TSI安全监测系统在透平机中的应用

李传军，王会华，苏鹏，吴子永

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东莱芜 271100）

经验交流

TSI安全监测系统在透平机中的应用

李传军，王会华，苏鹏，吴子永

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东莱芜 271100）

泰钢热电公司透平机组采用TSI汽轮机安全监测系统，系统实现了对转速、偏心、轴振、轴位移、胀差、热膨胀等参数进行数据分散采集并进行集中控制，系统具有实时参数监测趋势和历史趋势查看功能，为机组的安全、稳定、可靠运行奠定了良好的基础。

透平机；安全监控系统；系统监测；数据

1 前言

透平机组是发电单元能量转换的中间环节，出现故障会直接导致锅炉急停和发电机跳闸，进而危及设备和人身安全。老式热工继电保护式控制回路较繁杂，中间环节多，而且继电器和数显表体积大，功耗大，动作时有一定的延迟时间，经常出现误动或误报警现象，给透平机的安全运行带来了很多安全隐患。为保证透平机组的正常运行，泰钢热电公司采用了TSI汽轮机安全监测系统，当机组发生异常时，保护系统将提示报警信号。当机组发生严重异常时，保护系统将自动使机组停止运转，以免造成设备破坏性或灾难性的严重毁坏。

2 泰钢热电TSI系统监测

泰钢热电公司在线生产的透平机组共7台，其中蒸汽透平机组N27/3.43两台、C30-8.83/0.981-1一台、烧结余热发电BN12-1.8/0.45和炼钢余热发电S3-0.7各一台、煤气透平机组MPG13.2－290.5/180两台，均为单元制机组，其特点是机、炉、电在生产过程中组成一个有机的整体，总功率达到125 MW。

泰钢热电公司TSI系统主要采用两种，一种是美国本特利公司的3500控制系统，第二种是国产江阴电子的3800控制系统。两种控制系统替代了老式的热工继电保护式控制。主要检测项目包括：轴振动监测，轴位移监测，转速监测，大轴偏心监测，胀差监测，热膨胀监测，主汽门行程监测。

2.1 轴振动监测

目前泰钢热电公司透平机采用的振动监测是由两点来监测，即X轴和Y轴，X、Y两个方向的振动合成可得到轴心轨迹。由于轴在垂直方向与水平方向并没有必然的内在联系，亦即在垂直方向（Y方向）的振动已经很大，而在水平方向（X方向）的振动却可能是正常的，因此，在水平和垂直方向上各安装一个探头，能够全方位的监测轴的振动。

轴振探头实际是一种电涡流传感器，它通过传感器端部线圈与被测物体（导电体）间的间隙变化来测量物体的振动。在传感器的端部有一线圈，线圈通以频率（1～2 MHz）较高的交变电压。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涡流，而涡流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。耦合系数的大小与二者之间的距离及导体的材料有关，当材料给定时，耦合系数与距离有关。距离增加，耦合减弱，使等效电感增加。由于探头输出电压是调幅信号，需检波才能得到间隙随时间变化的电压波形，而且传感器还需高频振荡源，因此涡流传感器还需加测量线路（前置器），从前置器输出电压正比于间隙电压，可分为两部分：直流电压对应于平均间隙（或初始间隙）；交流电压对应于振动间隙。

2.2 转速监测

转速值显示是透平机启停机以及稳定运行的重要参数，并且振动值与机组转速的相关性对最终分析机组性能十分重要。泰钢热电公司透平机采用的转速传感器是磁电式，原系统采用的是机械式转速表，靠撞击转速表的凸球计数，受齿轮等机械影响误差较大。

泰钢热电公司27 MW蒸汽透平鼓风机的超速保护是由相互独立的三通道电子超速保护系统WOODWARD PROTECH 203提供的。它能直接切断从汽轮机保护系统到紧急停机阀上的一对电磁阀的控制电流。PROTECH 203带有3路独立的转速传感器和显示器，当任一路出现超速时都会触发1个脱扣继电器。PROTECH 203的脱扣继电器是按3取2的表决原则来连接的。因此当其中一个信号出现故障时，PROTECH 203仍可提供正确和有保障的输出，因此系统具有高精度和高可靠性。

转速测量由装于机头内部正对60齿盘的涡流传感器和前置器组成，而汽轮鼓风机组的齿轮盘为100齿（汽轮鼓风机组转速4 600 r/min）。当机组旋转时，齿盘的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地改变输出脉冲信号，模块接收到此脉冲信号后进行计数、显示以及控制。

2.3 胀差监测

透平机胀差是透平机转子和缸体受热膨胀时轴向伸长的长度差，主要反映透平机动静间隙的变化情况。胀差大产生的主要原因有以下几点：转子和缸体材质不同，受热后膨胀系数也不同；膨胀时受到的阻力不同；在机组运行时，受热面积及感受到蒸汽的温度不同。

2.4 轴向位移监测

透平机轴向位移是透平机转子受热膨胀时轴向伸长的长度，它主要反映透平机转子膨胀量及推力瓦和推力盘间隙的变化情况。引起轴位移大的主要原因有：透平机进汽量和进汽压力变化差值大；在机组运行时调门故障等；凝汽器真空度高；负荷变化大或快速甩负荷。

测量方式：与胀差基本相同，使用涡流传感器+前置器+模件，定位方法根据不同厂家设备要求不同而略有不同，一般是在设备冷却到一定温度时，将转子推向工作面，调整探头间隙，测量间隙电压，定零位后紧固探头。

2.5 热膨胀监测

透平机在开机过程中由于受热使其汽缸膨胀，如果膨胀不均匀就会使汽缸变形，这种变形会使汽缸与基础之间产生巨大的应力，由此带来不对中现象。这种现象通常是因为滑销系统卡涩所引起的。测量出汽缸膨胀和胀差，就可以确定转子和汽缸的膨胀率。把传感器的铁芯与汽缸连接，当膨胀时铁芯运动产生成比例的电信号，输入测量板件进行线性处理，输出一路4～20 mA信号送至透平机DEH系统，另一路信号送至DCS系统。

2.6 主汽门行程监测

通过主汽门位置反馈变送器实现主汽门行程检测，此变送器与热膨胀工作原理相同，利用电磁原理将变送器的铁芯与主汽门连杆相连，主汽门动作带动铁芯动作，从而改变磁场强度，继而测量主汽门变化的物理量。

3 结语

泰钢热电公司目前采用的TSI控制系统，无论在硬件配置和功能使用上都远优于老式继电保护控制，可以实现对转速、偏心、轴振、轴位移、胀差、热膨胀等参数进行数据分散采集并进行集中控制，这种控制系统将老式的数显表和继电器以及声光报警等各功能融合为一体，节省了继电器和信号接线，只输出一组开关量给系统，以实现紧急停机控制。同时TSI系统有实时的参数监测趋势和历史趋势查看功能，能够帮助运行人员判别机组故障，使机组能在不正常工作引起的严重损害前急停汽轮发电机组，保护机组安全运行。减少了操作人员由误判断导致的误操作，为机组的安全、稳定、可靠运行奠定了良好的基础。

图1 重新设计后的烧嘴外形

4）烧嘴前空煤气支管对应相应的烧嘴，去掉多余的管道，换向阀与燃烧控制系统不做改动。

5）与改造前相比，均热段和二加热段空煤气烧嘴由原来的32减少到20个，空气烧嘴蓄热室的容积减少到原来的60%，蓄热体总重量为原来的70%；煤气烧嘴蓄热室的容积减少到原来的44%，蓄热体总重量为原来的95%。

4 改造效果

1）改造后基本杜绝了烧嘴冒火的现象，提高了加热炉的热转换效率，加热能力显著提升。同时延长了加热炉使用寿命，该炉检修周期相对改造前延长了2个月以上。

2）烧嘴前火焰形态得到改善，空煤气混合均匀，火焰改变了之前紊乱灼亮的现象，而又不失刚度，炉内气氛清晰，解决了火焰直接灼烧钢坯表面的问题，坯料加热更加均匀，坯料一次除鳞效果显著提升。

3）烧嘴密闭变小，避免了管路密集排列布置，便于检修维护。同时，减少了炉墙与烧嘴间的结合的薄弱部位，消除了此处煤气泄露、冒火等问题。

TP277.2

B

1004-4620（2014）04-0075-02

2014-07-09

李传军，男，1964年生，1989年毕业于山东科技大学地下开采专业。现为泰钢生产安全部副部长，工程师，从事安全管理工作。