浅析汽轮机TSI保护控制系统

浅析汽轮机TSI保护控制系统

监测汽机的重要参数有两方面的作用，一是调节系统，例如汽机的转速控制；二是保护系统，当监测的参数达到保护的定值时，触发ETS，保护汽轮机不发生危险事故。以下，主要对保护系统的组成进行分析。

标签：TSI；汽机保护；控制系统

引言

汽机TSI指的是汽轮机的安全监测系统（Turbine Supervisory Instrumentation），通过对汽机转速、胀差、膨胀、偏心。轴位移等监测，让汽机安全运行，针对热工来说，监测汽机的重要参数有两方面的作用，一是调节系统，例如汽机的转速控制；二是保护系统，当监测的参数达到保护的定值时，触发ETS，保护汽轮机不发生危险事故。以下，主要对保护系统的组成进行分析。

1 概况

本单元机组为两台300MW上海汽轮机机组，TSI使用艾默生CSI6500监测保护系统。

2 TSI保护控制系统简介

TSI的保护系统主要有以下几个方面：（1）TSI超速保护。当TSI监测到汽机转速大于3300转时，触发保护自动停机。（2）转子的轴向位移保护。转子推力盘相对于推力轴承的轴向位移正向或负向大于1mm时，触发保护自动停机。（3）机组的膨胀保护。汽缸的绝对膨胀和转子与汽缸间的轴向膨胀差大于规定值，触发保护自动停机。（4）机组的轴系振动保护。大型机组的轴系比较复杂，该监视系统一般可细分为：a.转子绝对振动峰一峰值；b.轴承座振动峰一峰值；

c.转子相对于轴承座的相对振动峰一峰值。一般使用转子与轴承的相对振动值，来做振动保护。当振动大于125μm时，发振动报警；当振动大于250μm时，触发保护自动停机。

3 TSI保护系统的分析及改进

3.1 原有的TSI超速系统，是由三个转速探头，分别经三块TSI卡件，和保护定值比较，输出三路保护信号至ETS不同的卡件中，在ETS的CPU中进行三取二的判断，输出保护信号。整个回路中，任意一个探头故障，或者任一一个卡件故障，都不引起超速保护的误动或拒动，保护回路依旧能正常工作。另外三取二亦是国际上公认的控制最佳表决策略，所以该保护我们不做改动。

3.2 原有的轴位移保护，包含4个轴位移探头，分别布置在推力轴承的左右两侧，其探头方向朝向转子推力盘，根据推力盘的靠近和远离，来测定大机的轴

位移。我们用X代表左，Y代表右。则左边两探头为X1和X2，右边两探头为Y1和Y2。X1和X2接入到TSI的同一块卡件，Y1和Y2接入TSI的另一块卡件上，当左或右侧的两个测点都监测到轴位移超标后，触发保护。其示意图如图1所示。

该TSI模件如果故障，会默认让输出继电器闭合，使保护输出，容易在卡件故障的时候误动，导致跳机。修改为每侧的探头分别接入不同的卡件，然后再将单侧的探头跳机保护相与后输出，对单个卡件上接入的不同侧的探头增加报警。这样在卡件故障时不会导致跳机，同时发出报警，使人及时发现并更换模件。修改后示意图如图2所示。

3.3 机组的差胀保护，原保护方式一直存在，不考虑机组的状态。但是，实际上，在机组带负荷超过50MW的时候，汽机的转子和缸体都已充分暖透，且蒸汽温度不会有大幅的波动，因此在此时，机组的差胀超限已不存在，如果此时测点误动，机组就会有误跳的风险。所以，给差胀保护增加了一个判断条件，当机组负荷超过50MW时，解除差胀保护。示意图如图3所示。

3.4 在每个轴承套的左右侧，成90度各安装一个振动探头。我们依旧按左侧为X，右侧为Y。则一瓦的振动探头为1X，1Y，二瓦的为2X，2Y，依次类推。原轴振保护，1X，1Y接在同一个卡件上，当任一一个达到跳机值时，触发跳机保护。其它轴承相同。示意图如图4所示。

这种保护方式，只要任意一个测点误动，都会直接导致机组跳机。但在生产过程中，如果汽轮机轴承振动大，不会只在一个方向增大，另一个方向也会相应有增大的变化。所以，在同一个轴瓦处，如果某个方向的振动探头显示超限，此时参考另一方向的探头值，再做出是误动还是振动确实大的判断，将使振动保护系统更加完善。我们在实际修改中，使用某轴承處X的跳机与上Y的报警，或Y的跳机与上X的报警来作为最终的保护输出。同时为避免单个卡件故障导致的保护误动或拒动，我们将同一轴承处的轴振测点分布到不同的卡件上。其示意图如图5所示。

4 改造方案的实现

拆除#1-#6轴振报警停机逻辑短接线、拆除#1-#4位移停机逻辑短接线；安装48芯插座与卡件导轨，连接各卡件485通信线到新安装插座上D4、Z4上；安装继电器并短接好电源线；调整轴振卡件输入输出信号线，使得同一测点的X、Y不在同一块卡件上；调整位移卡件输入输出信号线，使得同一测点的ADla、ADlb不在同一块卡件上；轴振逻辑改为1X报警与1Y停机相与，1X停机与1Y 报警相与然后再相或；#2-#6轴振逻辑改法同上，最后#1-#6轴振改后逻辑相或输出三路开关量信号至三个继电器上，以实现三取二要求；位移逻辑改为la的停机与lb的停机相与输出到继电器K7，2a停机与2b的停机相与输出到继电器K9；分别给各卡件设置端口与通讯波特率，安装6831通讯卡并测试扫描各卡件参数信息以及轴振与位移卡件的通道命名，最后把每个卡件的组态作备份；最后对修改后的轴振及位移逻辑加信号作实验。差胀的保护投退在ETS中实现。