火电厂汽轮机组TSI系统转速测量回路异常分析

摘 要：介绍了火电厂汽轮机TSI系统MMS6000超速保护装置及其逻辑构成，分析了超速保护信号异常波动的原因及解决方法，可为同类型设备提供参考借鉴。

关键词：电涡流传感器;前置器;转速监测模块

0 引言

汽轮发电机组是一个高速旋转的紧密系统，容量大，参数高，热力系统复杂，且为了提高机组热经济性，汽轮机的级间间隙、轴封间隙设计得比较小。因此在汽轮机启停和操作控制不当时，便会发生汽轮机动静部件摩擦、叶片损坏、大轴弯曲、推力瓦烧坏、飞车等事故。

大唐石门发电有限责任公司1、2号机组汽轮机安全监测仪表系统（TSI），采用德国Epro系列MMS6000系统，是一个可靠的多通道监视系统，其可以连续测量汽轮机发电机组转子和汽缸的转子偏心、键相、轴振、瓦振、轴向位移、差胀、缸胀、转速等重要参数的状态，为计算机提供记录与分析信号，还可以发出报警和停机保护信号，并提供用于机组故障诊断的各种测量数据。

1 汽轮机TSI系统超速保护组成部分

1.1    超速保护测量

盘车触发齿轮共88齿，转速传感器沿转子顺时针径向等距布置，形成连续脉冲链。在机器旋转过程中，当齿盘的齿顶和齿底经过探头时，探头将周期性地改变输出信号，即脉冲信号，模件接收到此脉冲信号后进行计数、显示，与设定值3 180 r/min进行比较后，驱动继电器接点输出，具体情况如图1所示。

1.2    涡流传感器及前置器

涡流传感器采用非铠装8 m延伸电缆，可通过传感器端部线圈与被测物体（导电体）间的间隙变化来完成测量，它与被测物之间没有直接的机械接触。传感器反馈回的电感电压是有一定频率（载波频率）的调幅信号，经前置器检波后，才能得到间隙随时间变化的电压波形。从前置器输出的电压是正比于间隙d的电压，如图2所示，它可分两部分：一为直流电压Vde，对应于平均间隙（或初始间隙）;一为交流电压Vac，对应于机械量实际测量间隙。

1.3    MMS6312双通道转速测量模件

MMS6312双通道转速测量模件独立配置、综合使用，对输入频率范围1～20 kHz的涡流、磁敏式传感器进行转速、零转速、键相脉冲信号测量，并辨识汽轮机转子旋转方向。模件面板提供四路二进制输出指示报警、危险信号。从转速信号采集处理到超速保护动作系统总响应时间约17.5 ms。

2 TSI系统转速异常分析及处理

2.1    TSI系统超速保护信号异常经过

2018-10-31T03：41：36，1号机组开机汽机冲转，汽机TSI转速OS1、OS2、OS3测点DCS实时显示值分别为2 045.16 r/min、2 048.52 r/min、2 047.91 r/min，3个测点均为好点。此时DCS系统发“TSI超速2动作”报警，工作人员查看DCS系统历史数据后发现，2018-10-31T04：07：58，TSI转速2跳变至3 648.15 r/min，保护输出继电器动作。误发1 s阶跃信号，转速测量模件面板报警灯未记录;2018-10-31T04：16：16，转速2跳变至838.27 r/min，与其他转速测点偏差大。波形如图3所示。

2.2    TSI系统超速保护逻辑构成

TSI系统超速保护由安装在4号瓦盘车附近的3个电涡流探头提供转速测量信号，现场测得的3路信号分别送入TSI系统机柜3块MMS6312转速模件，在卡内进行逻辑判断后，保护动作信号分别作用在柜内K10、K11、K12继电器上，各继电器分别输出一对节点至ETS系统不同的DI通道，并由ETS系统执行三取二逻辑判断，最后输出跳机信号。转速模拟量信号为4～20 mA电流信号，通过DCS系统AI卡数据采集，在MMI站显示。超速保护逻辑构成如图4所示。

2.3    TSI系统超速信号异常检查

TSI系统转速OS2电涡流传感器，在1号机组计划性检修期间已成套更换，并经湖南省电科院检验合格。前置器电压输出的变化区间为15～20Vde。

DCS系统端子柜、TSI系統机柜、现场接线箱、传感器尾线与延伸电缆热缩管等处接线牢靠，无松动现象。线与线、线与地之间绝缘电阻均大于100 MΩ。

采用信号源模拟信号，检查TSI系统至DCS系统，线缆、通道测试正常。

2.4    TSI系统超速信号检查

检查1号机TSI系统机柜“零转速2、超速2”卡件，卡件状态指示灯正常。工作人员查看历史趋势后发现，TSI转速OS2在DCS系统发报警信号前后曾多次出现阶跃变化，持续时间均约1 s，其后恢复正常。通过开启MMS6000组态程序中大于限值输出且具有保持功能（Greater than limit， latching），及时记录超速保护动作信号，通过功能区Extras>Commands命令下Reset Latch Channel 1/2复位报警，分析超速报警信号是否由模件发出。

2.5    TSI系统超速信号异常结论

工作人员通过报警记录功能发现异常信号为模件发出，将TSI系统下位机至模件通信线插入“零转速2、超速2”卡件通信口后（此前该通信线未插入任何卡件），故障现象消失（OS2转速未再出现跃变，K11继电器也未再无序动作），报警信号也能通过ETS状态监视画面进行复位。

模件面板上（INTERFACE）通信口与下位机采用RS-232串行数据接口，卡笼中各动、静态模件通过RS-485与通信模件MMS6823交换数据。每个串口能挂接12个MMS模件，每个模件有两个通道，共占用24个地址。工作人员打开SME.XML文件，查看Modbus和RS-485通信配置内容，检查COM口、波特率、模件地址、通道使用情况，发现超速2模件的RS-485地址与波特率设置为31和38 400 Bd，地址设置超出允许范围，波特率低于57 600 Bd，不满足系统工作要求。重新配置各类型模件通信参数，超速误发信号消失，成功消除因模件参数设置不正确导致的设备故障，具体参数配置如表1所示。

3 结语

对于蒸汽透平机组，超速是最危险的情况之一，如不加以控制，会造成重大的机组事故，导致飞车的危险。因此超速保护的动作可靠性、响应快速性极为重要，此次火电厂汽轮机组TSI系统转速测量回路异常分析，可为同类型设备提供参考借鉴，避免和减少超速的危险。

[参考文献]

[1] 周光华，李显.火电热工通用技术及自动化技术标准操作规程[M].北京：北京科大电子出版社，2005.

[2] 邓庆松，周世平.300 MW火电机组调试技术[M].北京：中国电力出版社，2003.

[3] 王智雷，邹翠芳.汽轮机[M].北京：中国电力出版社，2009.

[4] 杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2007.

收稿日期：2020-11-23

作者简介：彭杰（1978—），男，湖南津市人，工程师，主要从事热控专业管理工作。