大型汽轮机安全监视系统的发展及应用

尚蕾

(东方电气自动控制工程有限公司，四川德阳，618000)

大型汽轮机安全监视系统的发展及应用

尚蕾

(东方电气自动控制工程有限公司，四川德阳，618000)

文章简述了汽轮机安全监视系统的发展、应用及重要性。以美国本特利公司的3 500系统和德国EPRO公司的MMS 6000系统两种典型的汽轮机安全监视保护系统 （TSI）为例，对其性能特点进行分析比较，提出了各自的优点和不足，并提出了一种国产化TSI的解决方案和应用实例。

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0 引言

随着机组容量不断增大，汽轮机参数也越来越高，如果缺乏合理的运行维护，机组部件可能在接近设计极限值的工况下运行，而任何超过设计极限的运行都会造成机组部件的永久性损坏。同时，大功率机组为了提高运行的经济效率，汽轮机级间间隙、轴封间隙设计较小，运行中如操作不当，很可能造成动静部件之间的摩擦，从而引起主轴弯曲，振动过大，最严重的将导致超速飞车的特大事故。大功率机组一旦损坏，即使能修复，也将造成巨大的经济损失。汽轮机安全监视保护系统 （TSI）监测汽轮机运行状态参量，保护机组安全。随着技术的不断发展，TSI系统逐步演变成了集信号采集、显示、记录、分析、控制于一身的智能监控系统。

1 TSI的功能及发展

1.1 TSI的功能

TSI是一种能对机组运行状态参数进行长期、有效、准确、连续监测的多路监测系统。它可用来连续显示机组的启停和运行状态，为记录仪表提供电流及电压输出信号，在被监测的参数超出预置的设定值时发出报警及停机信号。它也能提供故障诊断的各种测量数据。

在大型机组中，监测和保护系统是非常重要的。它不仅可以提高劳动生产率和电能质量，为大型机组的安全、经济运行提供可靠保证，还能降低发电成本，改善劳动条件。TSI系统能连续监测汽轮机的各种重要参数，例如:转速、偏心、轴振、盖 （瓦）振、轴位移、胀差、热膨胀等参数的监测，帮助运维人员判明机组故障，在这些故障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，运维人员可通过诊断数据的帮助，分析可能的机组故障，帮助提出机组维修预案，使机组维修更有计划性，提高汽轮机组的可用率。

1.2 TSI的发展

目前，在国内汽轮机组上安装的TSI系统分国产设备和进口设备两大类。其中国内200 MW以上机组的TSI大多采用的是引进型产品。主要包括美国本特利 （BN）公司7200、3300、3500系列；德国飞利浦 （EPRO）公司RMS 700、MMS 6000系列等；瑞士、德国、日本等公司的产品也有不少应用。

其中，本特利公司的BN 3300系统是数字式仪表，其性能属20世纪90年代初世界先进水平，能与DCS通讯，可与故障诊断系统接口，但存在传感器在宽范围测量时不能保证精度 （分段灵敏度）、监测板不能带电插拔等问题。飞利浦公司的RMS 700系统为模拟监测仪表，随着电站自动化水平的日益提高，存在着无通讯接口、只能通过4～20 mA与其他系统交换数据、低转速测量不准、测量值显示不直观等问题。因此，目前国内电厂主要运行系统为本特利公司BN 3500，EPRO公司MMS 6000系统。

国产设备仅在一些小容量机组上应用，主要有两种类型:一种是类似BN 7200或飞利浦RMS 700的模拟分立式或组合式单元仪表；另一类是由科研院所开发的数据采集器加通用计算机的后台式检测分析系统，此类系统一般并接在进口TSI系统的信号缓冲输出上，作为进口TSI系统的补充部分，仅具有数据采集、波形分析、计算分析等后台功能，不具有TSI必须的标准输出和监视保护功能。

1.3 进口TSI产品简介

以本特利BN 3500系统和EPRO公司的MMS 6000系统的性能特点作介绍和比较。

1.3.1 本特利BN 3500系统

BN 3500系统是在BN 3300系统的基础上发展起来的一套智能化的汽轮发电机组在线监测系统。它由系统框架、监测器模块、数据通信网关等组成。能实现监测并显示，同时可以存储和管理数据。当监测参数超限时，实现报警。该系统主要特点如下:

（1）安装维护费用降低

·降低了电缆连接的费用；

·与多数BN公司的产品兼容；

·改善了空间利用率；

·先进的组态设计。通过软件组态可以方便地对监测器进行选项，包括量程范围、传感器输入、记录仪输出、报警延时、报警点设置、报警逻辑表决和继电器组态的设置或修改；

·减少了备件的种类。如: 3500/42位移、速度、加速度监测器可以完成几种不同的功能，只需通过系统组态，即可成为轴振、轴向位移、偏心等监测器。

（2）改进了电厂控制计算机系统的整体性

·支持多个协议。一个独立的3500框架，可同时为不同的系统提供数据，如:同时给DCS系统和DEH系统提供数据，并且支持使用不同的通讯协议；

·同步过程和振动数据。振动和过程数据同步显示运行时间，可把过程参数变化和机械振动变化进行相关处理，以便数据保存。

（3）增强了运行信息

·丰富了操作人员获取到的振动相关信息。操作人员可以获得的振动信息，包括:1）通频振幅 （4～20 mA信号）；2）探头间隙电压；3）1倍频振幅和相位；4）2倍频振幅和相位；5）非1倍频振幅。上述信息可以通过BN 3500系统的通讯通路获得，且可多点显示在计算机屏幕上，便于早期确认机组存在的问题，及时采取相应对策；

·以选项方式提供操作者显示软件，它可给运行人员提供需要的所有信息。

（4）可进行远距离的数据通信

·支持Windows。BN 3500系统运行人员显示软件可以在任何版本的Windows环境下运行，电厂中的任何Windows终端都可以观察到数据。

·支持TCP/IP。提供以太网TCP/IP（传输控制协议和Internet协议）接口，能够直接给控制系统、编程控制器或人机界面提供数据。

1.3.2 EPRO公司MMS 6000系统

MMS 6000系统是在飞利浦RMS 700系统的基础上发展起来的一套计算机化的汽轮发电机组的在线监测系统，是EPRO公司最先进的数字化智能型TSI。该系统主要特点如下:

（1）采用冗余的工作电源配置，每个通道模块都有两个电源输入，使系统更加安全可靠。

（2）系统将用于故障诊断的数据采集电路集成到每块监视器模块中，省去了增加故障诊断功能时另配采集系统的开支，也使系统更加紧凑。

（3）新系统利用微处理器处理速度快、存储能力强的特点，每块监视器模块中都存储了最后一次完整的启停机数据、模块改变设定的次数、连续工作时间、模块自检状况等，为操作人员了解机组运行工况，分析事故原因提供可靠依据。

（4）MMS 6000软件可对一次测量元件进行线性补偿 （对低压胀差尤为重要）。

（5）模块在硬、软件设计上考虑到兼容特殊测量要求，适用各种类型汽机测量环、台、斜面。1.3.3 BN 3500系统和MMS 6000系统比较

BN 3500系统和MMS 6000系统都各有其优点，二者主要技术参数比较见表1。

1.3.4 国外TSI的优缺点

通过上述分析和比较，以及结合现场各系统的实际应用情况，可以得出以下结果:

1.3.4.1 国外TSI的优点

（1）普遍采用标准化的模块结构。

（2）各模块均内置一片微控制器（MCU），实现模块的自诊断、数据采集、数据通信、检测报警等功能。

（3）通过上位机软件组态代替通过跳线和电位器设置模块参数的传统方式，使组态更加便捷。

（4）通过RS 232/RS 485总线与上位机进行数据通信，初步具备网络化检测系统功能。

（5）电源模块采用双重冗余结构，提高系统可靠性。

（6）硬件电路设计认真，保护措施较全面，加工工艺优良。

（7）传感器可靠性高，稳定性和一致性好。

1.3.4.2 国外TSI的不足

（1）组态软件及上位机运行软件多为英文界面，操作方法复杂。

（2）TSI采集的有些数据模式不对外开放，其他诊断分析软件利用困难。

（3）进口TSI价格高，对企业或最终用户运行维护成本高。

2 国产化TSI的开发和应用

2.1 国产化TSI的研制

国产化TSI起步较早，比如北京英华达的EN 9000，江阴三仪的QBJ汽轮机保护系统等，现以DF 2000系统做简单介绍，DF 2000系统是四川东方电气自动控制工程有限公司与成都东能自控技术工程有限公司联合，于1995年开始研制的具有自主知识产权的旋转机械监测保护系统。

DF 2000可编程旋转机械监测保护系统，应用最新的数字信号处理技术，是一个全功能监测系统。该系统主要有以下特点:

（1）该系统所有功能参数都可以通过DF 2000组态软件来编程组态，安装、调试操作符合我国技术人员使用习惯，具有使用方便和维护简单的特点。

（2）基于DSP的高性能数字处理技术，使传感器与仪表测量电路的线性、频响、温漂和抗扰能力得到最大限度的改善，加上所有参数都是数字设定，使得系统测量精度更高，保护动作更为精确可靠。

（3）多个框架可以通过总线互连成一个系统，RS 485接口支持Modbus协议，从而实现了DF 2000系统与DCS、PLC或其他控制系统的无缝连接。

（4）高通用性的硬件设计和丰富编程功能，使得每种监测器可以适合多种应用需要，用户备件库存可大大减少。

（5）数据采集、记录、分析功能，让运维人员能获取更多的过程信息，有更多的信息处理工具，从而能更准确地掌握设备运行状况，为设备安全高效运行提供可靠保障。

2.2 DF 2000 TSI的应用

DF 2000系统自1998年推出并投入现场运行以来，目前已经成功应用于辽宁清河电厂、新疆天龙电厂等近40个电厂，该系统在各电厂中运行稳定，深得用户好评。DF 2000系统外形图如图1所示。

3 结语

DF 2000系统自投运以来，经与本特利专用便携式振动仪测试数据的多次对比，测试数据吻合；十几年来在全国各电厂的稳定运行表明，DF 2000系统与美国BN公司3500系统、德国EPRO公司MMS 6000系统性能基本相当，满足API 670标准的要求，是目前国内性价比较高的旋转机械监测保护系统，由于国内外制造工艺和材料上的差距，国产化系统与国外公司TSI产品在稳定性和一致性等方面存在一定的差距，这也是我国制造业普遍存在的问题之一。DF 2000系统可满足我国大型汽轮机组对先进TSI系统的要求。

[1]Bently Nevada,LLC.Bently 3500 M onitoring System-Rack Hardware Installation,Operations,and Maintenance Manual. 2002

[2]epro ELEKTRON IK&SYSTEMTECHN IK GmbH.epro MMS 6000 M anual.2004

[3]北京松源艾普科技有限公司.epro旋转机械检测保护系统. 2002

Development and Application of Turbine Supervisory Instrument System

Shang Lei
（Dongfang Electric Auto Control Engineering Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

This paper offers a brief introduction of the development,application and importance of turbine supervisory instrument system（TSI）.basing on two specific TSI:Bentley 3500 system（USA）and EPRO MMS 6000 system（Germany）,the performance of MMS 6000 and 3500 system are analyzed by comparing their advantages and disadvantages in detail.An application solution to TSI localization is presented in final.

turbine,turbine supervisory instrument system（TSI）,development,application

TK39

：A

：1674-9987（2014）01-0070-05

尚蕾 （1963-），女，高级工程师，主要从事汽轮机安全监视系统设计、调试工作。