MMS6000汽轮机安全监视系统可靠性分析及优化

瞿七九，粟宣淞，王华东

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 惠来 515223)

MMS6000汽轮机安全监视系统可靠性分析及优化

瞿七九，粟宣淞，王华东

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 惠来 515223)

TSI系统是采集和处理电厂旋转机械运行数据的系统，不仅提供数据供检修和运行人员分析和判断，也保护设备免受损坏。通过分析TSI系统的组成和工作原理，对其可靠性进行分析，针对存在的问题提出了合理的解决方法，增强了其正常工作的容错能力和可靠性。

汽轮机安全监视系统；可靠性；容错；传感器；冗余配置

0 引言

某电厂1 000 MW机组汽轮机采用东方汽轮机有限公司生产的冲动式汽轮机。为了保证主机本体设备正常运行，有必要对汽轮机各种重要参数进行监视，以便及时提醒运行和检修人员。TSI(Turbine Supervisory Instrumentation，汽轮机安全监视系统)可采集表征汽轮机运行状态的参数，如转速、振动等，通过信号处理，及时将相关信号提供给检修和运行人员；同时当检测数据异常时，及时触发安全保护系统正确动作，并遮断汽轮机，保证机组安全。另外TSI监测信息可提供汽轮机动平衡和在线诊断数据，检修人员还可以据此分析可能存在的设备故障，使机组维修更有计划性和可靠性，以减少设备损失，提高汽轮机组的可用率。由此可见，TSI系统的重要性不言而喻，其工作可靠性必须得到保证。以下对TSI系统进行分析，对存在的问题进行全面整改和优化，保证其工作的可靠性。

1 TSI系统组成

该厂1 000 MW TSI系统采用EPRO公司的MMS6000系统。此系统主要由传感器、智能数据采集及处理系统组成，用来采集和监视汽轮机的转速、振动、轴向位移、胀差、偏心等信号。

1.1 传感器系统

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。根据测量装置是否与被测物体接触，可分为非接触式传感器和接触式传感器。前者如电涡流传感器，可以测量汽轮机的转速、轴向位移、振动、胀差等物理量，其主要原理是通过传感器端部线圈与被测物体间的间隙变化来测量物体的振动相对位移量和静位移；后者如速度传感器、LVDT传感器，可以测量汽轮机轴承箱盖振动、缸的热膨胀等，其主要原理是通过传感器与被测物体直接接触，反映物体物理量的直接变化。

1.2 数据采集及处理系统

数据采集及处理系统是一套完整的系统，主要包括电源、各种数据采集及处理卡件、框架等。该系统将相应传感器的电量信号进行整形、计算、逻辑处理后，输出准确的监测数据和报警指示，也实时监视传感器和卡件自身的工作状态。重要电源和卡件等的冗余配置，提高了该系统工作的容错能力。

2 可靠性分析及优化

在汽轮机正常启停和运行过程中，需密切监视其运行状态参数。当参数异常或超过报警值时，需及时分析，找出异常的原因；在达到跳闸值时，需及时遮断汽轮机，让其安全停运，以防事故进一步扩大。因此，TSI系统在汽轮机运行过程中处于特别重要的地位，其设计、安装不仅应合理，还应根据生产过程要求设计严谨的保护逻辑，且要考虑选择合适的控制设备、跳闸信号来源、信号测量安装位置等，以保证系统投入运行后能够准确、灵敏、可靠地监视机组安全运行。TSI系统还应具有防止信号误动、拒动的相关功能。因此，要使TSI系统可靠工作，就必须保证各环节的可靠性。

TSI系统采用了模块化结构，即采用功能不同的模件搭建所需要的监测系统，如监视轴向位移的MMS6210模件、监视轴承振动的MMS6110模件和适应不同需求的PR642X系列传感器等。通过可靠性分析，发现其主要存在以下问题，并对这些问题进行了优化。

2.1 传感器系统工作不稳定分析及优化

为了安装方便，大部分电涡流传感器的探头与延伸电缆之间设计有转接头，如PR642X系列传感器采用插接式转接头(见图1)。EPRO系统在现场安装完成进行调试时，发现振动数据波动大而且不稳定。对传感器结构系统进行仔细检查和分析后，发现在传感器铠装电缆距探头1 m的地方有一个长约10 cm、直径约1 cm的金属管(铠装与金属管是导通的)。金属管可以从中间拧开，里面是一根用小LEMO接头连接的传感器电缆，小LEMO接头的外壳连接的是前置器的COM端。由于电缆铠装或金属管可能与缸体等现场的导体接触，如果小LEMO接头的外壳与金属管接触，就可能发生前置器的COM端与现场导体短接，而前置器的COM端是与机柜内卡件的信号地连接的(见图2)，从而造成双端接地。当这两端存在电位差时，就可能窜入干扰信号，引起测量值波动。因此，决定在小LEMO接头处用热缩套管进行绝缘处理，保证小LEMO接头与金属管及电缆铠装完全绝缘。这样就保证了信号电缆的单端接地。再次试验时测量数据稳定。

图1 传感器中间连接示意

机组正常运行后，又相继发生了A小机振动过大误跳闸而减负荷事件、主机及小机振动数据多次不明原因的波动等问题。初步怀疑是由于连接头的绝缘没有处理好，或运行过程中磨损而引入了干扰信号，即小LEMO头外壳与金属管接触。为了验证此判断的正确性，将前置器地(COM端)至卡件的接线断开(图2中粗线所示)，用欧姆表测量前置器地(COM端)与铠装缆之间的电阻，电阻值满足安装要求，排除绝缘不良引起的波动。摇晃中间接头处发现测量数据波动，由此确定是由于采用插接式连接的转接头连接不牢靠引起的信号电缆接触不良，因此决定全部更换此种结构的传感器系统，采用一体化的传感器，保证测量的可靠性。

图2 传感器系统结构

2.2 数据采集系统配置不合理分析及优化

轴位移保护是汽轮发电机组最为重要的保护之一。为了提高汽轮机的效率，汽轮机级间间隙设计得都很小。因转子的轴向位移是靠转子的推力盘及推力轴承限制的，一旦推力轴承磨损，在机组启动和正常运行中轴向位移就会变大，级间间隙就会变小，严重时会发生转子与静子碰撞，损坏设备，故需对汽轮机转子的轴向位移进行监视。当轴向位移达到危险值时，保护动作，立即遮断停机。《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中规定：“所有重要的主保护都应采用3取2的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则”。对TSI系统的配置进行全面检查后发现，汽轮机轴向位移监视和保护的配置虽采用了3个独立的传感器，但其中2个传感器接到同一块模件中。当任一模件故障时，保护系统即会失效。因此，增加1块MMS6210位移测量模块，使现场3个位移信号分别接到对应的模块，保证从测点、回路到模件完全独立，同时还克服了由于探头安装不合理导致信号叠加干扰的问题。

TSI系统不仅输出监视和保护信号至其他系统，如DCS系统、ETS系统，还输出汽轮机转子振动信号的原始数据至汽轮发电机组振动在线状态监测和分析系统(TDM)，供分析转子运行状态用。这就要求测量数据和传输数据准确可靠。数据采集系统的接线是利用专业工具将输入、输出线推至48针底座上的。因底座的金属针裸露在外，如操作不慎或有金属碎屑脱落，就会导致信号线短路，增加机组运行的风险。由于至其他系统的数据传输环节过多，如中间增加了V/I转换器，一个信号多路使用导致传输信号减弱；报警、跳闸输出采用常规继电器逻辑搭接等，不仅增加了设备采购成本也不利于信号异常时的分析和判断，因此采用新型框架结构，利用端子插接方式进行接线，以易于操作、改动和扩展。增加继电器模块，实现逻辑报警、跳机、通道正常、3取2逻辑等开关量信号的输出，既增加了装置的可靠性，也提高了容错能力。

2.3 系统装置接地不合理分析及优化

机柜24 V DC电源不仅提供传感器正常工作的电压，也提供模件逻辑判断的基准电压。例行检查TSI机柜24 V DC电源时，发现电源负端对地有+6 V电压，电源负端未接地。为了检验此种状态是否影响数据测量，通过现场模拟试验，在3A小机1号轴承振动测点预制电缆外壳上，分别加载4—16 V交流、直流干扰电压后，小机TSI机柜内的所有测点测量值均大幅波动，甚至变坏值。此情况确认为负端没有接地导致。将24 V DC电源负端接地后，重复试验，测点测量值均无变化。通过对设计图纸和实际接线的比对，发现原设计中需将24 V DC电源负端接地，联系设计厂家确认后，将电源负端接至机柜地端。电源负端没有接地将会导致电荷聚积而无法释放，影响传感器正常工作。负端接地后不仅能消除干扰，释放堆积的电荷，也提供了准确的工作电压和基准信号。这样就有效避免了信号地浮空导致基准信号不准，而使振动信号异常的问题。

3 结束语

TSI系统作为电厂重要设备(汽轮机、小机、风机)的监视和保护系统，其安全、可靠工作不仅保证了设备可靠运行，也保证了发电机组稳定运行。通过对TSI系统的可靠性分析和优化，采取冗余配置、独立合理取样、高可靠性元器件、电源负端可靠接地等措施，提高了TSI系统工作的安全可靠性，为设备状态分析提供准确依据。

1 马继先，马 琳．《防止电力生产事故的二十五项重点要求》辅导教材[M]．北京：中国电力出版社，2015.

2 赵燕平．热工联锁保护系统配置优化技术[M]．北京：中国电力出版社，2006.

3 马智勇．汽轮机安全监测系统改造[J]．电力安全技术，2012，14(8):37-39.

2016-12-03；

2017-05-16。

瞿七九(1982—)，男，工程师，主要从事发电厂自动控制系统检修和技术管理工作，email：178232523@qq.com。

粟宣淞(1982—)，男，工程师，主要从事发电厂自动控制系统和DEH系统研究工作。

王华东(1983—)，男，工程师，主要从事发电厂自动控制系统和制粉系统维护工作。