汽轮机TSI讲义

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第一章 TSI介绍
图 1-2 1.2.2 速度传感器
前置器原理简图
它的工作原理是基于一个惯性质量和移动 壳体，传感器有一个永久磁 铁，它被固定在传感器壳体上，围绕着磁铁是一个惯性质量线圈，通过弹 簧连在壳体上。测量时，将传感器刚性固定在被测物体上，随着被测物振 动，磁铁运动，使其产生磁场运动。而线圈因固定在弹簧上，具有较大的 惯性质量，即相对高频振动的物体，其是相对静止的。这样，线圈在磁场 中作直线运动，产生感应电动势，其大小与线圈运动的线速度（即：机壳 的速度）成正比。通过对感应电动势的检测，即能获得被测物体的线速度。 如图 1-3 所示。
1.2 TSI的主要原理及功能 因为 TSI系统主要由传感器及智能板件组成。首先应该知道传感器是将 机械振动量、位移、转速转换为电量的机电转换装置。根据传感器的性能 和测试对象的要求，利用电涡流传感器，对汽轮机组（纯电调）的转速、 偏心、 轴位移、 轴振动、 胀差进行测量， 如 BN 公司的 8mm 、 11mm 、 25mm 、 50mm 传感器， epro 公司的 PR6423 、 PR6424 、 PR6426 传感器；利用速度传 感器对盖振进行测量，如 BN 公司 9200 传感器， epro 公司 PR9268 传感器；利 用线性可变差动变压器（ LVDT ）对热膨胀进行测量，如国产 TD-2 传感器， epro 公司 PR9350 传感器。另外，还可利用差动式磁感应传感器来测量机组 的转速，如 epro 公司的 PR9376 传感器。 1.2.1 电涡流传感器 电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体（导电体）间的间隙
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第一章 TSI介绍
变化来测物体的振动相对位移量和静位移的，它与被测物之间没有直接的 机械接触，具有很宽的使用频率范围（从 0 ～ 10Hz ）。电涡流传感器的变换 原理简要介绍如下：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（见图 1-1 ），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 K 1 与距离 d 有关，K= K 1（ d ）， 当距离 d 增加，耦合减弱， K 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 d 的变化。
概述
概
述
汽轮机安全监视及保护系统主要包括监视保护系统（ TSI）、危急遮断 系 统 （ ETS ）装置 、 自动盘车操作装 置。 为了让电厂热工 人员 更深入的了 解各装置的具体情况，首先必须知道我公司安全监视保护部分各图纸构成 情况，以便于同设计院的图纸进行比对。下面列出各图纸的名称供参考。 汽轮机安全监视装置 汽轮机危急遮断跳闸装置 自动盘车操作装置 汽轮机电气监视保护系统图 汽轮机电气监视保护系统图（轴系） 汽轮机电气监视保护系统图（油压真空） 汽轮机电气监视保护系统图（温度） 汽轮机电气监视保护系统图（辅机） 汽轮机电气监视保护系统图（ ETS ） 用户电器接口图 在以上列出的装置图纸中，已对机柜的数量、外形尺寸和安装尺寸、 输入 / 输出端子排情况、详细的配置要求等都进行注明；在电气监视系统图 中列出了主机、辅机、自控等专业的电气控制具体要求、逻辑关系和信号 去向；在用户电器接口图中列出了就地各接线盒的位置及电气监视各系统 中相关设备的接口参数、接线方式。而设计院是根据以上所列各图进行相 应图纸的转化。 对 TSI装置、 ETS 装置及自动盘车控制柜，在我公司安装接线完毕后要 进行严格地通电测试及功能检测，并把具体的数据填入相应的出厂证明书 中，经质检合格后才能发往现场。现场安装时可根据我公司出厂证明书对 板件、传感器编号进行核对，并根据编号和参数进行对应安装。
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第一章 TSI介绍
第一章
1.1 TSI的使用目的
TSI 介绍
由于随着科学技术的不断发展，电能需求的日益增加，单机容量的不 断扩大等原因，大型发电机组要求有更高的可靠性和自动化水平，否则它 的事故将给电网造成巨大的损失，因此，在大型机组中，监测和保护系统 （ TSI和 ETS ）是非常重要的。它不仅可以提高劳动生产率 和电能质量，还 能降低发电成本，改善劳动条件，并为大型机组的安全、经济运行提供了 可靠的保证。TSI系统能连续地监测汽轮机的各种重要参数，例如：可对转 速、超速保护、偏心、轴振、盖（瓦）振、轴位移、胀差、热膨胀等参数 进行监测，帮助运行人员判明机器故障，使得这些故障在引起严重损坏前 能及时遮断汽轮发电机组，保证机组安全。另外 TSI监测信息提供了动平衡 和在线诊断数据，维修人员可通过诊断数据的帮助，分析可能的机器故障， 帮助提出机器预测维修方案， 预测维修信息能推测出旋转机械的维修需要， 使机器维修更有计划性，减少维修时间，其 结果是减少了维修费用，提高 了汽轮机组的可用率。
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第一章 TSI介绍
图 1-4 1.2.4 差动式磁感应传感器
LVDT 原理简图
差动式磁感应传感器的工作原理是利用一个差动式敏感元件。该元件 由一块永久性磁铁上的两个相互串联的磁敏半导体电阻组成（这两个半导 体的材料及几何尺寸相同）。在传感器电路中，这两个电阻组成一个差动 电感电桥（如惠斯顿电桥）。当磁铁或钢的触发体接近或远离传感器且相 互成直角（即传感器探头表面磁铁所产生的磁场与触发体边沿成直角）时， 它干扰了传感器内部的磁场，使差动电感电桥失去平衡而输出一电压。通 过对这一电压测量，即能获得被测物（即触发体）与传感器探头间的间隙 变化。 在 TSI测量实际应用中，我们一般用该磁感应传感器测量机组转速，就 是通过测量探头与测速齿盘轮间的高、 低电压变化所形成脉冲信号的数量， 来得到实际转速值。 1.2.5 智能板件 各种测量板件接受相应传感器的电量信号后进行整形、计算、逻辑处 理等以后，显示出精确、直观的监测数据 和报警指示。输出标准的模拟量 信号和继电器接点。 智能板件可对传感器联线和自身的运行情况进行检测， 具有计算机通讯接口，可对测量范围和逻辑输出进行组态，具有缓冲传感 器信号输出等功能。对于重要的测量可进行冗余的配置，增强了可靠性。
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第一章 TSI介绍
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图 1-7
300MW 汽轮机 TSI 测点图
图 1-8
600MW 汽轮机 TSI 测点图
第一章 TSI介绍
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第一章 TSI介绍
1.3.1 转速及零转速 机器转速的测量，长期以来已成为一项必须进行的标准程序，转速值 显示是汽轮机组开车、停车以及稳定运行时的重要参数，并且振动值与机 器转速的相关性对最终分析机器性能十分重要。例如：在机器停车过程中， 转速突然下降，会意味着机器内部存在着大面积的金属摩碰。而零转速是 预先设定的轴旋转速度，当运行的机器需停车时，机器转速达到零转速设 置点，继电器触点动作，使盘车齿轮啮合，使轴持续慢速旋转，来防止轴 产生弯曲，以避免在接踵而来的开车中由于轴弯曲对机器造成损坏。 测量链由两只装于前箱正对 60（或 134 ）齿盘的传感器和板件组成，如 图 1-9 所示当机器旋转时，齿盘的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地改变 输出信号，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进行计数、显示，与设定 值比较后，驱动继电器接点输出。转速的测量范围： 0 ～ 5000rpm ；零转速 设定值：小于 4rpm ；转速报警值： 3240rpm 。 脉冲频率 (f) 转速＝ 齿数 (z) × 60(rpm)
主
编：陈广斌
主
审：尚小林 徐正华 晴
责任校对：王 炜
责任编辑：秦
前
言
由于随着科学技术的不断发展，电能需求的日益增加，单机容量的不断扩大 等原因，大型发电机组要求有更高的可靠性和自动化水平，否则它的事故将给电 网造成巨大的损失。因此，目前很多公司都在积极开发可靠性更高、操作更简便、 更能适应DCS的发展需要的安全监视及保护系统。 东方电气自控公司（原东方汽轮机厂自控开发处）为适应大机组提高自动化 水平的迫切要求，从上个世纪八十年代起就在借鉴国外先进系统的基础上设计生 产了安全监视及保护系统，至今已有百余台投入商业运行，用户反映良好。 为了给安装、检修及运行人员提供安全监视及保护系统的基础知识，特编写 此教材。本教材仅供培训用，不能代替相关技术资料及图纸。
图 1-3 1.2.3 LVDT 传感器
速度传感器简图
其工作原理是利用电磁感应中 的互感现象，实质上就是一个变压器， 如 图 1-4 所示 。变 压 器上 初级 线圈 W 和 两 个参 数完 全相 同的 次 级线 圈 W1 ， W2 组成，线圈中心扦入圆柱形铁心，次级线圈 W1 和 W2 反极性串联，当初 级线圈 W 加上交变电压时，次级 W1 和 W2 分别产生感应电势 e1 和 e2 ，其大小 与铁心位置有关。
汽机机安全监视及保护系统
Turbine Supervisory Instrument System And Turbine Emergency Trip System
第 一 版
中国东方电气集团 东方电气自动控制工程有限公司
内
容
提
要
本教材是针对我公司生产的汽轮机安全监视及保护系统的培训 而编写的，基本原理可用于135MW、200MW、300MW、600MW等机 组，但各测点的测量范围、报警值、停机值以及 TSI测点图，各型机 组都有差异，具体内容在培训时由专业技术人员进行讲解。详细内容 可参阅“汽轮机启动运行说明书”。本教材着重介绍安全监视及保护 系统的原理、系统构成、功能、安装和调试等。 本书适用于电厂运行、 维修人员学习使用， 也适用于我公司经营、 服务、管理、生产人员学习使用。
编
者
二00二年十二月
目
录
概 述 ......................................................................................................... 1 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 TSI 介绍 .................................................................................... 2 ETS 介绍 ................................................................................. 19 盘车控制装置介绍 ................................................................. 22 TSI 现场安装及调试 .............................................................. 26 ETS 现场安装及调试 ............................................................. 30 传感器现场安装注意事项 ..................................................... 31
图 1-1
涡流传感器原理简图
由于传感器反馈回的电感电压是有一定频率（载波频率）的调幅信号， 需检波后，才能得到间隙随时间变化的电压波形。即根据以上原理所述， 为实现电涡流位移测量，必须有一个专用的测量路线。这一测量路线（称 之为前置器）应包括具有一定频率的稳定的震荡器和一个检波电路等。涡 流传感器加上一测量线路（前置器），如框图 1-2 所示：从前置器输出的电 压 Vd 是正比于间隙 d 的电压，它可分两部分：一为直流电压 Vde ，对应于平 均间隙（或初始间隙），一为交流电压 Vac ，对应于振动间隙。
1.3 测点及传感器安装位置介绍 根据纯电调各机组的具体情况，测点配置及传感器安装位置见图 1-5 ～
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第一章 TSI介绍
百度文库
图 1-8 所示，下面就各测点进行详细说明。
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第一章 TSI介绍
－7－ 图 1-5 135MW 汽轮机 TSI 测点图
第一章 TSI介绍
图 1-6
200MW 汽轮机 TSI 测点图