汽轮机组轴振动保护优化 李立民

汽轮机组轴振动保护优化李立民
发表时间：2019-07-05T12:13:12.883Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：李立民李乔居
[导读] 摘要：在全国火电厂内，绝大多数汽轮机组轴振保护中“振动大”为单点保护，而这种单点保护易受干扰而发生误跳机事故（中电建甘肃能源华亭发电有限责任公司甘肃华亭 744106）
摘要：在全国火电厂内，绝大多数汽轮机组轴振保护中“振动大”为单点保护，而这种单点保护易受干扰而发生误跳机事故。

参考国际标准以及国内电厂单点保护的改造经验，认为采用两种或两种以上独立回路进行测量，经判断后得出跳机指令是解决轴振动大单点保护缺陷的最佳方案。

关键词：汽轮机；轴振保护；传感器
Optimization of shaft vibration protection of turbine unit
Li limin，Liqiaoju
Gansu energy huating power co.，LTD.，huating gansu 744106
ABSTRACT： In the national thermal power plant，the "vibration big" of most steam turbine unit shaft vibration protection is single point protection，and this single point protection can be easily interfered with by mistake jumping accident. Single point of reference to international standards and domestic power plant protection reform experience，it is considered that the two or more independent loop measurement，after judging the jump machine instruction is to solve the optimal scheme of single point to protect the shaft vibration defects.
KEY WORD： turbine；Shaft vibration protection；sensor
引言
在火电厂内，转动机械特别多，而对转动机械来说，设备发生振动是不可避免的，只要振动幅度不超过规定数值均属正常。

但是当高速转动机械，尤其是汽轮机组发生轴系质量失衡、动静部分摩擦、轴承损坏或基础松动，以及电磁力不平衡等情况时，都会引起机组振动异常增大，甚至引发强烈振动。

而强烈振动又会导致机组零部件松动甚至损坏，加重了动静部分摩擦，如此形成恶性循环，扩大了事故范围。

异常振动往往是汽轮发电机运行中缺陷、隐患的综合反映，是机组发生故障的信号。

对汽轮机组振动情况进行监测既是保证机组运行安全的需要，也可以为开展机组故障诊断与处理工作提供依据，因此，保证汽轮机组振动监测与保护装置的正常工作显得十分重要。

1轴振保护现状
在全国火电厂内，汽轮机安全监视系统应用最广泛的是飞利浦和本特利的控制系统。

我厂采用的是飞利浦的操作系统，与全国其他火电厂一样，TSI系统的轴振也采用单点保护即在轴瓦的x/y 方向（左右45°）各安装一个涡流探头（如图1所示），当各瓦x/y 方向任一探头检测到轴振动值达到跳机值时跳机，有的机组设置延时。

目前，国内并没有相应的国标或行业标准针对机组振动大保护的干扰问题给出解决方案。

如图1 轴振测量示意图
电涡流传感器原理：在传感器的端部有一线圈，线圈通以频率较高（一般为1MHz～2MHz）的交变电压，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出一涡流ie，而ie所形成的磁通链又穿过原线圈，这样原线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感。

而耦合系数的大小又与二者之间的距离及导体的材料有关，当材料给定时，耦合系数K1与距离d有关，K= K1（d），当距离d增加，耦合减弱，K1值减小，使等效电感增加，因此，测定等效电感的变化，也就间接测定的变化。

由于涡流探头测量从前置放大器到TSI系统采用负电压传输，在受到电磁干扰或卡件故障等情况下，机组容易出现误发信号的情况。

这种单点保护常常由于线路干扰等原因引起误发信号而造成机组非停事件，不利于机组的安全稳定运行。

2018年我集团公司海外某项目发生了一起因干扰造成机组非停事件。

另外，这种重要保护设置成单点保护也违反了热工重要保护应为“二取二”或“三取二”的设计原则。

2轴振保护优化方案
随着对火电厂技术监督工作的深入开展以及各大发电公司对设备安全重视程度的不断提高，部分电厂对保护逻辑进行了优化改造。

使轴振动保护更加趋于合理。

针对这一现状我们对#2汽轮机轴振动保护进行了优化。

2.1轴振保护优化方案
方案A
相临任一轴承报警值和本轴承遮断值先进行“与”逻辑判断，再输出停机信号，以#2轴承为例，逻辑图如图2所示
图2 方案A
方案B
本轴承x/y 向报警值和本轴承y/x 向保护遮断值直接进行“与”逻辑判断，然后输出跳机信号，以#1轴承为例，逻辑图如图3所示
图3 方案B
2.2轴振保护优化方案比较
方案A和方案B轴振保护优化改造均为电力行业热工自动化委员推荐采用的方案。

方案A中“相邻轴瓦”有两种情况：一种是中间隔着缸体的两瓦相邻；另一种是通过联轴器相连的两瓦相邻，其相关性并不被广大技术人员认同。

汽轮机振动的主要原因有转子质量不平衡、轴承损坏、油管崩裂造成摩擦、电磁不平衡、热不平衡等多种，在本瓦轴承损坏时，有可能只是本瓦出现振动增大的情况或者向联轴器相连的轴瓦传递的可能性更多，而对于隔着缸体的相邻两瓦其传递的能量要少一些。

即使是振动故障中出现最多的转子质量不平衡的情况下，虽然相邻两瓦振动具有相关性，但是具体定值的给出还需要根据实际情况进行计算，无法给出一个通用值以保证机组安全。

国内机组在实际改进过程中大多选择了方案B。

方案B中本瓦x/y方向振动的相关性虽然得到认同，但是具体幅值在各机组、各瓦中都不相同，这样也存在出现“拒动”情况的可能性，但相比较方案A出现的拒动概率要小很多。

2.3我厂轴振保护优化方案选择
经过综合比较，我厂和全国其他很多电厂一样，采用方案B进行升级优化改造。

只对原有的TSI背板更换，而原来的MMS6110卡件保持不变，另外增加一块继电器输出卡件，当同一处轴振的x/y方向中一个达到高一值（报警值），同时另一个方向的达到高二值（遮断值）时，输出停机信号至ETS系统，达到轴振保护的目的。

3总结
将原来的轴振保护由单点保护优化改造为同一处轴振x/y方向中一个达到高一值（报警值），同时另一个方向的达到高二值（遮断值）时输出停机信号。

逻辑优化改造后，降低了由于现场干扰等因素造成轴振大误发，造成机组非停事件。

但是仍无法避免由于卡件故障造成同一处轴振的高一、高二值同时误发造成机组停运事故，建议将同一处的不同方向的轴振动分布在不同的卡件上，进一步降低保护误动的概率，达到机组安全、稳定运行的目的。

参考文献：
[1] 电力行业热工自动化技术委员会.火电厂热控系统可靠性配置与事故预控[M].北京：中国电力出版社，2010：42.
[2] 王浩森，景效国，张国荣等，浅析TSI振动测量信号的保护逻辑组合[J].热力发电，2007，，3（10）：57-58
[3] 张黎浔，防止汽轮机振动保护误动作的措施[J].江西电力，2006（3）：44-45。