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摘要：汽轮机监视系统测量的准确性和保护逻辑是否合理，直接关系到机组正常安全运行,系统中各种类型的传感器校验、安装和二次监视器的工作原理、检修和维护,并结合系统检修的经验,提出了检修维护中一些值得注意的问题。
关键词：汽机监视系统；监视器；检修；
一、TSI系统故障原因分析与处理
通过对近60台机组运行情况的统计,将引起TSI系统异常的主要原因、处理措施及可能存在的隐患归纳如下。
1.测量部件故障。这类故障现象多数表现为信号突然变化,但影响机组的结果不同,如某300MW机组4号轴承Y方向振动信号,突然跳变超过保护动作设定值(高Ⅱ值)而导致停机。检查未发现任何异常情况,更换探头、前置器后,系统恢复正常。另一台600MW机组冲转过程中,6号轴承Y方向轴承振动信号突然由30μm增大直到报警设定值(高Ⅰ值),停机后仍在几μm至80μm间周期性波动。先后更换卡件、前置器和延伸电缆,波动未消除,更换探头后恢复正常。
2.绝对振动信号易受干扰。绝对振动信号由安装在轴承处的探头测得的轴相对振动信号和安装在轴承上的速度(加速度)探头测得的轴承绝对振动信号叠加得到。据统计绝对振动单点信号作保护,导致机组误跳闸的概率大,如某机组1号轴承Y方向振动信号突变,查阅DCS历史曲线,该轴的绝对振动信号瞬间超过高Ⅱ值,持续时间约4s但未停机,当时无设备启停操作,测量系统无异常。调阅本特利公司3500装置记录与组态,发现通道接线与组态不符,跳机输出信号实际未送出。某机组11号轴承振动信号误发跳机,查阅DCS记录:跳机前4min,该轴的绝对振动值开始明显增大直至超过高Ⅱ值;机组跳闸后4min内,该轴的绝对振动峰值一度出现500μm并大幅振荡;转速下降至2420r/min时振荡消失,波动仍继续存在,但上述时间段内相关参数均无异变。绝对振动信号之所以导致保护系统误动作概率大,是因为绝对振动(用速度表示)需经过一次积分转换成所需的位移信号,以本特利公司产品为例由于积分过程中,速度信号会受到与频率有关的增益影响,低频增益大,高频增益小。当速度探头受到低频干扰时,有可能会影响输出信号发生突变,复合后将输出一个较大的绝对振动虚假信号,增大了保护误动作的概率。
3.单点信号保护逻辑易误动作。为保证动作的及时性,TSI系统保护信号原设计多采用单点且不加延时。但由于TSI系统运行在强电磁场环境,来自其内部的异常和外部环境因素产生的干扰都可能引发保护系统误动作。统计表明TSI系统的异常动作,因被监控参数真实变化导致的很少,因TSI装置本身故障造成的比例也不高,多数是外部因素诱导下的误发信号(通常维持时间低于5s)引起,且很多时候无法通过试验重现故障。如某机组轴向位移信号瞬间突变至满量程,导致机组跳闸(0.5s后该信号恢复正常),经查无异常,机组重新启动后也一切正常。接地与电缆防护不规范不同的地网间会产生电势差,在屏蔽层产生环流,叠加在信号上会引起模拟量波动或突变,因此,可靠的接地和电缆防护措施对抑制干扰非常重要,统计中的不少实例证实了这一点:某机组在750MW运行时,3号瓦振动持续跳变,原因是电缆的屏蔽线没有接地;某脱硫系统的增压风机停运时,振动信号一直跳变甚至超过高Ⅱ值,原因是现场测量机柜接地虚焊;某600MW机组基建调试阶段,脱硫增压风机因振动信号跳变导致跳闸,经仿真试验,原因是电焊机在TSI测量机柜附近焊接,机柜处于电焊机接地点与焊接点间,焊接时机柜附近接地线上产生的电势差经电场耦合进入信号线后,导致卡件与前置器损坏;某600MW机组4号轴承振动信号跳变和某300MW机组汽轮机转速信号跳变,分别引起机组跳闸,经查原因都是连接电缆安装敷设时未做好防护,其屏蔽层因振动等原因磨损,造成2点或多点接地引起。
5.连接接头松动或污染。延伸电缆接头、前置器及机柜接线在安装检修时未紧固,或随时间推移及气候、氧化等因素影响,原先紧固的接头和接线也会出现松动或接触不良,引起信号波动。如某机组的轴向位移,显示由0.1mm瞬间跳变为-1.67mm,后又自行恢复,此情况反复出现,查明原因是探头延伸电缆与前置器的接头松动引起。另一机组转子静止情况下汽轮机转速信号跳变,测量间隙电压在12～15V波动,原因是测速探头线连接延伸电缆的接头接触不良引起。对于TSI系统,探头、延伸电缆和前置器,三者是一个测量整体,有相应的阻抗和特性曲线,一旦因外界因素导致其变化,也会引起信号异常。如某机组运行中8号轴承Y方向振动信号波动大,原因是前置器连接延伸电缆的接头内有杂质引起。
6.运行环境影响。外部磁场影响会引起测量信号异常。如某机组6号轴承振动大报警,原因是该轴承上方漏雨,运行人员用塑料布覆盖并用磁铁固定,结果干扰了振动测量。另一机组靠发电机侧的5号瓦振动信号故障,检查探头支架带有20V交流电压,原因是该瓦轴承接地电刷接触不良引起。测量回路电缆老化也是一个不容忽视的问题。某机组汽泵轴承振动不定期的显示波动,原因是就地电缆因环境温度高老化引起。另一新建机组投产运行不到1a,轴向位移信号误发,导致保护动作跳机,原因是回路中使用了橡皮电缆,接触油后老化,绝缘层开裂引起。
7.内部软件设置不当。为减少TSI系统单点信号作保护引起的保护系统误动作,有的机组增加证实信号,保护逻辑修改为二选二。但如果TSI内部软件设置不当和维护不及时,同样会导致机组误跳闸。某机组运行中,3号轴承振动高Ⅱ值信号误发跳机,检查保护逻辑为本轴承的相对振动X向高Ⅱ值信号和Y向高Ⅱ值信号组成“与”逻辑,按理不应动作停机。但检查装置输出设置为“闭锁”(信号消失后需人工复位),再检查历史记录,发现3号轴承Y向绝对振动信号1个月前曾达高Ⅱ值,因未复位输出信号被保持。当3号轴承X向相对振动通道故障时,“与”逻辑条件满足导致跳机。
8.保护定值偏大。国内发电机组汽轮机的轴承振动信号,都统一设计高Ⅰ值为125μm,高Ⅱ值为250μm,有多次汽轮机本体异常情况下装置未起到保护作用。如某600MW机组运行时振动信号发生突变,振动数据分析判断有物飞落,经查中—低靠背轮的螺栓盖板半个飞脱,但振动最大值也刚到高Ⅱ值。另一台600MW机组运行在358MW负荷时,因锅炉原因跳机,机组重启后其低压转子振动信号明显增大,当时进行了动平衡处理。1a后机组检修时发现低压转子围带飞脱严重,其中低压转子第3级动叶片围带均有多段发生损坏或脱落,但异常情况发生时的振动值离高Ⅱ值相差甚远。
二、监测系统的检修
1.TSI监视器一般包括轴向位移、轴承振动、差胀、机壳膨胀、偏心监视器等几种类型。其检修就是根据监测器的工作原理、量程范围、监测参数制定不同的测试方法。监测器的校验可以连同传感器进行系统校验,也可以单独进行校验。对监测器的校验可通过在监测器信号输入端加模拟信号。
2.差胀监测系统的检修差胀是轴和机器壳体之间的相对增长。当热增长的差值超过允许的间隙时,便可能产生摩擦。一般情况下,可把探头安装在机壳上,测量轴的端面与机壳之间的距离2偏心监视器系统的检修偏心的测量对于评价旋转机械全面的机械状态是非常重要的。它可以让运行人员在机组启停过程中观察汽机由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。
参考文献
[1]李云峰,罗永红.亚临界汽机振动故障分析与消除.系统工程.2013.
[2]张胜,邓天,洪景川.某300MW汽轮机组汽封改造后启动振动故障的排除.2012。
[3]邓文斌.汽机组状态趋势预测及故障诊断方法研究.浙江大学2011.