基于epro的汽轮机状态监视系统容错分析及优化.pdf

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1、基于EPRO的汽轮机状态监视系统容错分析及优化瞿七九，粟宣淞，王华东广东粤电靖海发电有限公司，广东惠来 515223摘要：TSI系统是监视电厂旋转机械(如汽轮机、小机)在运行时数据采集和处理的系统，不仅提供数据供检修和运行人员分析和判断，也是保护设备免受损坏。通过分析TSI的组成和工作原理，提出了合理的解决方法，增强其正常工作的容错能力和可靠性。关键词：传感器：冗余：接地1前言靖海电厂1 000MW机组汽轮机采用的是东方汽轮机厂提供的冲动式汽轮机，汽轮机将蒸汽热能转化为动能带动发电机，最终转化为电能供广大的用户使用。为了保证主机本体设备正常运行，有必要对汽轮机各种重要参数进行监视，以便及时提醒

2、运行和检修人员。汽轮机状态监视系统(简称TSI)就是采集表征汽轮机运行状态的参数如：转速、振动等，通过信号处理，及时输出相关信号提供给检修和运行人员监视，同时当检测数据异常时及时触发安全保护系统正确动作，及时遮断汽轮机，保证机组安全。另外TSI监测信息提供了汽轮机动平衡和在线诊断数据，检修人员还可以通过诊断数据，分析可能存在的机器故障，使得机组维修更有计划性和可靠性，不仅减少了机械设备的损失，也提高了汽轮机组的可用率。由此可见，TSI系统的重要性不言而喻，其工作可靠性必须得到保证。本文对TSI进行了系统的分析，对存在的问题通过全面整改和优化，保证了工作的可靠性。2 TSI系统组成1000MW汽

3、轮机TSI系统采用EPRO公司6000系列振动监视系统。此系统主要包括传感器、智能数据采集和处理系统组成，分别用来采集和监视汽轮机的转速、振动、轴向位移、胀差、偏心等信号。21传感器系统104传感器是将机械振动量、位移、转速转换为电量的机电转换装置。根据被测物体是否与测量装置接触来分可分为非接触式传感器和接触式传感器，前者如电涡流传感器，它可以测量汽轮机的转速、轴向位移、振动、胀差等物理量，主要原理是通过传感器端部线圈与被测物体间的间隙变化来测量物体的振动相对位移量和静位移的；后者如速度传感器、LVDT传感器，他可以测量汽轮机轴承箱盖振，缸的热膨胀等，主要原理是通过传感器与被测物体直接接触，反

4、映物体物理量直接变化的。22数据采集、处理系统数据采集及处理系统是一套完整的系统，主要包括电源、各种数据采集及处理卡件、框架等。他们是将相应传感器的电量信号进行整形、计算、逻辑处理后，输出准确的监测数据和报警指示；也实时监视传感器和卡件自身的工作状态，重要电源和卡件冗余配置，提高了系统工作的容错能力。3可靠性分析及优化汽轮机在正常启停和运行过程中，需密切监视汽轮机的运行状态参数，当监视的参数异常或超过报警值，需及时分析，找出问题的原因；更严重的达到跳闸值时，也需及时遮断汽轮机，让汽轮机安全停运，以防事故进一步扩大。因此TSI系统在汽轮机运行过程中处于特别重要的地位，TSI设计、安装不仅应合理配

5、置、还应根据生产过程要求设计严谨的保护逻辑，也要考虑选择合适的控制设各、跳闸信号来源、信号测量安装位置等，以保证系统在投入运行后能够准确、灵敏、可靠地监视机组安全运行。TSI系统还要考虑具有防止信号误动、拒动的相关措施。因此，要使系统可靠地工作，就必须保证各环节的可靠性。万方数据TSI系统采用了模块化结构，即采用各功能不同的模件搭建所需要的监测系统，如监视轴向位移的MMS6210模件、监视轴承振动的MMS61 10模件和不同需求的PR642X系列传感器等。通过对其可靠性分析主要存在以下问题：31传感器系统工作不稳定大部分电涡流传感器为了安装方便，探头与延伸电缆之间均设计有转接头，如Bently

6、的3300系列传感器采用拧接式和EPRO的PR642X系列传感器采用插接式的，结构见图l所示。EPRO系统在现场安装完成进行调试时发现振动数据波动大而且不能稳定。对传感器结构系统进行仔细检查和分析发现，在传感器铠装电缆距探头lm的地方有1个长约10cm直径约lcm的金属管(铠装与金属管是导通的)，金属管可以从中间拧开，可以看到里面是用1个小LEMO接头连接的传感器电缆，小LEMO接头的外壳连接的是前置器的COM端，由于电缆铠装或金属管可能与缸体等现场的导体接触，如果小LEMO接头的外壳与金属管接触，就可能发生前置器的COM端与现场导体短接，而前置器的COM端是与机柜内卡件的信号地连接的(如图2

7、所示)，从而造成双端接地。当这两端存在电位差时，就可能窜入干扰信号，引起测量值波动。因此决定在小LEMO接头处用热缩套管进行绝缘处理，保证小LEMO接头与金属管及电缆铠装完全绝缘，这样就保证了信号电缆的单端接地，再次试验时测量数据稳定不波动。机组正常运行后，相继发生了A小机振动大误跳闸而减负荷事件、主机及小机的振动数据多次不明原因的波动等问题。初步怀疑是由于连接头的绝缘没有处理好或运行过程中磨损而引入了干扰信号，即小LEMO头外壳与金属管接触。为了验证此说法，将前置器地(COM端)至卡件的接线断开(图2中粗红线所示)，用欧姆表测量前置器地(COM端)与铠装缆之间的电阻，电阻值满足安装要求，排除

8、绝缘不良引起的波动。对中间接头处进行摇晃发现测量数据波动，由此确定是由于采用接插式连接的中间接头不牢靠引起信号电缆接触不良引起，因此决定全部更换此种结构的传感器系统，105采用一体化的传感器，保证了测量的可靠性。4-：!O鲁三三銎薹薹霆羞莹二=芦墨j鼹缩鬟篱图1传感器中间连接示意图图2传感器系统结构图32数据采集系统配匮不合理轴位移保护是汽轮发电机组最为重要的保护之一。为了提高汽轮机的效率，汽轮机级间间隙设计的都很小，而轴向间隙是靠转子的推力盘及推力轴承固定的，在机组启动和正常运行中一旦轴向位移过大，就会造成推力轴承磨损，发生转子向前或向后串动，严重时发生转子与静子碰撞，损坏设备，故对汽轮机转

9、子的轴向位移进行监视。当轴向位移发生危险值时，保护动作，立即遮断停机。防止电力生产事故的二十五项重点要求中“所有重要的主保护都应采用三取二的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则”布置。对TSI系统的配置进行全面检查发现，汽轮机轴向位移监视和保护的配置虽采用了三个独立的传感器，但其中两个传感器接到同一块模件中，当模件故障时，保护系统亦会失效。因此增加一块MMS6210位移测量模块，使现场三个位移信号分别接到对应的模块，保证从测点、回路到模件完全独立，同时还克服由于探头安装不合理导致信号叠加干扰的问题。TSI系统不仅输出监视和保护信号至其他系统，如DCS系统、ETS系统

10、，还输出汽轮机转子振动信号的原始数据至TDM系统，供分析转子运行状态之用。这要求测量数据和传输数据不仅准确而且可靠。数据采集系统的接线是采用推针将输入、输出线利用专业工具推至嗲|三迥一隧，眨躐盼劳一誓一、一万方数据48针底座上，底座的金属针裸露在外，如操作不慎或有金属碎屑脱落，都会导致信号短路，增加机组运行的风险；至其他系统的数据传输环节过多，如中问增加了vI转换器、一个信号多路使用导致传输信号减弱、报警、跳闸输出采用常规继电器逻辑搭接等，不仅增加了设备采购成本也不利于信号异常时的分析和判断，因此采用新型框架结构，利用端子插接方式进行接线，易于操作、改动和扩展。增加继电器模块实现逻辑报警、跳机

11、、通道正常、三取二逻辑等开关量信号的输出，增加了装置的可靠性，也提高了容错能力。机柜24VDC电源不仅提供传感器正常工作的电压，也提供模件逻辑判断的基准电压。例行检查TSI机柜24VDC电源时，发现电源负端对地有+6V电压。电源负端未接地。为了检验此种状态是否影响数据测量，通过现场模拟试验，在3A小机l号轴承振动测点预制电缆外壳上分别加载416V交流、直流干扰电压，小机TSI机柜内的所有测点均大幅波动，甚至变坏值。检查发现负端没有接地，将24VDC电源负端接地后，测点均无变化。通过对设计图纸和实际接线的比对发现，原设计中需将24VDC电源负端接地，联系设计厂家确认后，将电源负端接至机柜地端。电

12、源负端没有接地将会导致电荷聚积而无法释放，影响传感器正常工作，负端接地不仅能消除干扰，释放堆积的电荷，也提供了准确的工作电压和基准信号。106这样就有效避免了信号地浮空导致基准信号不准而使得振动信号异常。4总结TSI系统作为电厂重要设备(汽轮机、小机、风机)的监视和保护系统，其安全、可靠工作不仅保证了设备可靠运行，也保证了发电机组稳定运行。通过对TSI系统的容错分析和优化，采取冗余配置、独立合理取样、高可靠性元器件等措施，提高了TSI系统工作稳定性，为设备状态分析提供准确依据。参 考 文献【1】 防止电力生产事故的二十五项重点要求辅导教材【M】中国电力出版社201 5 01【2】 赵燕平热工联锁保护系统配置优化技术M】中国电力出版社2006 11【3】 杨庆柏，王刚TSI的涡流传感器及其应用【J】山东电力技术，2001 3：49-51【4】 邹炳莲，韩娅婷，沈庆云TSI误动事敌分析及防范措旋【J】新疆电力200I2：26-27【5】 肖凌汽轮机振动监测装置的维护与处理【J】江西电力，2006 5，30(05)：4345，收稿日期：2016-1027作者简介：瞿七九(1982-)，男，安徽安庆人，工程师，从事发电厂自动控制系统和状态监测系统研究工作。万方数据