BN3500汽轮机监测保护系统在某厂300 MW机组改造中的应用

徐艳军

(大唐湘潭发电有限责任公司，湖南湘潭411102)

1 概况

某厂300 MW汽轮发电机组于1998年投运。主机采用某公司的BN3300系统，用于采集和处理汽轮机组轴振、瓦振、轴向位移、差胀、热膨胀、转速等信号。因系统运行近12年，设备和电子元件老化，系统的可靠性降低，对机组安全运行产生了不利影响;同时，由于厂家已对BN3300系统进行了升级换代，该系统的部分设备已停止生产，当发生设备损坏时无备品更换，将制约机组正常运行。

进行TSI系统升级改造，将汽轮机TSI系统由BN3300系统更换为BN3500系统，将BN3300系统的TSI框架、模件和前置器及电涡流探头进行更换，瓦振等探头与BN3500系统相兼容的仍继续使用。

2 BN3500系统升级配置方案

2.1 原系统配置及存在的问题

原系统共有37个测点，包括#1-#8瓦的瓦振及X，Y方向轴振，2个轴向位移与偏心安装于#2，#3瓦间，低压差胀安装于#4，#5瓦间，高压差胀、键相、2个零转速、3个超速装于机头前箱内，2个缸胀分别装于前箱两侧。有3个3300框架，其中3个超速模块单独占用1个框架。模块名称分别为:电源3300/12、系统监测3300/03、偏心键相器模块3300/40、轴振动监测模块3300/16、瓦振动监测模块3300/16、缸胀监测模块3300/16、位移监测模块3300/20、零转速/转速3300/50、超速3300/53。

《防止电力生产重大事故二十五项重点要求实施导则》(大唐集团制〔2009〕140号) “防止热工保护失灵”一项中规定，所有重要的主辅机保护都应采用3取2(或4取2)的逻辑判断方式，保护信号必须是相互独立的一次元件和输入通道，原系统中轴向位移信号是采用2取2逻辑，不符合要求，加之存在设备老化问题，故TSI系统的升级改造势在必行。

2.2 BN3500升级系统配置

2.2.1 框架、模件配置

新的BN3500框架沿用原BN3300机柜，把原3个3300框架升级为2个3500系统的标准框架，框架名为3500/05，模块名称分别为:电源3500/15、接口模块TDI 3500/22、键相器模块3500/25、轴振动监测模块3500/42M、瓦振动监测模块3500/42M、位移监测模块3500/42M、差胀/壳胀监测模块3500/45、零转速/转速3500/50、偏心监测模块 3500/42M、3选 2超速保护 3500/53、3500/16通道继电器模块。新3500系统中有双电源冗余设计，每个测点有标准4～20 mA输出，系统可软件组态各卡件参数，实现继电器逻辑输出，取消中间继电器。

2.2.2 传感器设备

利用这台机组通流部分改造的机会，增加了1路轴位移信号，并将偏心移到了前箱内。传感器配置如下:3300XL的8 mm传感器23套，用于轴振#1-#8轴X/Y振动，以及转速 (2套)、偏心 (1套)、键相 (1套)、超速 (3套)探头;3300XL的11 mm传感器3套，用于轴位移;3300XL的25 mm传感器1套，用于高压差胀;3300XL的50 mm传感器1套，用于低压差胀;9200地震式8套用于瓦振;LVDT 2套用于热膨胀。

涡流传感器由探头、延伸电缆、前置器组成。探头和延伸电缆与以前相比有很大提高，探头端部和主体之间、探头与延伸电缆之间连接牢固。与原前置器相比，3300XL前置器有重大改进，由于设计精巧，它既可以采用导轨安装，也可以采用传统的面板安装。采用了传统的面板安装，安装基板均具有电绝缘性，不需要独立的绝缘板。改进的抗辐射能力可以使它免受附近各种高频无线电波的干扰。前置器上的弹簧定位端子带使安装更方便快捷，不需要特殊的安装工具，连线也十分坚固可靠。3300XL探头、延伸电缆和前置器都带有防腐蚀的镀金铜接头，这些接头只需用手指紧固 (接头会自动“锁住”)，特殊的机械锁紧装置能防止连接松动，接头在安装和拆卸时不需要特殊的工具。

2.3 模件组态以及输出回路设置

BN3500系统调试软件3500/01，安装简单，系统调试通过通讯电缆从PC和框架接口模块(3500/22)连接。按TSI机箱框架实际槽位布置新建一个框架配置组态，该配置也可以直接从TSI框架接口模块中上传至PC上 (因为出厂前，TSI在厂内已经完成调试工作)。右键框架中任何一个模块，即可对其进行组态，卡件右键OPTIONS，设置卡件参数，包括传感器选型，测量类型，通道选择等;卡件右键SETPOINTS设置报警停机值;卡件右键VERIFICATION为卡件通道显示 (间隙电压和间隙值)。当机箱框架模块组态完成之后，从电脑下载到3500框架接口模块中，也可以对单块模块组态进行下载，需要下载的模块在组态下载界面中选定即可。

需要注意:高压差胀监测及轴位移监测模块设置显示方向 (Upscale Direction)需和机组一致，不同方向会导致传感器的间隙值不同，严重的会造成机组运行时磨损传感器的结果，同时原高差量程范围为-4～+12 mm，现模件量程跨度最多12 mm，所以只能设定为-4～+8 mm;超速组态是按组，即3个模块成组组态，只用组态第1模块，转速设置齿数因通流改造更换了齿轮盘支架而相应改为83齿;另模块报警及跳机信号均设置了1～3 s不等的延时。

16通道继电器输出模块设置包括报警信号和跳机信号，其中报警信号为:#1通道为轴振16取1，#2通道为瓦振8取1，#3通道为轴位移3取1，#4通道为偏心报警，#5通道为高压差胀、低压差胀2取1，#6通道为零转速报警，#7-#12通道为备用通道。跳机信号:#13通道为轴振16取1跳机，#14通道为瓦振8取1跳机，#15通道为轴位移3取2跳机，#16通道为备用通道。

保护定值均按定值表设定。模件的模拟量由背板端子输出至DCS，配置与原来一样。超速模块由模块背面继电器端子输出报警及跳机信号。

3 遇到的问题及解决方法

3.1 42模件提供4通道振动及轴向位移的监视，经过改造后的轴向位移实现了3取2，达到“25项反措”的要求，相比于原有的3300系统在轴向位移方面有了更可靠的保护。

3.2 轴振16取1跳机及瓦振8取1跳机信号送至ETS系统后，又在ETS此2个信号的输入端子上将DEH来的振动24取2(轴振16个、瓦振8个)报警分别与之串联，避免了单点信号引起误动，符合了“25项反措”的要求。

3.2 TSI机柜电源由热工UPS电源供给，只有1路电源。当热工UPS电源发生故障切换时，可能使TSI模件初始化。故增加了1路电气备用UPS供电电源，由2路电源分别给TSI柜的2路电源模件供电，即使1路电源失去，另1路仍能保证机柜负荷，使TSI系统正常工作。TSI机柜用220 V交流供电时的最大电流为5 A，可将新增的电源电缆接至备用UPS馈线柜的10 A输出端子。

3.3 为保证超速跳机信号的可靠性，在原来BN3500系统自带的3块独立的模件3取2表决的同时，在外部采用硬接线的方式再次3取2，即在3块超速模块背板的继电器输出端子上各取2个作为跳机信号共形成6个信号，再在每2块模块上各取1个共形成3路3取2逻辑，3路相并后送信号至ETS跳机，以防止超速模件由于硬件继电器误动造成误跳机。

3.4 TSI系统的安全接地是很重要的问题，系统采用高频低压交流电采样，以前3300系统曾出现过接地不符合要求导致误跳机事件，改造中整个系统绝对保证统一在TSI机柜单点接地，包括输出到DCS去的4～20 mA信号，并且现场的每个信号均采用独立的电缆单独接地，保证了系统的可靠性。

4 改造的成效

(1)减少安装和维护费用。减少电缆及接线费用、具有向下产品兼容性、减少备品备件种类和数量。

(2)增强可靠性。电源模块的冗余配置、继电器模块的设置增强了系统的可靠性。

(3)提供更多的运行信息。BN3500可提供更多的信息，这些特性包括:幅值显示、探头间隙电压、1x幅值和相位、2x幅值和相位、Nx幅值和相位等。

(4)通讯更为方便。每个框架都提供了22接口模件，可以通过串口 (RS232)或者网线(TCP/IP)与外部进行通讯，也可以通过该接口模件接入类似于TDM(振动分析平台)做振动分析。

(5)保护投退更为方便可靠。改造后的3500系统在组态修改与保护投退方面更为方便可靠，可直接通过便携式计算机连接修改，免去原3300短接端子，插拔模件的困扰，同时通过软件设置可以大大减少现场安装探头的工作量 (主要针对轴向位移，高压差胀、低压差胀)，为热控人员的安装维护带来方便。

〔1〕新华控制工程有限公司.BN3500汽轮机监测保护系统改造项目TSI升级改造技术协议书〔R〕.2010.

〔2〕新华控制工程有限公司.BN3500技术方案说明书〔R〕.2010.