火力发电厂汽轮机轴位移监测系统异常分析

火力发电厂汽轮机轴位移监测系统异常分析

1 前言

现在300MW、600MW的火力发电机组，为了提高效率，汽轮机的动静叶之间的间隙设计的都很小，其轴向间隙是靠转子的推力盘及推力轴承固定的。汽轮机高速运转过程中，轴向间隙不当，汽轮机动、静部分就会磨损，转子前后窜动，造成推力瓦块温度升高损坏，严重时就会损坏汽轮机大轴，造成严重事故。所以要对汽轮机的轴向间隙进行监视，一旦间隙达到危险值，就要停机，避免发生事故。然而在现场实际测量中，轴向位移测量受到很多因素的影响。

2 电涡流传感器测量原理

传感器系统的工作原理是电涡流效应。当接通传感器系统电源时，前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过延伸电缆送到探头头部，在头部周围会产生一个交变磁场H1。如果在磁场H1范围内没有金属导体材料接近，则发射到这一范围内的能量会全部释放；反之，如果有金属导体材料接近探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场

H2.由于H2的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗。这种变化即与电涡流效应有关，又与静磁学效应有关，即与金属的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、励磁电流频率以及线圈到到金属导体的距离等参数有关。

3 轴位移出现异常原因

3.1 被测体表面平整度对传感器的影响

不规则的被测体表面，会给实际测量带来附加误差，因此对被测体表面应该平整光滑，不应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷，一般要求位移测量被测表面粗糙度要求在0.4～1.6μm 。

3.2 轴位移零位不准

机组的轴位移机械安装零位和监测系统保护零位不统一。检修后

经常发生机组因轴位移监测系统传感器的零位设置不当，使系统测量误差较大，检修后机组的轴位移传感器的零位设置直接影响到启机后轴位移监测系统能否正常工作。

轴位移定位基本是根据机组厂家设计的要求来定，我厂#3机组是将转子推向工作面来定位零位。也有机组是将转子推向非工作面来定零位；指示为0mm时的相对涡流传感器的电压根据前置放大器的输出电压定，有-10V、-12V等。

3.3 安装不正确

安装时出现支架松动、探头与被侧面不垂直、探头与被侧面间隙过大或过小产生测量误差。另外测量面应与轴是一个整体，这个测量面是以探头的中心线为中心，宽度为1.5倍的探头圆环。探头安装距离距止推法兰盘不应超过305㎜，否则测量结果不仅含轴向位移的变化，而且包含胀差在内的变化，这样测量的不是轴位移的真实值。另外如果探头没有固定在轴瓦上而是固定在前箱上，那么还应考虑前箱的位移量。在安装时，测量探头与被测面保持垂直并安装牢固，否则将出现测量误差。这是在机组大小修时特别注意的问题。

3.4 测量系统元件故障

测量系统包括了探头、延伸电缆、前置器、显示仪表灯等。不论哪个中间环节出现损坏都会引起测量误差。因此为了轴位移保护系统可靠安全一般采用三选二停机。需要指出的是被测体也是传感器的一部分，测量面参数会影响到传感器的性能。

3.5 环境干扰对轴位移的影响

环境因素对轴位移的干扰因素很多，如电磁干扰、设备强电源干扰、信号电缆屏蔽多点接地等。对于环境干扰需要耐心细致的排查，及时和运行人员沟通、查找相关历史趋势、现场实地做试验等方式解决。

3.6 运行工况的影响

通常汽轮机运行时，转子推力盘向发电机侧紧靠推力轴承工作面，但有时在启停和正常运行过程中，转子可能发生前后窜动。向前传动

的原因有：（1）当机组甩负荷时，产生反向的轴向推力。（2）当高压轴封严重损坏，调节级叶轮前因凝汽器抽吸作用而压力下降，出现反向轴向推力。向后窜动的原因有：（1）转子轴向推力过大，推力轴承过负荷，推力盘与推力轴承间的油膜损坏，推力瓦块五金烧熔。（2）润滑油系统油压过低，油温过高，油膜损坏，推力瓦块乌金烧熔。

4 测量系统的组成

测量系统包括了探头、延伸电缆、前置器、显示仪表灯等。前置器由高频振荡器、检波器、滤波器、直流放大器、线性补偿等组成。检波器将高频信号解调成直流电压信号，此信号经低通滤波器将高频的残余波除去，再经直流放大器，线性补偿电路放大处理后，在输出端得到与被测物体和传感器之间的实际距离成比例的电压信号。前置器（信号转换器）的额定输出电压为-4～-20V（线性区）。

5 下花园发电厂#3机组轴位移出现的问题及处理

我厂#3机组为200MW凝气式机组，轴位移探头为瑞士vibro-meter电涡流传感器，型号：TQ402。轴位移系统有A、B、C三套探头、延伸电缆、前置器及一台轴系测量TSI装置VM600，2021年2月9日发生一次B点显示异常、报警缺陷，并在检查分析过程中发现A、C点存在干扰问题，因该系统保护定值为三选二，+0.8或-1mm 报警，+1.3或-1.1mm停机，所以此次异常给机组带来了极大的安全隐患，直接危及到机组的安全运行。

5.1 现状调查

通过统计分析表1中可以看出，其中轴位移B点为固定不变值（之前已确定为探头损坏），A、C点受到了异常干扰，特别是在润滑油压和2#轴瓦回油温度变化时影响较大，因为该三套轴位移探头及延伸电缆均处在#2轴瓦处的中箱位置，且内部有大量流动的润滑油。

现状调查结论：轴位移A、C干扰主要原因为受到了润滑油高温和流动冲刷振动的影响。

5.2 调查设备存在的问题及解决方案

通过检查、核实，该厂各轴位移测量系统存在着较多的问题，总

结如下：

5.2.1 探头延伸电缆外皮接地：伸电缆接头部位热缩管老化，松动，部分延伸电缆接头露出与汽轮机金属部位接触。

解决方案：在汽机本体专业人员的配合下将#3机#2轴瓦盖打开，将所有延伸电缆旧的热缩管去掉，清理接头内的积油，清理干净后，延伸电缆接头重新用耐油热缩管缩封，防止热缩管在高温和润滑油的浸泡下老化，外部采用绝缘带缠绕。

5.2.2 轴系设备、机柜接地：用多种方法测量机柜接地情况，发现机柜与相邻的继电器柜相连，电阻只有1欧姆，与固定机柜的槽钢相通。

解决方案：采用环氧树脂板将机柜与继电器柜隔开，在轴系TSI 机柜底部垫绝缘胶皮将机柜与槽钢，隔开。在轴系设备底部垫绝缘胶皮与机柜隔开。

5.2.3 三只探头间的距离太近。

解决方案：将原探头拆下后，经过精确测量尺寸，在不影响其它部分的前提下，重新加工了一块钢板基座，按不小于探头三倍直径的距离上钻眼。同时对损坏的B探头进行了更换，并对另两只探头认真检查，确认良好后安装回钢板上，根据前置器输出电压进行了静态和顶轴零点调试，确认无误后紧固探头螺母。

5.2.4 电缆敷设走向不规范，有部分电缆与动力电缆相距很近。

解决方案：重新拉不符合要求的电缆，信号电缆要远离其它动力电缆。电缆走走专用电缆槽盒，规范电缆走向，远离干扰源。

5.2.5 电磁干扰。通过分析历史站趋势数据及做大量的干扰试验，排除了监测参数实际越限报警，确定是轴系TSI系统存在干扰。最后通过试验确定干扰源主要来自安全门保护上线圈失电时产生的长时间继电器接点拉弧干扰和当操作凝结水再循环到除氧器电动门时干扰，通过检查凝结水再循环到除氧器电动门动力电缆与TSI电缆相距很近。

解决方案：重新布置电缆，远离TSI电缆。根据安全门控制回路