630MW机组TSI系统的安装调试及常见故障分析

淮浙电力凤台发电分公司 张新钰

1 引言

TSI（Turbine Supervisory Instrumentation）全称汽轮机安全监视系统，在大型汽轮机组中，TSI 系统有着非常重要的作用。不仅可以实时监测轴向位移、热膨胀、汽机转速、轴承振动等重要参数，实时为运行人员提供机组信息，为大型汽轮机组的安全、稳定运行提供可靠保障。而且可以在异常工况引起的严重损坏前遮断汽轮发电机组，避免造成更大的事故，保护汽轮机组安全[1]。

2 TSI 测量原理介绍

TSI 系统主要由各种不同类型的传感器、前置放大器和各种可自由组态定义的智能卡件组成。使用传感器测量汽轮发电机组中高、低压缸胀差、转速、轴振动、轴向位移、汽缸热膨胀等参数，这些参数对汽轮发电机组的安全稳定运行有着非常重要的作用，通常用于汽轮发电机组的保护逻辑。如有异常参数，通过合理的逻辑保护及时停运机组。

2.1 电涡流传感器

工作原理：当有一个高频的电流流入传感器线圈会产生一个频率非常高的振动磁场，当有金属物体靠近这个磁场的时候，在这个金属物体的表面会产生电涡流，且这个电涡流的大小会随着传感器与金属物体之间距离的变化而变化。输出直流电压信号，该元件与被测物体之间没有直接的机械接触，具有比较宽的频率使用范围（0～10Hz），输出的是直流电压信号。

2.2 磁电式速度传感器

工作原理：磁电式速度传感器是基于一个导体作切割磁感线运动时，会产生一个与它运动速度成正比的电动势的原理制成的。该元件主要由弹簧片、线圈、线圈骨架组成。当机组的振动频率大于这个惯性质量系统的固有频率时，线圈相对大地是静止的，而通常传感器刚性固定在汽轮机轴承外壳上，磁铁与汽轮发电机组的振动完全一致，这就相当于磁铁在线圈内运动，所以线圈内会产生与振动信号成比例的电压信号。通过测量这个电压信号，来计算汽轮发电机组的振动值。

2.3 LVDT 传感器

工作原理：LVDT 传感器即线性可变差动变压器，是一种测量物体线性位移的传感器，在汽轮发电机组中通常用于测量可调节阀门的开度大小。工作原理实际是一个铁芯可动的变压器，由一个初级线圈、两个一样的次级线圈和一根铁芯组成。将两个次级线圈反极性串接，将一根圆柱形铁芯一端与被测物体刚性连接，铁芯随着被测物在线圈内自由移动，次级线圈输出电压也会随之线性变化，这样就可以通过测量次级线圈电压的大小来测量被测物的位移量。

3 TSI 现场安装及调试

3.1 轴承振动

3.1.1 安装

通常，在汽轮机轴承处垂直于轴承，左、右侧与水平面成45°方向各安装一个轴振动测点，在面向汽轮机机头方向，将左侧定义为X 向振动，右侧定义为Y 向振动。安装过程中要注意防止用力过猛损坏探头。首先将振动探头安装在专用的支架上，方向垂直于大轴，然后一边使用万用表测量前置器的输出电压，一边缓慢调整探头与大轴间的间隙，直至输出电压达到-12V 左右时，开始用力缓慢锁紧固定螺丝，再逐步微调使输出电压稳定在-12V，锁紧螺丝。锁紧后轻敲探头，确保输出电压稳定无波动。线路与延长电缆的接头处要用耐油热缩管处理，以免接地。并且信号电缆应在轴承箱内固定牢靠，防止轴承箱内润滑油冲刷电缆，在汽轮机内部棱角处磨损电缆。

3.1.2 调试

在调试过程中，可以在回路中串联一节9V 的电池模拟直流分量，用信号发生器的频率输出信号来模拟交流分量，通过改变频率信号的交流电压幅值来仿真汽轮机轴承的振动幅值。

3.2 轴向位移安装调试

3.2.1 安装

在安装大机轴向位移之前，需要确定汽轮机的推力间隙，所谓推力间隙就是推力盘在推力轴承工作瓦面与非工作瓦面之间的距离，即K 值；在安装探头时，可通过“中间定零”法，机务工作人员需先将大轴推向工作面，再推向非工作面，使用千分表测出推力间隙，然后以K/2的位置为零点，如图1所示。

图1 推力间隙示意图

另外还有一种工作面定零法，某厂一期大机共有轴向位移测点3个，就是采取工作面定零位法，在冷态时，将大轴推向推力轴承的工作面，推紧后，将该位置定为零位，调整间隙电压为-12V。或是推向非工作面，定零位，调整间隙电压为-12V。从零位逆时针向发电机方向移动，每0.2mm 记录一次数据，再零位顺时针向机头方向移动，每0.2mm记录一次数据，将走出来的线性填入轴向位移卡件。最后固定时以-12V 固定。根据不同的厂家的汽轮机，选择不同的定位方式。

安装小机轴向位移时，安装之前首先确认探头、延长线、前置器SN 号一致。然后开始安装，小机轴向位移的零位是以推力间隙的中间位置为零位，安装前要求机务核对汽轮机安装记录，支好千分表，然后对汽轮机进行推轴，从当前位置推向负工作面（工作面），调整千分表到零位，然后把轴推向工作面（负工作面），记录轴的移动距离，然后再要求机务将轴推向工作面。在推轴的过程中要多推几个往返以保证大轴位移的测量数据稳定。最后要求相关负责人签字确认。根据推力间隙计算小机轴向位移的理论安装电压值V=（-10-推力间隙/2×8）V，根据安装电压安装探头，安装后DCS 显示值应为+（推力间隙的1/2）。安装后要求对整个测量通道进行核对，从探头到DCS 显示要对应一致。中间接头部分用精密仪器清洗液清理后用热缩管热缩好。让机务将轴推至负工作面位置，核对DCS 显示是否为-（推力间隙的1/2），即安装结束。

3.2.2 调试

轴向位移的大小直接与前置器输出电压是线性对应的关系，因此可在回路中直接加入直流电压信号来模拟轴向位移的大小，假如信号发生器的输出电压不够，也可在回路中串接一个干电池（平时机组启动前的联锁保护试验时用）。就地可通过水平移动安装支架模拟实际位移，用百分表测量位移量的大小，对照DCS 显示，检查保护动作的正确性（此方法仅在机组检修时，汽轮机轴承盖打开的情况下用）。

3.3 高压缸胀差安装调试

3.3.1 核对安装是否正确

检查高压缸胀差探头与前置器的SN 号是否一致，标记以就地安装位置为准。检查前置器与TSI柜的卡件标记是否一致，拔掉前置器探头查是否变坏点。检查TSI 柜的卡件标记送至DCS 机柜接线方式是否为无源接线，与上位机KKS 是否一致。

3.3.2 就地拉线性调试

就地为两个高压缸胀差探头，上下布置安装，以调试上探头为准，无需进行下探头的调试。通过就地支架将上探头电压调至-4V，作为调试基准电压，即0mm。按照-7.5～14.5mm 的行程，每2mm 走线性行程，记录当前行程及对应的电压值，上下行程各走一遍，算出每行程对应的电压值平均值。

3.3.3 更新TSI 卡件线性参数

将每行程对应的电压值平均值，填入TSI 卡件线性栏中，点数有变化可新增或删减点，填入参数后请复核。

3.3.4 就地与DCS 核对线性行程

就地一人，利用高压缸支架的百分表走-7.5 ～14.5mm 的行程，每2mm（百分表拧2圈）走线性行程。DCS 一人，就地每走2mm，DCS 侧热控人员将当前数值记录下来。在低压缸胀差跳机值附近，就地热控人员需缓慢拧百分表逼近跳机值，确认胀差死区是否符合要求。此次线性参数用来判断高压缸差胀探头安装是否合格，线性是否基本满足机组运行要求。

3.3.5 恢复基准电压-4V

就地热控人员将高压缸胀差探头基准电压恢复至-4V，DCS 侧热控人员观察上位机是否为0mm。

3.3.6 紧固探头及支架

联系外委热控人员，紧固支架，确保紧固后安装电压在-4V 左右。热控人员进行紧固后检查，合格后方可联系机务进行后续操作。

实习动员会上，指导教师根据多年的实习经验，讲解即将进入实习的工厂的设备特点、设备内部结构和运转状况，弥补了学生认识实习不能身临其境的不足，并且，指导教师要布置任务，让学生利用课余时间查阅相关文献，使学生能够更多地了解与实习企业所采用的工艺相关的工艺技术，让学生在实习之前就有一定的知识储备，从而能够更好地到实习现场接收更多的知识，实习效果更好.

3.4 转速安装调试

3.4.1 安装

3.4.1.1 电涡流探头的安装

电涡流探头的安装按间隙电压安装，在安装电涡流转速探头时一定要将探头与齿轮的齿尖对正，然后才能定位。

3.4.1.2 磁阻传感器的安装

磁阻传感器的安装需要按照探头与齿轮齿尖的间隙安装，首先需要将转速探头与齿轮的齿尖正对，使用塞尺安装1mm，允许有±0.2mm 的偏差。安装时可以适当将间隙调大0.1mm，因为正常运行时顶轴油启动后轴会往上抬一点。安装后，紧固螺丝，确保探头安装牢靠无松动。

3.4.2 调试

红为电源端、蓝为信号端、白为公共端。拆线后，正端接COM，负端串入信号端，需将9V 直流电池串入回路提供直流电压，信号发生器提供交流Hz。

转速信号可通过信号发生器来模拟，在交流电压为1.0V 的情况下，分别对转速加以670Hz、3350Hz、6700Hz、7370Hz 的频率来模拟300150030003300RPM，转速偏差正负1转内。

4 TSI 常见故障及事故案例

4.1 探头与延伸电缆、延伸电缆至前置器的接头松动、污染

4.2 绝对振动单点信号保护误动概率大

案例：某电厂#4机组正常运行中，1y 轴振动信号突变，触发振动保护动作，汽机跳闸。另一电厂的#3机组，#11轴承振动高高保护动作跳机。

原因分析：以上两个案例均是由于单点振动高造成的保护误动引起的跳机。某厂振动保护逻辑不是单点保护。

4.3 汽轮机内部探头损坏

案例：2011年7月2日，某厂1号机汽轮发电机组4号轴承Y 方向振动跳变，经检查，故障原因为汽机内部振动探头损坏或探头与延长线连接接头松脱（因机组运行无法打开轴承盖检查）。后在2012年1号机组临修中开盖发现该振动探头其根部扯断。判断原因为探头引出线固定不牢，在大轴的高速旋转下被扯断。2012年4月24日，1号机汽轮发电机组4号轴承Y 方向振动又变坏点，2012年4月25日2号机6号轴承X 方向振动测点跳变。停机后检查发现故障出在探头与延长线的接头处。

4.4 低压缸差胀信号跳变

案例：某厂1、2号机组存在低压缸差胀信号突变的情况，2号机组在夜间负荷低时，低压缸差胀1示值会出现突然从8.8mm 跳变至6.43mm，在几个小时后又突变回8.7mm。1号机组在启机阶段也发生过低压缸差胀2示值从8.96mm 跳变至11.15mm 的现象。

原因分析：两个探头的结合面存在重叠，即在某个点出现两个探头的前置器均输出有效电压，造成示值突变。

5 提高TSI 系统可靠性的办法

5.1 日常巡检

日常巡检可及时发现TSI 系统中出现的一些隐患，通过采取相应的措施消除隐患，可较大程度提高TSI 系统的可靠性。在日常巡检过程中，主要需检查220VAC 电源是否在合闸位置；检查两路24V电源指示灯是否均亮；检查卡件为绿灯亮，且无闪烁；检查24V 继电器电源是否在合闸位置；检查柜后接线是否脱落。

5.2 电源设计

为了提高TSI 系统电源可靠性，应配置两路可靠的220V 交流电源，用可靠的双电源切换装置实现冗余供电，且切换时间应满足实际要求，一般要求小于5ms，保证TSI 系统不会因为失电导致系统初始化；同时每个TSI 机柜应配置至少两块24V DC电源模块，保证机柜供电正常。

5.3 安装规范

TSI 系统的元件在现场安装时，必须要采取相应的防范措施，来提高整个TSI 系统的可靠性，TSI系统测量所用的元件大多都是电涡流传感器，这种传感器所输出的交流电压信号都是毫伏级的，所以非常容易受到外界的干扰。

5.3.1 接地应规范

TSI 系统中信号电缆的屏蔽层应完好无损，并且应在电子间机柜处单点接地，在就地元件处浮空，元件的前置器应安装在金属材质的箱内，并且金属箱应做到可靠接地。信号电缆应固定牢靠，防止磨损导致多点接地。

某厂曾发生4号机组因引风机汽机TSI 参数异常导致机组MFT 事件。检查发现两个问题：一是引风机小机TSI 柜内24V 电源对地浮空，负端有+16V 左右电压存在，24V DC 电源负端没有接地；二是现场振动探头延长线的接头存在接地现象。

5.3.2 安装位置应选在振动小的地方

应将安装前置器的金属盒底座垫上一层橡胶垫，将金属盒安装在振动比较小的位置，并且安装位置应便于检修。

5.3.3 安装位置应避免强磁场和高温区域

TSI 元件的安装位置应避免强磁场和高温区域，否则会对电涡流传感器线圈产生的磁场造成影响，引起测量偏差甚至测点故障。

5.4 线路连接

线路连接对提高TSI 系统运行可靠性有着重要作用，在安装、检修及维护中应注意：尽量选择传感器与延伸电缆一体化的元件，可降低中间接头接触不良带来的隐患；延伸电缆应固定牢靠，避免电缆磨损；每次检修拆除元件时，每个接头都应用布包裹好，防止油污杂质落入接头，带来安全隐患；安装之前要对接口处使用精密仪器清洗剂进行清洗，保证接头处洁净无污染；定期检查紧固前置器接头、接线和TSI 机柜内的接线端子。

5.5 设置合理的保护逻辑

为提高系统的可靠性，可设置合理的闭锁条件。对于TSI 系统的单点保护信号，应改为多点保护，防止单一信号误发导致保护误动；轴向位移保护信号应使用三取二判断逻辑，并设计信号质量变坏点自动踢除功能，且从现场测量到机柜卡件必须全程独立、冗余；对于胀差保护应设置一定的延时，防止信号误发；大屏报警信号发出后复位需要采用手动复位，而逻辑中保护动作后的复归方式应为自动复位。

5.6 运行维护

要加强对TSI 系统中探头、卡件、电缆、电源等在运行过程中出现的异常及时进行检修。

TSI 的涡流探头系统校验时，应保证探头、延长电缆和前置器成套进行，校验周期随机组B 级检修进行，有资质的检定机构出具的校验合格报告和机务配合下进行的传动效验记录可溯源[2]。要定期调阅TSI 系统中重要信号的历史曲线，应对出现跳变现象的信号或异常信号引起足够重视，要及时检查相应传感器的接头是否接触不良或信号电缆存在干扰，并采取针对性措施进行处理。振动探头处应贴有醒目的警示牌，防止无关人员误碰导致信号误发。在进行联锁试验时，对TSI 系统的每条保护应进行逐一确认。

6 结语

TSI 系统作为火电机组非常重要的系统，任何一个故障都有可能影响机组的安全稳定运行，只有做好TSI 系统的安装调试和日常维护工作，才能使TSI 系统更加可靠，才能确保机组的经济、安全、稳定运行。这就要求工作人员必须熟练了解并掌握TSI 系统的探头测量技术原理以及安装方法，并不断总结经验，积累相关知识。