應(yīng)無損傷電纜的隱患。汽輪機(jī)引出處無毛刺損壞電纜并確保密封;至接線盒的沿途信號電纜應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁干擾源和高溫區(qū)，并有可靠的全程金屬防護(hù)措施。
　　
　?。?）軸向位移、差脹探頭的檢修和調(diào)試應(yīng)在機(jī)務(wù)配合下進(jìn)行，并共同在探頭間隙傳動記錄中簽字。
　　
　?。?）安裝前置器的金屬箱應(yīng)固定在較小振動并便于檢修的位置，箱體底座墊lOmm左右橡皮后，固定牢固并可靠接地。本特利公司的前置器在箱內(nèi)務(wù)必浮空安裝（MMS6000系列和VM600系列產(chǎn)品沒有此要求），接口和接線確保緊固。輸出信號屏蔽電纜宜采用0.5—1.Ocm2的普通三芯，其屏蔽層在汽輪機(jī)側(cè)絕緣浮空;若采用四芯，備用芯應(yīng)在機(jī)柜端接地。電纜屏蔽層應(yīng)直接延伸到機(jī)架的接線端子旁，將屏蔽線直接接到機(jī)架的COM端或Shield端上。
　　
　?。?）COM端與機(jī)架電源的地線，出廠時缺省設(shè)置為導(dǎo)通，所以整個TSI系統(tǒng)通過電源地接地。當(dāng)連接其他系統(tǒng)時，應(yīng)把TSI系統(tǒng)和被連接系統(tǒng)作為一個整體來考慮，并保證屏蔽層一點接地。如通過記錄儀輸出信號與第3方系統(tǒng)連接時，其COM端若浮空則可保持各自的獨立接地;若末浮空則TSI側(cè)的COM端需浮空。
　　
　?。?）TSI系統(tǒng)的報警和跳閘輸出，選擇總線輸出方式時，應(yīng)進(jìn)行斷開檢查確認(rèn)。
　　
　　2.4運行維護(hù)管理
　　
　?。╨）TSI探頭第且次安裝前，或校驗周期到期后的檢修安裝前，應(yīng)有具有檢定資質(zhì)的機(jī)構(gòu)出具的正式檢驗合格報告。
　　
　?。?）振動探頭處應(yīng)貼有警示牌，嚴(yán)禁磁性物體接近探頭或在探頭5m內(nèi)使用步話機(jī)通話。
　　
　?。?）TSI系統(tǒng)的電渦流探頭、延長電纜和前置器，須成套校驗并隨機(jī)組大修進(jìn)行，但瓦振探頭的校驗周期不宜超過2a。為消除軸向位移、差脹探頭浸油后特性的少許變化，探頭宜放在潤滑油里浸泡1~2d后再進(jìn)行線性校驗。
　　
　?。?）任何時候一旦出現(xiàn)信號異變，或運行中定期檢查信號記錄曲線發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時檢查與處理，并將曲線歸檔保存。
　　
　?。?）TSI保護(hù)信號進(jìn)入ETS邏輯的同時，又通過硬邏輯連接至跳閘回路的，聯(lián)鎖試驗單上要特別注明，試驗時需分別進(jìn)行?？收虾笾匦孪螺d組態(tài)前，應(yīng)確認(rèn)系統(tǒng)可以自動更新組態(tài);否則應(yīng)人工確認(rèn)組態(tài)參數(shù)的版本正確。
　　
　　（6）機(jī)組停機(jī)期間，緊固外置TSI探頭的安裝套筒;偏離標(biāo)準(zhǔn)間隙電壓較大的探頭，在條件允許的情況下重新安裝調(diào)試。
　　
　　三、結(jié)語
　　
　　為保證TSI系統(tǒng)的安全可靠運行，合理的邏輯和可靠的測量系統(tǒng)環(huán)境是基礎(chǔ)，及時的檢修和維護(hù)是保證，基于這一思想提出的上述技術(shù)措施，已作為浙江省能源公司《提高TSI系統(tǒng)運行可靠性的若干技術(shù)要求》，正在浙江省各電廠實施并取得效果。