TSI探头的工作原理和安装注意事项 附TSI系统传感器介绍及常见故障处理与改进措施.docx

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1、、传感器TSI系统常用的传感器一般有电涡流传感器、磁阻式传感 器，速度传感器这么几种。1、房缠有电圈交此总氟幡啦 组圈内长线频匕场虑舞翱 线，置过头此涡流群翻赢 配实 再即圈线器延的高流磁弓法口平槽前通探在电涡，推 扁开，到，生电耗后 个上器流入场产该损最一 一架置电进磁会，流之由框前频他的将律涡总命乜 要在喜，变也定电，数ft 主以一的流交面关的强 瞽可有定电、表有内感也配稳磁频据国 白 传，是个励高体根线翻鳖 流上都一叫个导，使蟠吸取量 涡嚓生流7场，翻离悌测 电襄产电成体磁在距制抗 :在流能个形物一存鹿锡阻 理粘涡他这部测生的方照是 原是电，头被产场因认切就 作以。器头头的将磁质的蚓这

2、工可内荡探探中也外品似假， 和圈博靠场流露近碑化构线到体供，磁涡抵器化曩结此绕晶缆后变电是感变可的图示被测体L004、轴向位移：定义：轴位移也叫串轴，是推力盘（大轴）对推力轴承（气缸） 的相对位置测量值,轴位移保护的主要目的是使动静部件之间 保持一定的轴向间隙,避免汽轮机内部转子和定子之间发生摩擦 和碰撞。我们厂汽轮机高中压转是分开的的，高、中压转子之间,中压转子与低压转子之间，低压转子与发电机之间，发电机转 子与励磁机转子之间都是采用法兰式刚性联轴器联接，这样就 形成了轴系。轴系轴向位置是靠推力盘来定位的，推力盘包E 在推力轴承中，由此构成了机组动静之间的死点。所谓“死点” 就是整个轴系在“

3、死点”这个位置相两侧膨胀，该点相对是不 定位：在安装轴向位移之前，必须确定汽轮机的推力间隙，推 力盘在推力轴承工作瓦面和非工作瓦面之间的移动距离叫推力 间隙，即K值；先将大轴推向工作面，再推向非工作面，测出推感4 U 八1 /eg 人 口3 上月分上 3日1日轴向位移具体方式就是推力盘两边各架起一个千分表，在推间隙的时候算出推力间隙K,把推力盘再次紧靠工作瓦表面，如图所示。由厂家提供的说明书及出厂报告已知轴位移信号前置器线性测量范围的灵敏度S=4V/mm,传感器安装间隙电压为U0=-9. 76V,则轴位移安装间隙电压U1的计算式为：Ul=U0-SXl/2XK=-9. 764. 00X1/2X0

4、- 38= -10. 52V利用计算出的电压U1将轴位移探头固定（此时大轴紧贴工作面）， 定位结束，观察DCS中轴向位移显示值，是否一致。轴向位移感器例如某厂汽轮机的推力间隙为K=0. 38mm,则轴向位移的量 程就为-0.19- +0. 19mmo此时卡键接受此电压值后，经过计算 处理，显示出位移值应为+0.19mm o另外还有两种定零方式：在冷态时，将大轴推向推力轴承的工作面（发电机测），推紧后，将该位置定位零位。或是推向非工作面，定零位，根据不同的厂家的汽轮机，选择不同的 定位方式。由于电涡流探头的型号不同，所以灵敏度、线性也都不同， 用来测量不同参数的电涡流探头定出来的间隙也是各不相同

5、的。 转速可能在1MM左右，而轴向位移可能就是2-3MM。涨差在机组正常运行中，胀差传感器固定在缸体上，而传感器 的被测金属表面铸造在转子上，因此，汽缸和转子受热膨胀的 相对差值称为“胀差”。一般将转子的膨胀大于汽缸的膨胀产叫做“正胀差”，转子的膨胀小于气缸的膨胀叫做“负胀差”。（本厂用的胀查探头我没接触过）热膨胀位移传感器是一个差动变压器，它由一心杆与外壳组成，外壳中有三个线圈，一个是初始线圈，供给交流电源，另外中心点两侧各绕有一个次级线圈，这两个次级线圈是反向缠绕连接,故次级线圈组的输出是两个次级线圈所感应的电势之差铁芯的作用是改变空间的磁场分布。线圈中的铁心在两个次级线中间时，输出为0。

6、当有相对位移时y例如铁心上移，则上半部分的次级线圈感应的电动势就比下半部分大，则输出的电动势差是上半部次级线圈感应电势的极性通过整流滤波后变为铁芯与线圈间的相对位移。铁芯 OS1 1次级金发傩11 次级缓罔2QS22动作原理产 I产 I特点:1 .无摩擦测量，安装时注意要让铁芯在元件中自由活动，不要LVDT如何勤作？-2摩擦到边缘即可，这样它在整个测量过程中是无摩擦测量的。2,无限的机械寿命，因为无摩擦测量所以理论上说它的寿命是无限期的03,适应环境性强，可以在强磁场、大电流、潮湿、粉尘等恶劣 环境中正常使用。摘要：TSI探头是火电厂热控安装不可或缺的重要组成部分，是维护机组 正常稳定运行的重

7、要传感器。本文主要是介绍本特利3500系列传感器的测量原 理。并对电厂在调试过程中和日常运行维护所遇到的问题提出了解决措施。关键字：TSI系统；本特利3500；电涡流传感器；故障分析；日常维护； 弓I言随着k组容量的增大，汽轮机安全监视与保护，已成为汽轮机的重要组成部 分。应用TSI系统，能连续地监测汽轮机的各种重要参数，确保机组的安全稳定 运行。当机组重要参数超过危险值时，TSI系统发出保护动作信号，实现紧急停 机，从而保证汽轮机组安全、经济运行。本文主要是对发电有限公司2*300WM 机组所使用本特利3500系列传感器进行介绍并对安装调试过程中遇到的问题和 常见故障进行分析。2.电厂本特利

8、3500系列传感器基本情况介绍电厂工程2X300MW机组系汽轮机厂有限责任公司引进美国西屋公司技术 生产的N300-16.7/537/537型亚临界一次中间再热、高中压合缸单轴双缸双排汽 凝汽式汽轮发电机组，系统为单元制热力系统，锅炉为北京北京巴布科克威尔 科克斯有限公司的1025T/H W ”喷燃媒粉炉，发电机为哈尔滨电机厂 QFSN-300-2 发电机。电厂的TSI系统使用的是本特利3500系列产品。主要是对汽轮机的大机转 速、汽机轴振、汽机瓦振、汽机胀差、绝对膨胀、轴向位移、偏心、键相等参数 进行连续监视，当机组的重要参数达到保护值时，3500系统会通过继电器32M 卡件输出动作保护信号

9、至ETS系统，实现紧急停机，从而却保机组的经济、安 全稳定运行。3.3500常见故障与故障分析我厂所使用的本特利3500系列产品主要是由两大部分够成。一部分为3500 上位机系统，主要是用于监测器的参数设定与输出模块的逻辑组态；另一部分为 3500测量元件系统，其包括测量探头、前置器、延长电缆、监测器卡件和输出 模块等硬件系统。3500上位机软件系统主要是用于报警、保护定值的参数设定和输出通道的 逻辑组态，上位机软件系统运行较为稳定且工作环境较好，暂时未出现故障问题。 而3500测量元件系统由于多用现场测量且工作环境较为恶劣经常出现故障，其 中电涡流探头、前置器和延长电缆故障最为常见，甚至有时

10、会威胁到机组的安全 稳定运行。3.1. 3500系统常见故障分析电涡流探头、前置器和延长电缆用于采集并传输汽轮机的运行信号，在采集 和传输的过程中经常由于元器件的损坏或元器件的接头处不牢固等原因造成测 量信号的波动或跳变。案例一：2011年2月#2机C修期间，机务专业对#5轴瓦检查结束后进行 的涡流传感器回装调试工作中，发现安装好的#5瓦Y项轴振探头经常出现测量 参数的波动。而后对测量元器件进行检查发现是由于延长电缆外层绝缘层破皮导 致绝缘不合格使得数据传输过程中有干扰存在。延长电缆的外层是由一种较为简 单的塑料绝缘层包裹，容易受外力影响发生破损，使得延长电缆内层传输介质易 受影响而发生波动现

11、象（如图5、图6所示）。在及时更换延长电缆后波动现象 消失。同轴电缆一三层外部屏内部屏蔽层中心导体绝缘层如图5同轴传输电缆的基本结构如图6延长电缆破皮处案例二：2011年8月22日14时，#2机组正常运行，突然出现#5瓦Y侧轴 振报警，而后机务对#5轴瓦进行了检查，大轴振动正常，通过TDM工程师站查 询历史趋势发现测量数据有不正常跳变。数据跳变最高值时已经达到了 0.190mm 左右（注：轴振大0.254mm汽轮机跳闸），已经严重威胁到机组的正常安全稳定 运行。随即在ETS系统中退出了 “轴振大”跳汽轮机的保护对现场测量元件进 行检查。检查后发现是由于电涡流探头与延长电缆的金属连接处由于受踩踏

12、或是 其他外界原因使得金属连接环出现形变导致接头与接头处不牢固使得数据传输 不稳定导致测量值跳变（如图7所示）。然后对延长电缆进行了更换，测量数据 恢复正常。如图7延长电缆与探头的金属连接处3.2.改善的措施通过对最近出现的这两次事故中分析发现，3500的现场测量元件系统由于 工作在现场，工作环境恶劣有时因为外界因素的原因出现故障。为了尽量减少这 样类似的故障发生除了加强必要的日常巡检力度和危险警示语外，也要利用停机 检修期间对所有的现场测量元件进行检查，确保元件的完好与数据传输的正常。 在做好以上工作的同时进一步分析发现故障多出现在汽机大轴振动的测量，这主 要是由于大轴振动探头及其延长电缆是

13、暴露在汽机外面，只能通过一层较为简单 的蛇皮套管进行保护，不能像转速、胀差等测量元件那样通过汽机内部穿线到达 前置器端，因此受到的外界因素影响较大。针对此类问题考虑将对其进行改造。从轴系振动机理上分析，高速旋转的轴系振动式一个整体的稳定状态,不大可 能出现某一点突然变化而其他点没有变化的情况，通常是当某点振动异常时，整个 轴系的动平衡被打破，整个轴系振动幅度都会多少发生变化，但这种变化是无规 律的，不确定的，且没有实际数据作为基础，所以不能单纯的用“任意一轴承振 动高高值（0.254mm）与上相邻任意轴承一方向的振动高值（0.125mm）发出振动 跳闸信号”。因此改造方向主要是对现有的振动探头

14、进行升级换型。将现有的常规轴承振动探头和延长电缆（未带任何保护装置）更换为耐高温、 钢铠的电涡流探头和钢铠延长电缆（探头型号：330194-00-05-10-00,延长 电缆型号：330130-080-03-00,如图8所示）。并在探头和延长电缆的外部订 做特殊不锈钢套管和接头保护器，加强对测量回路的保护力度（现场实际安装情 况，如图9所示）。如图8升级后的探头和延长电缆如图9探头升级改造后的对比照片（上图为改造前，下图为改造后）同时对本特利3500系统42M监视卡件的组态功能对“Option”设置进行更 改。由于每个轴振通道的“Opinion”设置都含有“DangerLatching”（动作

15、锁定） 这个选项。当勾选此项后，如果对运行机组进行轴振探头检修时造成保护动作，此时卡件将自动保持输出状态（测量值恢复正常后也只能人工进行就地复位才可 恢复），很容易造成检修结束后投运ETS大轴振动保护时造成保护误动发生跳机 事故（如图10所示），因此要取消该选型避免不必要的情况发生。通过以上这些 方式来增强汽机轴振单点测量及保护的可靠性。从而可以降低由于导线破损或是 中间接头松动等外界因素引起的测量值波动、保护误动的情况发生。确保机组安 全稳定运行。此时卡件将自动保持输出状态（测量值恢复正常后也只能人工进行就地复位才可 恢复），很容易造成检修结束后投运ETS大轴振动保护时造成保护误动发生跳机

16、事故（如图10所示），因此要取消该选型避免不必要的情况发生。通过以上这些 方式来增强汽机轴振单点测量及保护的可靠性。从而可以降低由于导线破损或是 中间接头松动等外界因素引起的测量值波动、保护误动的情况发生。确保机组安 全稳定运行。0 Radial Vibration 1YVBChannel:|2 (Active)Ski FT Rack Type:StandardTransducef Setup FilteringVanabtes - AlamuQValueDirect10-500 pm pp iGap卜 24Wc二!IX Ampl10500 1jnpp 二IX Phase Lag2X Ampl

17、0500 pm pp 三囹圄图圄囹I Alert Latching* Danger LatchingTnp MtiptyPToO ；t| 1.00 to 3 00 (Repeat 0 25)Recorder Oilpul，Not IX Amp 0500 pm pp 色 r Smax Ampl10-10 mil2 Two mA ClampZ $ 1,60.Dangerg 1.0 - GO 0sr 100 mtZero Position|一600 8 WiH(Gap)1Set DefaultsCancelCP ModPrint Foim二期p n 3500如图10 Option”选项设置4.总结本

18、文主要是对3500系列产品的测量元件和实际工作中所遇到的问题进行简 单的介绍，汽轮机安全监视系统在机组运行过程中起非常重要的作用，它的稳定 运行是机组安全稳定运行的基础。随着科学技术的发展和机组运行水平的提高, 对电厂机组的运行安全性、经济性的要求也越来越高。因此保证TSI系统的稳定 运行，尤其是现场的测量元件工作正常也显得更为重要。特点及用途特点：工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构 简单等优点； 一般用于测量的参数：转速（电压周期性变化，测得频率就能够算出转速）、振动、轴位移、涨差、键相、偏心等;定位：电涡流探头主要以间隙电压为定

19、位标准。（在下面 会详述）测量影响因素:被测体表面: 洞眼、刻痕、 差；表面的大小:被测体表面应该平整光滑，不应存在凸起、凹槽等缺陷9不光滑的表面会给测量带来误因为电涡流探头形成的磁场有一定的范围,电涡流的探头也有一定的范围，这样就对被测体表面的大电涡流的探头也有一定的范围，这样就对被测体表面的大小有一定要求。被测体表面是平面时；要求被测平面的直 径是探头直径的1.5倍（从探头中心正对的点算），被测表面是柱体时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上，否则灵敏度降低。被测体表面越小，灵敏度下降越多。支架的影响：支架的好坏直接决定测量的效果，这就要求 支架应有足够的刚度以提高自振频率，避免或

20、减小被测体 振动时支架也同时受激自振（所以除非能够保证支架的强 度，否则一般电厂不能对探头的支架进行私自改造）。2、磁阻传感器结构及工作原理：磁阻式传感器由铁芯、永久磁钢、感应结构及工作原理：磁阻式传感器由铁芯、永久磁钢、感应入他（线圈阻值一般在100C到上千C, 一般是7、800Q） 组成，一般用于测转速。永久磁钢产生一定强度的磁场，当齿轮转动时，这探头与齿轮间的间隙就会成周期性的变化，其结叁酉在线t是通过传感器线圈的磁通量发生周期性增减,感应出成近似正弦波（见下图）的感应电势通过它的工作方式我们不难知道，这个交流的电压的频率 与齿轮的齿数，齿轮的转速成正比。公式如下：f=nzf一传感器输出

21、的频率信号（Hz） ； n-转速（r/min）； z-齿轮齿数（60）那当我们的齿轮齿数一定时，那输出的电压频率就和转速 成正比。所以我们通过测量感应电势的频率就可以推算出转速。原理图示磁通量该表的示图特点及测量用途特点：能在烟雾，汽水、油气等环境中工作；他输出的信 号强，抗干扰能力强；维护成本低，不需要供电，完全靠 磁电感应来测量，体积小巧。缺点：低转速时会出现测量不准的现象。在电厂的用途：主要用来测量汽轮机、给水泵转速等。低速转速测量原理：模块在接受感应电势时，峰值超过门槛电压量。这就是在低速时测量不准的原因。但是也不至于要到影响测量的因素的才记录有效。根据公式我们可以知道，在低转速时，形

22、 成的峰值电压小，在检测时可能就会被漏掉，无法正常测磁阻传感器感应电势成正弦波状，经过研究发现，感应电 势的峰值与安装间隙和齿轮的转速是有一定关系的：V=Kn/d公式中：V峰值电压；n转速；d安装间隙；K传感 器的特性参数；很高的转速才能显示出来，一般把探头与测速齿盘间隙适 当减小就能很大程度的解决低转速测量的问题（将间隙减 小到0.8或0.9mm）。定位：磁阻传感器的安装并没有很大的要求，按照间隙安装，只要控制好间隙就好了，一般间隙控制在1mm左右。过小，容易打坏探头，过大低速测量效果会不好，出现漏测的现象。速度式传感器3、速度式振动传感器A结构及工作原理：速度式传感器是由一个惯性质量线圈和

23、一 个移动的磁钢壳体组成，惯性线圈通过一个一定刚度的弹簧 连接在壳体上，壳体固定在被测设备上。当设备运行时线圈 相对于空间是静止的，而磁钢壳体与设备连接，和设备振动 的频率幅度是一样的，这样惯性线圈和磁钢的相对运动就会 产生电势，该电势通过处理用来反映振动A用途：这种传感器可以用来测量轴承壳、机壳的振动，可以 测量物体相对于空间的绝对振动。其显示可以是速度值大小, 也可以将速度转化成位移显示。用于给水泵，风机等。A安装：安装时要注意，不要安装在高磁场地域，比如某些大 型电动机；高磁场对测量的干扰是很严重的；过大的交叉振 动，也会影响甚至损坏传感器，传感器对于垂直于它的振动 比较敏感，尤其是低频

24、振动传感器，它内部的弹簧更柔软, 更容易磨损安装不合理将导致传感器振幅、频率的降低, 测量不准确。振动速度传感器二、TSI各测点的讲解由于传感器线形电压范围大大超过测量范围,所以安装间隙允许有较大的偏差,只要保证测量范围在线的安装间隙电压，间隙电压应为传感器输出特性曲线的线形 中点位厂家给出的安装数据一般就是该传感器的中心电压。性段内即可，但为 了满足故障诊断和 可靠性的需要,一 般要求安装电压 9. 750. 2 VoTSI各测点TSI系统各测点的讲述振动偏心、键相转速、零转速轴向位移胀差膨胀1、振动：本厂机组每个轴承处安装两只，且互成90 ,垂直 于轴承，探头与水平方向的夹角为45 ,分别

25、测量X、Y方向上 的振动。电涡流探头安装的一项重要工作是调整探头与被测金属间振动安装：安装时动作要小心，可在安装支架螺纹孔处平稳的旋进 旋出探头，用万用表在前置器输出端测量，观察其间隙电压的 变化情况。当电压达到线性中点U0左右时（一般为TOV左右）， 逐步锁紧探头螺母即可。然后固定安装支架，拧紧螺丝并加装 弹簧垫、定位销，必须注意锁紧前后的输出电压或示值是否有 变化，保证机械零位与电气零位一致。与延长电缆的接头处 要用耐油热缩管处理，以免接地。偏心、键相2、偏心、键相）偏心是指轴表面外径与轴真实的几何中心之 间的变化，这种变化也叫做轴的弓形弓形又分永久弓形和 暂时弓形，大轴的机械弯曲造成的永

26、久弓形，还有是由于热 膨胀不均匀或重力因素造成的暂时的弓形，这部分弓形通过 长时间的盘车会被矫正。为了减小机组的振动，保证设备的 安全，机组启动和停机时总要盘车一端时间，而盘车时机组 监视的依据就是偏心在合适的范围之内。安装定位：偏心的安装和所有电涡流传感器的安装方式是 一样的，按照间隙电压安装，间隙电压一般选在探头的线性 特性区间范围的中间位置。比如本特利3500p 8MM的探头灵敏度为7. 874V/mm,线性范围为-2.7516. 75V,安装间隙电压就定在-10v左右。振动相位原理2m键相：键相又叫相位参考，在大轴上有一个凹槽，大轴每转,键相探头就会测量到一次，记下大轴的位置0键相为偏

27、心和振动服务，即说明偏心和振动的方向、相位，为分析数据提供依据。注意一下你会发现，当你拆掉键相探头时偏 心的测量值是不正确的。L偏心、键相测量转速;测量转速;设备启动时或停止是，都要过临界转速，使用键相位配合轴振动探头，可以完美的捕捉到启动/停止时的振动趋势;安装定位：键相的定位，将探头对准大轴，不要正对凹槽安 装，安装间隙电压为-10v左右，这样转到凹槽处的间隙电压一般为-20v左右，一般设置门槛电压为-15v,这样大轴每转一圈, 卡键都会记录下来。键相的作用：正常使用时检测转轴的轴向扭曲，因为这种异常会导致转轴 彻底报废，虽然很少发生！但是由于这种变形根本无法在普通 的轴振动探头单独体现出

28、来，这个叫相位角测量；可以配合轴振动探头获取转轴的实时轴心位置，分析轴承扰 动。判断出大轴振动的相位角。键相对轴的动平衡分析、诊断 有很大帮助。所以说，键相在TDM系统中起到了至关重要的作用。转速及零转速3、转速：转速一般都安装在机头上，机头大轴上设计一个 60齿的齿轮，在齿轮上有个弓形瓦，所有测量转速的探头全 部装在该弓形瓦上。转速一般都有这么几种：A3个到TSI系统，用监视转速、超速保护，判断转速超过110%发出开关量信号到ETS系统。A3个到DEH系统，用来控制汽轮机转速的被调量以及103%保护。A1个到就地机头转速表，用于就地的观察。A2个到TSI系统做零转速，用去监视，连锁启停盘车。

29、零转速：所谓零转速，就是要反映转子刚刚静止的状态,在转子刚刚停止的时候投盘车，但是在实际测量过程中无法 准确的反映转子刚刚停止的时刻。所以，一般来说只要转速 小于2转，就可以认为转子已经停止了，这时候可以投入盘 车运行转速及零转速安装：到TSI系统的转速都是电涡流探头，电涡流探头的安 装和以上讲述的安装方式一样，都是按间隙电压装。在这 要注意一点是，当安装转速时一定要将探头与齿轮的齿尖 正对，然后再定位。这个工程可能需要运行人员手动盘车 配合口磁阻传感器的安装，按照间隙装，一般安装间隙都在1mm 左右，同样是要将探头与齿轮的齿尖正对，然后再用塞尺 测出间隙安装完毕后，用金属片在探头与齿轮之间滑动 我们会测到探头的阻值是变化的，这样可以判断传感器是 正常的Q