汽机TSI系统的简介

汽机TSI系统的简介

徐涛

张家口发电厂河北张家口075133

摘要：本文介绍了TSI系统各类探头测量原理，以及安装、校验的方法，主要介绍了塔电所用的德国飞利浦公司的MMS6000系列，希望通过这篇文章对热控人员平时的调试和日常维护工作起到帮助作用。

关键词：TSI；探头；测量；调试

引言：由于随着科学技术的不断发展，电能需求的日益增加，单机容量的不断扩大等原因，大型发电机组要求有更高的可靠性和自动化水平，否则它的事故将给电网造成巨大的损失，因此，在大型机组中，监测和保护系统（TSI和ETS）是非常重要的。它不仅可以提高劳动生产率和电能质量，还能降低发电成本，改善劳动条件，并为大型机组的安全、经济运行提供了可靠的保证。TSI系统能连续地监测汽轮机的各种重要参数，例如：可对转速、超速保护、偏心、轴振、盖（瓦）振、轴位移、胀差、热膨胀等参数进行监测，帮助运行人员判明机器故障，使得这些故障在引起严重损坏前能及时遮断汽轮发电机组，保证机组安全。另外TSI监测信息提供了动平衡和在线诊断数据，维修人员可通过诊断数据的帮助，分析可能的机器故障，帮助提出机器预测维修方案，预测维修信息能推测出旋转机械的维修需要，使机器维修更有计划性，减少维修时间，其结果是减少了维修费用，提高了汽轮机组的可用率。

正文：

一.TSI系统的简介

TSI系统主要构成为：旋转机械监视保护系统及其配套的现场测量探头。目前国产200MW及其以上机组大多采用本特利公司（BENTLY）3300系列或德国飞利浦公司的MMS6000系列。均采用模块化设计，可在其框架内安装不同种类及数量的模件，完成各种测量，并通过柜内的继电器回路完成保护信号的输出，本厂（张电塔山分厂）采用德国飞利浦公司的MMS6000系列。

汽机轴系上安装的探头主要分为以下几类：

1汽机转速测量：转速、零转速

2汽机各部分位移测量：转子的轴向位移、转子与汽缸的相对膨胀（包括高压胀差和低压账差）、汽缸的热膨胀（绝对膨胀）、偏心。

3汽机轴状态测量：转子轴的振动（轴振）、轴承的振动（瓦振）、振动的相位角

二．转速及零转速

TSI系统一般使用涡流传感器：探头的端部对着齿轮的齿，齿轮转动时，齿顶齿根轮流通过探头的端部附近，这时涡流探头的前置器输出一个脉冲，测量单位时间内通过的脉冲数就可知到汽机的转速。安装时可用盘车装置调整齿轮盘的旋转，使齿顶正对转速探头。使用塞尺调整探头与被测面的距离为1mm左右即可。

转速是旋转物体的转速与时间之比的物理量，是衡量物体旋转快慢的一个重要参数。目前大型火电机组汽轮机安装的转速探头较多，DEH系统一般有独立的测量回路，用于机组的调速控制，机器转速的测量，长期以来已成为一项必须进行的标准程序，转速值显示是汽轮机组开车、停车以及稳定运行时的重要参数，并且振动值与机器转速的相关性对最终分析机器性能十分重要。

塔山电厂的测量链由两只装于前箱正对60齿盘的传感器和板件组成，如图1所示当机器旋转时，齿盘的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地改变输出信号，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进行计数、显示，与设定值比较后，驱动继电器接点输出。转速的测量范围：0～5000rpm；零转速设定值：小于4rpm；转速报警值：3240rpm。

三.超速保护

超速是最危险的情况之一，如不加以控制，会造成机组重大的事故，导致飞车的危险。最坏的超速情况之一是机组甩负荷时，造成转速飞升。机组甩负荷时转速飞升小于108％额定转速，否则应自动打闸停机。超速保护应具有快速响应和错误冗余表决逻辑，因此本测量链采用“三取二”方式，如图2所示。塔山电厂由三只装于四箱盘车处、正对于88齿盘的涡流传感器和三块转速表组成，设定值为3300rpm。与转速测量同样的原理，转速值＝（脉冲频率/齿数）×88。各机组超速的测量范围：0～5000rpm。

2012年7月20日塔山分厂曾经出现因一个超速探头安装间隙大而报警，超速探头安装于汽轮机大轴中部盘车齿轮处。由于探头安装时，机组处于冷态，机组运行一段时间后大轴的测速齿轮与探头的径向、轴向位置均会发生细微的变化，，冷态时调好的探头间隙电压值在机组正常运行时产生了一定变化，而由于飞利浦探头特性对最佳线性测量区域要求比较苛刻，使实际被测间隙电压极易超出原设定值范围，从而可能导致超速卡输出异常。当时热控专业正是通过监视交流电压的频率输出而调整探头的间隙使其恢复正常。

四.位移

轴在运行中，由于各种因素，诸如载荷、温度等的变化会使轴在轴向有所移动，如轴移动距离过大就会剧烈的摩擦轴承，其后果不堪设想，所以就需要用电涡流探头探测这一间隙的变化。通过监测传感器输出信号的直流间隙电压，就可确定推力盘在推力轴承中的相对位置。由于这一参量十分重要，通常设计三个或四个探头同时探测一个对象。

1.位移的测量原理与安装

轴向位移是指转子在轴向与推力轴承的位置或位移的变化；胀差是指汽缸与转子间发生的热膨胀的差值。轴承座和汽缸沿横销和纵销作横向和纵向膨胀，通过横销和纵销的两条直线的交点称为汽缸的死点。转子以推力盘为死点，沿轴向前后膨胀。胀差是机组启停和正常运行时必须监测的重要参量。

对于目前的机组来说，利用涡流传感器除了能测量轴向振动外，根据间隙电压变化可以测量轴向位移及高、低压胀差的变化。由于轴向位移与高、低胀差存在正负方向，因此安装探头时一定要注意：

1）如果转子轴向膨胀大于汽缸值，称为正胀差，反之称为负胀差。一般来说，在冷态启动过程中，主要表现为正胀差，在热态启动和停机过程中，主要表现为胀差往负向走。

2）有些国产引进机组高压胀差的被测面有一定的角度，因此在冷态安装时，注意查阅安装资料，确认被测面的倾斜角度值，通过计算调整其初始值与轴向位移相同。

3）在安装轴向位移探头之前，必须确定汽机的推力间隙，即K值；先推向工作面，再推向非工面，测出推力间隙（注意扣除瓦本身的位移），再推向工作面，此时将轴向位移值定为推力间隙值的一半。这就是“中间定零”的方式，即以K/2位置作为轴向位移的零点。靠近工作面为正，远离工作面为负。

另外还有两种定零方式：在冷态时将转子的推力盘推向推力瓦的工作瓦块（发电机侧），并与工作面靠紧，此时将轴向位移定为零位；或是推向非工作面，靠紧定零位.塔山电厂是将推力瓦先推向电测，再将其推向机头，量出推力瓦所走行程，再将瓦推向任意一侧，安装的探头间隙为推拉行程的一半即可。

4）塔山电厂的轴向位移设计，相对于A、C探头来说，B、D探头内部组态中的“电压–距离”曲线必须进行取反，以保证在四个探头在初始安装时示值一样。

综述

以上以MMS6000系统为例，介绍了目前TSI系统中各类信号的测量原理、安装注意事项及调试校验方法，汽机TSI系统是用来测量汽机本体的位移、振动、转速信号，并将其转化为电信号进行监视的系统。作为火力发电机组热控系统的重要组成部分，该系统既向DCS的数采系统提供汽机轴系的各种监视参数，又向保护系统提供跳闸动作信号，因此TSI系统对于机组的安全稳定运行起着至关重要的作用。希望通过本文对TSI系统各类探头的测量原理，以及安装、校验的方法，对热控人员的调试和日常维护工作起到帮助作用。

参考文献：

[1]陆文华；汽轮机监视保护仪表（TSI）关键技术的开发研究；2004电站自动化信息化学术技术交流会议论文集；2004年

[2]李守伦，张清宇；大功率汽轮机振动故障的分析与处理；2003大型发电机组振动和转子动力学学术会议论文集；2003年

[3]郭忠波；华能德州电厂1号机组TSI装置的改造；山东电力高等专科学校学报；2004年04期；98-101