汽轮机振动监测保护装置分析与改进

谢晨辉

摘   要：广东华电韶关热电有限公司汽轮机的轴系检测使用艾默生公司生产的CSI6500系统，本文主要对各种原因引起的振动信号波动做出分析，并进行了相应的防误动的技术措施及改进方法，经实施效果分析可知这次改进不仅提高了汽轮机轴系振动监测的可靠性，而且保证了机组的经济运行，取得了较好的改进效果。

关键词：传感器  监测保护系统  CSI6500

中图分类号：TH13                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0019-02

1  TSI概述

广东华电韶关热电有限公司#1、#2号汽轮机组采用东方汽轮机厂生产的型号为C350/325-24.6/1.25/569/569的超临界，一次中间再热，单轴、三缸、双排汽、单背压、单抽凝汽式汽轮机，设计新蒸汽压力24.6MPa，温度为569℃。

#1、#2号机组汽轮机振动监测装置使用艾默生epro公司的CSI6500系列产品。主汽轮机监测的有：大轴偏心、机组键相、汽轮机转速、汽轮机相对振动、推力轴承轴向位移、胀差、高、中压缸绝对膨胀等。除高、中压缸绝对膨胀采用位移式LVDT、汽轮机转速键相采用霍尔效应探头以外，其余监测均采用电涡流式传感器。自2018年底双机投产以来，曾经出现汽轮机发电机组轴相对振动监测信号故障，导致汽轮机“非停”事件发生。使主机轴系振动保护监测装置的可靠性发生下降。优化提高主机轴系振动监测保护装置的可靠运行成为双机安全稳定运行迫切解决的问题[1]。

艾默生公司所生产的TSI汽轮机主要监测系统由测量一次元件、探头专用电缆、就地前置器、控制电缆和监测保护系统机柜（框架）组成。一次元件（传感器探头）安装在机组轴系轴承座上（或轴承箱内部）。一次元件（电涡流传感器）通过探头专用电缆与就地前置器相连。电涡流传感器探头电缆与延伸电缆的卡针接头应使用专用的接头保护器并热缩管热缩、PVC绝缘胶带缠绕。

机组各个轴承相对振动就地前置装置通过控制电缆与汽轮机轴系监测保护系统机柜（框架）端子排相连接。控制电缆应选用带铜网屏蔽的1.0×4电缆，单芯电缆的截面积2.5mm2。控制电缆的其中的四根线芯与就地前置装置的24+、com、24-接三个接线端子应接触良好牢靠，电缆铜网屏蔽层在此处不与任何端子连接，做浮空处理。控制电缆与汽轮机轴系监测保护系统直接连到监测保护系统机柜（框架）的接线端子排，控制电缆的铜网屏蔽层与公共（COM）端相连接。

在汽輪机轴系监测保护系统独立运行时，将系统电源的公共端与机柜框架的接地端子相连，确保轴系监测保护系统的单点接地要求，达到防止系统干扰的目的。在汽轮机轴系监测保护系统与DCS或DEH控制系统通过硬接线或通讯数据接口相连接时，要考虑整个系统防干扰，按主机系统要求实现单点接地。2018年11月一号汽轮发电机组发生一次非停，首出原因是轴振大停机，在对轴振动探头逐一检查时发现#6轴承X向振动信号线与传感器电缆的连接处磨破，屏蔽线与旁边导体连在了一起，引起#6轴承X向振动信号的大幅摆动导致机组跳机。可见信号电缆及屏蔽线必须正确、完好，这是保证测量准确、可靠的有力保障[2]。

2  原因分析

（1）系统轴系振动监测测量回路的抗干扰不好，造成外部环境信号干扰振动测量信号而误发轴振大超限，触发ETS系统动作，导致汽轮发电机组紧急停机。

（2）轴振监测系统的测量回路中，一次元件与延伸电缆卡针接头处松动造成信号波动而误跳汽轮机，存在机组运行安全隐患。

（3）探头安装工艺不严格，没有执行电力行业建设标准，未考虑到周围温度、轴承排油的油流冲击对其造成的不利影响。

3  改进方法

（1）东方汽轮发电机组（350MW等级）的TSI系统共有十六项轴承相对振动信号，分别来自汽轮机侧的十二个轴振测点和发电机侧四个轴振测点。十六项轴承相对振动信号通道任意一个达到高二值即遮断值（250μm）即触发汽轮机保护动作，紧急遮断汽轮发电机组。这种保护设计方式能很大程度保护机组主设备，但考虑到保护装置可能存在的误动情况并给机组“非停”带来不良影响，因此对保护动作条件进行分析改进是必要的。

汽轮机轴系振动理论上分析，高速旋转的汽轮发电机组轴系，其轴系的相对振动是整体的平稳状态，出现某一点X或者Y方向的突然变化，而其他相邻或者间隔的轴承振动点没有变化的情况极其罕见，常态是当某一个轴承的振动（比如2号轴承）发生振动增大时，汽轮发电机组相邻的高压或者中压段转子轴系的动平衡被破坏，汽轮发电机的整根轴系振动都会发生变化，相邻的轴承振动变化幅度越大。基于此，汽轮发电机组轴振动保护逻辑可以进行优化完善，实现及时发现轴系振动异常迅速停机又不会由于干扰因素大致测量失灵，而造成机组发生“非停”的目的。

综上所述，与东方汽轮机厂和自控中心充分沟通后将汽轮机组轴振保护逻辑优化为以下动作条件：汽轮发电机组十六项轴振测点，任意一轴振动高二值（250μm）AND任意轴振动高一值（125μm）发出汽轮机轴振大信号（延时3s）紧急遮断汽轮发电机组，避免轴承振动受到干扰导致测量出现失真，而使汽轮机“非停”事故。

（2）公司一、二号机组汽轮机监视保护装置采用CSI6500双通道轴振动测量模块卡件，6110轴相对振动监测模块关于限值监测功能有五种选择方式。其中一项报警抑制功能作用是：此项功能开启后如果模块出现通道故障，该通道的报警输出将被抑制。通道不会发出报警值，以避免发生误跳汽轮发电机。

根据公司两台机组实际情况，走访沟通多个兄弟电厂和监测系统技术专工分析、研究，将两台机组汽轮机监测系统轴相对振动卡件的监测模式选择采用报警抑制功能，提高汽轮机轴振动监测的可靠性，避免了轴振监测发出失真信号，导致“非停”汽轮机。

（3）针对艾默生公司的CSI6500系列产品探头专用电缆引线、延伸电缆进行热缩（内、外接头），规划电缆在轴承箱内走向，对敷设进行固定，加强电缆绝缘保护，避免发生破损;一次元件传感器到前置器中间都有一个插针的接头，而在实际机组运行中碰到该接头会使振动值突变，进而造成振动保护误动作。对于个别振动传感器到前置器中间插针的接头，将插针接头剪掉，将振动传感器到前置器的引线直接焊接，在焊接中要注意防止卡件烧损。经过长周期的运行，发现这种方法能保证振动测量不发生突变，保证了机组的稳定运行。

（4）做好探头的原始间隙电压的测量与记录;对一次元件、前置器、专用电缆的拆除做好保护、标记清晰、摆放整齐划一，避免造成一次元件的磕碰及安装错位。轴承回装过程中发现一次元件、专用电缆破损的必须更换。

4  实施效果

通过细致、严谨的优化和现场安装，更改CSI6500卡件报警抑制功能，确保一次元件的专用电缆等措施的整改到位，真正的避免了轴振动测量出现失真而“非停”汽轮机事故，提高了汽轮发电机组轴振动监测的可靠性，保证公司机组的长周期安全经济运行。

5  结语

本文所提出的接地问题希望引起有关技术人员的借鉴，目前机组投产时间短暂，在现场检查接线时要严格按照设备的产品说明书中给出的技术要求进行接线，以保证信号测量的准确、可靠。使汽轮机轴系监测系统保护系统安全、可靠地工作，避免设备损坏。使公司的设备保护和管理达到一个新水平，为公司创造更大的经济效益。

参考文献

[1] 钱进.汽轮机转子振动试验与分析[D].重庆大学，2008.

[2] 凌荣宇.300MW火力发电机组运行与检修技术培训教材-仪控[M].北京：中国电力出版社，2002.