汽轮机轴向位移监测信号异常的原因分析与消除

汽轮机轴向位移监测信号异常的原因分析与消除[摘要]本文通过分析印尼巨港AGP电厂两次汽轮机轴向位移监测信号异常导致机组轴

向位移大跳闸的案例，介绍了基于本特利内华达3500系统的汽轮机TSI轴向位移监测信号异常的原因，并找出解决方法，避免机组再次出现此类故障。

关键词: 汽轮机TSI 轴向位移本特利内华达3500 信号异常

1、概述

印尼巨港AGP 150MW GFCC电厂的汽轮机是哈尔滨汽轮机厂生产的N60-5.6/0.56/527/255型单缸、双压、冲动凝气式汽轮机组，于2004年投产。汽轮机TSI监测系统采用美国本特利内华达3500系列产品。机组投产以来，于2011年8月20号和27号出现了两次轴向位移大跳闸（如图一），通过对机组运行历史曲线和汽轮机运行状态的分析，发现两次机组跳闸都是因为轴向位移检测信号异常引起的，汽轮机轴向位移实际值并未达到跳闸值，但是两次机组跳闸误动作，说明轴向位移监测系统发生异常，机组保护靠性降低。

图一机组跳闸历史曲线

2、原因分析

2.1 轴向位移监测系统结构和工作原理

汽轮机轴向位移是直接反应汽轮机动静部分间隙的最重要技术参数之一，也是机组最重要的保护之一。本机组TSI 轴向位移监测系统采用本特利3500/42型监测器，实现双通道信号监视，其信号传递结构图如图二：

图二轴向位移监测信号原理图

本特利3500/42型轴向位移监测装置传感器采用两只3300XL-11mm电涡流传感器，以其中一只传感器为例，其原理是利用电涡流传感器将其与被测表面的位移转换成电压信号送至前置放大器，经整形放大后，输出0V～24V DC电压信号，送至3500/42监测器进行信号处理，把两个传感器监测信号相“或”后，与系统设定值进行比较，通过本特利3500/32继电器输出开关量信号至汽轮机跳闸保护系统实现保护功能，同时送出4～20 mA、0～10V DC、或1～5V DC模拟量信号至DCS进行监控。

2.2 机组跳闸历史曲线分析

通过机组跳闸的历史记录曲线可以看出，第一次机组跳闸时，轴向位移曲线突然跃升至跳闸值，机组遮断，但是跳闸后，轴向位移监测信号仍在剧烈波动，而且峰值仍达到跳闸值。第二次机组的跳闸，是因为一个尖峰脉冲，导致轴向位移超过跳闸值，保护动作。另外在调取机组推力瓦块温度和胀差历史曲

线发现，两次机组跳闸时，推力瓦块温度和胀差数据都正常。由此判定，两次机组跳闸都是轴向位移信号异常导致TSI保护误动作所致。

3、解决方法

根据轴向位移监测系统的原理图分析，轴向位移监测信号的异常有可能发生在传感器探头松动、前置放大器故障、传输导线故障，接入干扰信号和本特利3500组态程序逻辑错误等导致。

3.1 硬件接线改进

本特利3500/42型监测器是一个四通道监测器，可以接受来自位移、速度、加速度传感器信号。本机组采用第1、2通道接入两个3300XL-11mm电涡流传感器测取机组轴向位移信号。为了找出轴向位移信号异常的原因，首先对两个探头输出电压进行测量，得出的电压值为-9.8V左右，根据机组调试时探头零位电压锁定的记录，电压输出值正常，因此传感器探头无故障。

在对传感器和卡件的接线检查时发现，电缆多处发生破损，两条电缆疲屏蔽铜线发生短接，并直接接地，这些都可以导致干扰信号接入，因此需要对接线电缆重新进行敷设。延伸电缆加装热缩管及耐磨高温保护套管,对电缆走向及敷设进行整理,加强了电缆绝缘,避免破损，轴向位移传感器安装接头特别采用耐磨绝缘性好的聚甲醛PET塑料接头,防止出现接头松动导致测量故障。同时，在电缆接入卡件端子排时，对两条电缆的裸露的屏蔽铜线外部包裹绝缘层，防止发生短接。

3.2 软件组态参数优化

本机组汽轮机TSI保护设置参数如表一：

表一本特利3500系统监视参数

监测项目测量范围报警值跳闸值

汽机转速/r.min-1 0-5000 3060 3300

轴向位移/mm -2—+2 -1.0—+0.8 -1.2—+1.0

胀差/mm -4.5—+6 -4.0—+5.5 -4.5—+6

轴振动/um 0—500 127 254

偏心/um 0—500 76 无

绝对膨胀/mm 0—25 无无

本特利3500上位机组态软件3500 rack configrution V3.90界面如图三所示：

图三本特利3500组态软件界面

Slot2所示3500/42型卡件是对汽轮机轴向位移进行监测，接受的两个电涡流传感器监测信号电压范围：-24～0V DC，对应测量轴向位移为：-2.0～+2.0mm。

本特利3500系统为了实现机组保护动作的可靠性，设置了危险信号延迟时间，系统对重要保护的默认延迟时间是“100ms”。从第二次机组跳闸历史曲线可以看出，造成机组跳闸的原因是由于一个时间宽度为150ms的干扰脉冲，导致系统误判断轴向位移达到跳闸值而保护动作，为了屏蔽这样的干扰信号，可以增加系统发出跳闸信号的延迟时间，但这个时间必须是在机组确实发生轴向

位移过大故障，保护跳闸的安全时间内。在和汽轮机厂家取得联系，确认当机组真实轴向位移达到跳闸值，在1S中内遮断机组可以保护机组安全，也就是说这个“danger”延迟时间可以设置成1S，这样既可以保障机组设备的绝对安全，又能使系统过滤掉脉冲宽度在1S以内的干扰脉冲，防止保护受到干扰误动作。

其设置方法如下：

打开3500/42卡件“options”选项，选择“channel1 options”(如图四)，再打开“Variables and Alarms”选项卡（如图五），在“Delay”选项中，将“danger”延迟时间改为“1S”。“channel2”设置方法同上。

图四 3500/42卡件通道选择

图五“danger”延迟时间设置

4 实施效果