TSI系統(tǒng)故障原因分析與提高可靠性的建議

1、TSI系統(tǒng)故障原因分析與提高可靠性的建議   摘要：本文通過(guò)對(duì)浙江省各電廠TSI系統(tǒng)運(yùn)行中存在問(wèn)題的調(diào)研和歸類(lèi)分析，在深入探討研究的基礎(chǔ)上，提出了提高TSI系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的建議。   關(guān)鍵詞：TSI系統(tǒng) 調(diào)研 建議1.      前言汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instrumentation簡(jiǎn)稱(chēng)TSI系統(tǒng)）是汽輪機(jī)最重要的監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)之一。正常運(yùn)行中，它監(jiān)視汽輪機(jī)機(jī)械參數(shù)的變化，一旦參數(shù)越限即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，若參數(shù)達(dá)到限值時(shí)則動(dòng)作保護(hù)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)跳閘。但為保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，要求T

2、SI系統(tǒng)的動(dòng)作必須可靠。然而近兩年來(lái)浙江省各電廠TSI系統(tǒng)保護(hù)信號(hào)異動(dòng)情況呈上升趨勢(shì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2006年1月至2007年4月，浙江省內(nèi)電廠的機(jī)組，因TSI系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)而引起的跳機(jī)事件就多達(dá)6次，影響了發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也引起了我們對(duì)電廠TSI系統(tǒng)運(yùn)行情況的重點(diǎn)關(guān)注。在完成對(duì)省內(nèi)電廠各機(jī)組TSI系統(tǒng)運(yùn)行情況調(diào)研和異動(dòng)案例的統(tǒng)計(jì)、歸類(lèi)分析和深入探討研究的基礎(chǔ)上，提出一些提高TSI系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的改進(jìn)意見(jiàn)，供同行檢修運(yùn)行維護(hù)中參考。2.   TSI系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題及原因分析目前浙江省在線運(yùn)行的TSI系統(tǒng)，主要有本特利3300和3500裝置，德國(guó)epro公司的數(shù)字式MMS6

3、000系統(tǒng)和Vibro- Meter的VM 600 系列，經(jīng)對(duì)浙江省內(nèi)各電廠TSI系統(tǒng)運(yùn)行情況的調(diào)研和歸總分析，在運(yùn)行過(guò)程中引起測(cè)量顯示異常甚至導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)的主要原因有：2.1    絕對(duì)振動(dòng)單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)誤動(dòng)概率大浙江省火電廠機(jī)組的汽機(jī)振動(dòng)保護(hù)，多采用單點(diǎn)絕對(duì)振動(dòng)信號(hào)作為動(dòng)作的觸發(fā)信號(hào)。絕對(duì)振動(dòng)（AS）是利用安裝在軸承處的渦流探頭測(cè)軸的相對(duì)振動(dòng)（RS），利用安裝在軸承上的速度（加速度）探頭測(cè)軸承的絕對(duì)振動(dòng)（AB），然后將軸的相對(duì)振動(dòng)信號(hào)與軸承的絕對(duì)振動(dòng)信號(hào)疊加得到。即：AS=AB+RS （探頭位于相同側(cè)）AS=AB-RS （探頭位于相對(duì)側(cè)）由于軸的相

4、對(duì)振動(dòng)是一個(gè)位移量，因此需要把軸承的絕對(duì)振動(dòng)（假設(shè)軸承的絕對(duì)振動(dòng)用速度表示）經(jīng)過(guò)一次積分轉(zhuǎn)換成所需的位移信號(hào)，通常通過(guò)以下公式換算所得：D1000V3.14*F其中：D -位移，mm（峰值）V -速度，mms（峰值）F -頻率，Hz由上面的公式可以看出，首先在積分過(guò)程中，速度信號(hào)會(huì)被與頻率有關(guān)的增益所放大。對(duì)于低頻來(lái)說(shuō)增益大，而對(duì)于高頻來(lái)說(shuō)增益小。在速度信號(hào)中，所有低頻成分，在積分成位移量后，都有較大的幅值。因此外部電磁場(chǎng)的任何變化都會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的振動(dòng)速度輸出信號(hào)；其次如果速度信號(hào)瞬間受到低頻干擾積分出一個(gè)比較大的值，那么，即使軸的相對(duì)振動(dòng)沒(méi)有變化，最終復(fù)合出的值也是比較大的。近兩年來(lái)，由于絕對(duì)

5、振動(dòng)信號(hào)瞬間突變，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作的情況時(shí)有發(fā)生，如：某電廠#4機(jī)組正常運(yùn)行中，1y軸振動(dòng)信號(hào)突變，觸發(fā)振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，汽機(jī)跳閘。查閱DCS系統(tǒng)的歷史曲線（如圖1所示）發(fā)現(xiàn)，軸的絕對(duì)振動(dòng)信號(hào)（圖中蘭色線）最高至滿量程，超過(guò)保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值持續(xù)時(shí)間4秒左右（此時(shí)同一軸的圖1. 事故發(fā)生時(shí)段#1軸承振動(dòng)信號(hào)突變曲線相對(duì)振動(dòng)（圖中紅色線）并沒(méi)有發(fā)生突變），但保護(hù)未動(dòng)作停機(jī)。經(jīng)全面檢查，信號(hào)突變時(shí)段運(yùn)行人員無(wú)操作，同一軸的運(yùn)行人員無(wú)操作，汽機(jī)平臺(tái)上也無(wú)工作人員，該測(cè)量系統(tǒng)的電纜屏蔽和TSI機(jī)柜的接地也基本符合要求，因此排除由于設(shè)備啟停產(chǎn)生的外界強(qiáng)信號(hào)干擾或由于接線和屏蔽接地不良而導(dǎo)致信號(hào)突變的可能性。調(diào)閱35

6、00裝置中相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)輸出歷史記錄，顯示確有保護(hù)動(dòng)作信號(hào)產(chǎn)生。至所以保護(hù)未動(dòng)作停機(jī)的原因，是由于裝置的輸出通道故障，修復(fù)后組態(tài)未及時(shí)更改，接線與組態(tài)不符，保護(hù)信號(hào)實(shí)際未輸出。另一電廠的#3機(jī)組， #11軸承振動(dòng)高高保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。經(jīng)查閱DCS記錄，保護(hù)動(dòng)作前4分鐘 #11軸的絕對(duì)振動(dòng)值開(kāi)始明顯增大，直至超過(guò)保護(hù)定值機(jī)組跳閘；在機(jī)組跳閘的前后四分多鐘內(nèi)，轉(zhuǎn)速下降到2420rpm前，#11軸的絕對(duì)振動(dòng)峰值一度出現(xiàn)滿量程500µm，并大幅度振蕩；惰走至2420rpm時(shí)，振蕩消失，但仍然存在波動(dòng)現(xiàn)象。而在上述時(shí)間段內(nèi)，勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓，#11軸承的相關(guān)數(shù)據(jù)（包括相對(duì)軸振數(shù)據(jù)、振動(dòng)相位等）均

7、無(wú)異常變化。從上述兩次誤動(dòng)過(guò)程來(lái)看，當(dāng)時(shí)用來(lái)測(cè)量軸承絕對(duì)振動(dòng)的速度傳感器受到了低頻干擾，發(fā)生突變，同時(shí)復(fù)合出一個(gè)較大的絕對(duì)振動(dòng)值，導(dǎo)致振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。2.2          內(nèi)部軟件設(shè)置和維護(hù)不當(dāng)目前，省內(nèi)各電廠的TSI系統(tǒng)大部分采用了本特利公司的3300/3500系列產(chǎn)品。對(duì)于本特利的系統(tǒng)，其繼電器的報(bào)警復(fù)位等參數(shù)可以在軟件中加以設(shè)置，但如果設(shè)置或檢修維護(hù)不當(dāng)，也有可能會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。如：某電廠#2機(jī)#3軸承振動(dòng)高高跳機(jī)。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)就地接線、前置器及TSI柜內(nèi)卡件有異?，F(xiàn)象。檢查那個(gè)時(shí)段

8、的TSI系統(tǒng)報(bào)警事件記錄發(fā)現(xiàn)有以下兩條記錄：l            20/01/200707:43:14.78 0000006168009 003 N/A ENTER NOT OKl            20/01/200707:43:15.01 0000006168014 002 N/A ENTER RELAY第一條記錄表示#9卡件的#3通道（#3軸承X向相對(duì)振動(dòng)通道）故

9、障（超過(guò)滿量程）。第二條記錄表示#14卡件的#2通道（汽機(jī)振動(dòng)高高跳機(jī)信號(hào)）繼電器動(dòng)作。檢查保護(hù)邏輯，其設(shè)計(jì)為本軸承的X向相對(duì)振動(dòng)高報(bào)警信號(hào)和本軸承的Y向絕對(duì)振動(dòng)跳機(jī)信號(hào)組成與邏輯。根據(jù)此保護(hù)邏輯，那么僅有#3軸承X向相對(duì)振動(dòng)通道故障（超過(guò)滿量程）是不會(huì)引起保護(hù)動(dòng)作的，除非#3Y絕對(duì)振動(dòng)高條件亦滿足。進(jìn)一步檢查系統(tǒng)軟件發(fā)現(xiàn)：軟件中將危險(xiǎn)報(bào)警繼電器的復(fù)位設(shè)置為“閉鎖”。即，危險(xiǎn)報(bào)警繼電器的復(fù)位在危險(xiǎn)報(bào)警值消失后需運(yùn)行人員手動(dòng)復(fù)位。（在“不閉鎖”模式下，危險(xiǎn)報(bào)警繼電器的復(fù)位在危險(xiǎn)報(bào)警值消失后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。）繼續(xù)查看以前的記錄發(fā)現(xiàn)：l     20/12/20

10、06 18:29:15.01 0000005635 004 003 N/A ENTER DANGER該記錄表示#4卡件的#3通道即#3軸承Y向絕對(duì)振動(dòng)曾超過(guò)跳機(jī)值。由此可以判斷，#3軸承Y向絕對(duì)振動(dòng)曾達(dá)到跳機(jī)值并觸發(fā)了繼電器輸出通道，根據(jù)軟件輸出信號(hào)被保持，由于運(yùn)行人員未及時(shí)人工復(fù)位。當(dāng)#3軸承X向相對(duì)振動(dòng)通道故障時(shí)，滿足了#3軸承振動(dòng)高高跳機(jī)的條件，保護(hù)動(dòng)作。所以軟件的不同設(shè)置也將影響到保護(hù)邏輯。在“閉鎖” 模式下，如運(yùn)行維護(hù)不及時(shí)，同樣會(huì)增加誤動(dòng)的機(jī)率。2.3          延伸電纜至前置器的接頭

11、松動(dòng)、污染延伸電纜、前置器等隨著時(shí)間的推移，原先緊固的接頭和接線，可能會(huì)因氣候、氧化等因素而引起松動(dòng)造成接觸不良，使信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)。如某電廠#3機(jī)組的軸向位移A，其測(cè)量值由0.1mm瞬間變?yōu)?0.91 mm、-1.67 mm，后又自行恢復(fù)，該現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)。經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)異常原因?yàn)樘筋^延伸電纜與前置器的接頭松動(dòng)引起，將其擰緊后信號(hào)恢復(fù)正常。對(duì)TSI系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一個(gè)探頭對(duì)應(yīng)一根延伸電纜和一個(gè)前置器，三者是一個(gè)測(cè)量整體，有相應(yīng)的阻抗和特性曲線。一旦測(cè)量系統(tǒng)的阻抗和特性曲線發(fā)生變化，會(huì)引起信號(hào)異常。如某電廠#5機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，8Y振動(dòng)示值波動(dòng)較大，檢查就地接線，探頭延伸電纜與前置器的接頭無(wú)松動(dòng)，前置器及

12、TSI柜內(nèi)卡件也無(wú)異?，F(xiàn)象。但是將探頭延伸電纜與前置器的接頭松開(kāi)時(shí)，發(fā)現(xiàn)延伸電纜和前置器的接頭中有雜質(zhì)，將雜質(zhì)清理干凈后，信號(hào)恢復(fù)正常。其原因就是接頭中的雜質(zhì)或油污，造成該測(cè)量系統(tǒng)的阻抗不匹配，改變了該測(cè)量系統(tǒng)的特性，使得信號(hào)發(fā)生波動(dòng)。2.4          周?chē)h(huán)境影響，導(dǎo)致信號(hào)異常TSI系統(tǒng)的一次元件采用的的是渦流探頭和速度探頭。渦流探頭中有一線圈，前置器中高頻振蕩電流通過(guò)延伸電纜流入該線圈產(chǎn)生一個(gè)軸向磁場(chǎng)，當(dāng)被測(cè)金屬體靠近這個(gè)磁場(chǎng)時(shí)切割磁力線產(chǎn)生電渦流，電渦流的強(qiáng)弱隨探頭與被測(cè)體表面之間間距的變化

13、而變化，并經(jīng)延伸電纜送至前置器檢波、放大轉(zhuǎn)化成隨機(jī)械位移(間隙) 變化的電壓信號(hào)。當(dāng)有外部磁場(chǎng)影響該線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，電渦流的強(qiáng)弱就不能正確地反映探頭與被測(cè)物間的間距，引起測(cè)量顯示異常。如：某電廠在機(jī)組運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)#6軸承振動(dòng)大報(bào)警，經(jīng)檢查報(bào)警原因，是運(yùn)行人員巡檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)#6軸承處有漏雨現(xiàn)象，就用塑料布覆蓋并用磁鐵進(jìn)行固定。由于受到外部磁場(chǎng)的影響，使得振動(dòng)變大。某電廠#5機(jī)組#5瓦（靠發(fā)電機(jī)側(cè)）振動(dòng)信號(hào)故障，當(dāng)時(shí)對(duì)測(cè)量回路進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，更換就地瓦振探頭后信號(hào)正常。但是沒(méi)過(guò)多久，又出現(xiàn)了這一現(xiàn)象，并且在更換了探頭后也無(wú)法解決。在更換探頭的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)安裝振動(dòng)探頭的支架帶電，有20多伏交流電。

14、進(jìn)一步檢查這20伏交流電的來(lái)源，發(fā)現(xiàn)#5瓦軸承接地電刷接觸不好，導(dǎo)致固定在軸承座上的支架帶電。探頭受到了強(qiáng)信號(hào)的干擾，導(dǎo)致信號(hào)失真。除了外部磁場(chǎng)對(duì)探頭的影響，測(cè)量回路電纜的老化也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。如某電廠#2機(jī)組汽泵軸承振動(dòng)不定期的發(fā)生測(cè)量值波動(dòng)的現(xiàn)象。檢查就地接線、前置器、探頭和TSI柜卡件均無(wú)異常。更換卡件和前置器后，這一現(xiàn)象仍然存在。經(jīng)過(guò)反復(fù)的排查后認(rèn)為可能是該測(cè)量回路就地環(huán)境溫度較高導(dǎo)致線路老化引起。將測(cè)量線路走向遠(yuǎn)離高溫區(qū)后，信號(hào)恢復(fù)正常。2.5          接地不規(guī)范，干擾信號(hào)串入對(duì)

15、于大多數(shù)TSI系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都有嚴(yán)格的接地要求。不正確的接地方式直接影響系統(tǒng)的抗干擾能力。如某電廠#1機(jī)脫硫增壓風(fēng)機(jī)在停運(yùn)時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)值一直跳變，最高甚至超過(guò)了振動(dòng)保護(hù)值。檢查測(cè)量回路，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。在檢查就地本特利機(jī)柜的接地時(shí)，發(fā)現(xiàn)該機(jī)柜的接地虛焊，重新焊接機(jī)柜接地扁鐵后，信號(hào)跳變現(xiàn)象消失，恢復(fù)正常。某機(jī)組在基建調(diào)試階段，發(fā)生#1機(jī)組脫硫增壓風(fēng)機(jī)振動(dòng)突然跳變，導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)跳閘。經(jīng)檢查和仿真試驗(yàn)，事件原因是本特利機(jī)柜附近有電焊機(jī)工作，因電焊機(jī)接地點(diǎn)離本特利機(jī)柜較近，焊接時(shí)導(dǎo)致機(jī)柜附近接地線上有電勢(shì)差產(chǎn)生，并在屏蔽層產(chǎn)生環(huán)流，竄入信號(hào)電纜引起模擬量波動(dòng)。此外延伸電纜的屏蔽層，如果安裝敷設(shè)途經(jīng)未做好防

16、護(hù)，電纜屏蔽層因振動(dòng)等原因在運(yùn)行過(guò)程磨損，導(dǎo)致兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地，或者連接電纜屏蔽層未接地的話，也將會(huì)引起信號(hào)跳變。因?yàn)椴煌牡鼐W(wǎng)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，在屏蔽層產(chǎn)生環(huán)流，疊加在信號(hào)上就會(huì)引起模擬量波動(dòng)或突變。如某電廠1000MW機(jī)組運(yùn)行在750 MW時(shí)，汽機(jī)3#瓦振動(dòng)持續(xù)跳變，檢查回路發(fā)現(xiàn)電纜的屏蔽線沒(méi)有接地，正確接地后3#瓦振動(dòng)信號(hào)恢復(fù)正常。3.      提高TSI裝置運(yùn)行可靠性建議隨著發(fā)電成本的提高，電力生產(chǎn)企業(yè)面臨的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境將加劇，如何保證TSI系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確，動(dòng)作信號(hào)可靠，提高機(jī)組設(shè)備運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)性，已引起了各大發(fā)電集團(tuán)公司的重視，也成為熱工需要探

17、討研究的一個(gè)主要工作。我們通過(guò)對(duì)上述浙江省電廠TSI系統(tǒng)運(yùn)行情況調(diào)研和發(fā)生異常事件分析研究，對(duì)引起TSI系統(tǒng)異動(dòng)的原因有了比較清楚的了解，本著“既要防止拒動(dòng)，也要防止誤動(dòng)”的原則，提出以下反事故措施與建議：3.1          完善系統(tǒng)供電目前，TSI系統(tǒng)的供電基本上采用雙電源供電，但仍有機(jī)組的TSI系統(tǒng)采用單電源供電，或雖采用了雙路電源但電源模塊仍為單個(gè)。雖然到目前為止還沒(méi)出現(xiàn)過(guò)因電源失去，使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的情況，但對(duì)于TSI系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)，單電源供電對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行始終也是個(gè)安全隱患，因此應(yīng)進(jìn)行以下完

18、善：1）       TSI系統(tǒng)應(yīng)配置兩路可靠的AC220V電源冗余供電（切換時(shí)間應(yīng)不大于5ms，保證TSI裝置不會(huì)初始化），和至少兩塊電源模塊實(shí)現(xiàn)裝置電源間的無(wú)隙切換。原設(shè)計(jì)一路電源或二路電源切換時(shí)間達(dá)不到要求的，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)地改造或優(yōu)化。2）       當(dāng)保護(hù)電源采用廠用直流電源時(shí)，應(yīng)有確保尋找接地故障時(shí)不造成保護(hù)誤動(dòng)的措施。3.2          優(yōu)化TSI系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)與保護(hù)邏輯

19、根據(jù)上述故障的統(tǒng)計(jì)分析研究，優(yōu)化TSI系統(tǒng)報(bào)警與保護(hù)邏輯，減少單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)引起機(jī)組誤動(dòng)的概率，是提高TSI系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性的一項(xiàng)主要措施，經(jīng)對(duì)TSI系統(tǒng)專(zhuān)題研討，我們提出以下技術(shù)措施：1）    TSI系統(tǒng)的動(dòng)作跳機(jī)信號(hào)宜采用常開(kāi)信號(hào)（閉合跳機(jī)）2）    采用軸承的相對(duì)振動(dòng)作為振動(dòng)保護(hù)的信號(hào)源，并將邏輯優(yōu)化為：本軸承的X向相對(duì)振動(dòng)達(dá)到跳機(jī)值且相鄰任一軸承達(dá)到報(bào)警值時(shí)，本軸承振動(dòng)保護(hù)信號(hào)動(dòng)作。（在車(chē)頭面向汽機(jī)方向，如轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，取左側(cè)探頭為X向；如轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則取右側(cè)探頭為X向。）3）    汽機(jī)

20、軸向位移保護(hù)，原為單點(diǎn)信號(hào)或?yàn)槎x二邏輯的，通過(guò)增加探頭改為三選二邏輯判斷，或配置四個(gè)探頭，組成二對(duì)二取二與邏輯后再組成或邏輯輸出。4）    汽機(jī)高低壓脹差為單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)的，宜增加10秒延時(shí)；如為雙信號(hào)組成與邏輯作為保護(hù)的，則最好將TSI輸出量程改小，設(shè)置為110%的跳機(jī)動(dòng)作值大小，以加強(qiáng)壞點(diǎn)剔除保護(hù)功能。5）    汽機(jī)缸脹為單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)，建議限消該保護(hù)。3.3          提高TSI系統(tǒng)連接線路的可靠性連接線路問(wèn)題是影響TSI系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的另一個(gè)重要原因。為有效減少TSI系統(tǒng)的異常發(fā)生，建議在安裝、檢修、運(yùn)行、維護(hù)中，注意滿足以下要求：1）安裝或檢修后，要有可靠措施以確保延伸電纜的固定與走向