汽轮机轴向位移与胀差传感器安装维护研究

范勇

（国能重庆万州电力有限责任公司 重庆 400000）

通常而言，对于具备大容量和高参数的发电机组，轴向位移和胀差是监测汽轮机动静间隙的主要方法。现阶段，国内许多火电机组由于传感器零位安装不当，从而导致胀差和轴向位移测量值与实际值存在偏差，从而严重影响机组的正常运转。因此，汽轮机大轴零位选择及传感器正确安装是保证机组正常运行的关键。

1 系统简介

本文以国能重庆万州发电有限责任公司的2×1050MW燃煤机组汽轮机作为主要研究对象。汽轮机为单轴、四缸四排汽凝汽式汽轮机。TSI 系统采用德国ERPO 公司的CSI6500 旋转式监测保护系统，适用于各类标准涡轮机械的运行监测。电子间机柜包含电源模块、通信模块、监视卡件、输出继电器等设备。就地测点包含传感器探头、航空插头、延伸电缆及前置器等。传感器主要采用EPRO 公司的PR6423、PR6424、PR6426、PR9268、PR9376 传感器。卡件输出4～20mA 模拟量信号去DCS 画面用于监视分析，同时，输出开关量去ETS系统保护遮断汽轮机。

2 轴向位移测量系统

国能重庆万州发电有限责任公司每台机组拥有6套轴向位移保护系统，其中，大、小机各安装3套，采用三取二模式遮断汽轮机，可以有效降低保护误动和拒动的风险。轴向位移监测系统是测量探头与测量盘之间的距离，防止汽轮机大轴横向窜动，磨损轴瓦。大机采用双推力盘结构，推力轴承两侧中间安装推力瓦，表面镀有乌金。高温时，乌金融化，增大串轴的位移量，保护汽轮机。

2.1 大机轴向位移测量系统

大机3套轴向位移测量系统统一安装在推力轴承的侧面位置，探头方向朝向汽轮机机头方向，具体如图1 所示。传感器型号为PR6424/010-040，灵敏度4V/mm，对应-2～2mm 的位移测量范围。电涡流传感器工作原理：前置器中高频电流通过延长电缆流入探头线圈，产生交变磁场。大轴靠近探头时，产生相反的交变磁场与探头磁场耦合，改变探头线圈阻抗，通过阻抗的变化量间接测量大轴的位移量。当任意两个轴向位移信号大于报警值或危险值时，报警或危险继电器动作，输出开关量信号至ETS系统实现保护功能。

图1 轴向位移安装方式

2.2 大机轴向位移安装调试

安装前零位选择：机组冷态时，在汽轮机6W处采用千斤顶朝机头方向将转子推向推力轴承的工作瓦面贴死。此时，将轴向位移定为零位。保护定值：报警为-1.08～0.6mm，跳机为-1.28～0.8mm，三取二跳闸汽轮机。大机轴向位移安装方法如下。

（1）方向确定：当汽轮机大轴向机头方向窜动时为正方向，向发电机方向窜动为负方向。安装前，对轴向位移3 个探头进行线性采集，并将组态下装到TSI 卡件内。

（2）汽机专业确认汽轮机大轴已经向机头方向贴死，推力间隙为0.48mm，作为保护定值的依据。先前后移动安装支架，确保3个探头测量在工作范围内，锁死固定支架。依次安装轴向位移探头1、2、3，调整每个轴向位移测点前置器输出电压为-12V。

（3）手动旋转支架手轮，整体移动探头与测量盘之间距离，测试报警值和危险值，检验继电器可以正常输出。

（4）最终定位：手动旋转支架手轮，整体移动探头与测量盘之间距离，使前置器输出电压为-12V，同时DC 画面显示0mm。将支架锁紧螺栓固定牢固，安装完毕。

2.3 小机轴向位移安装调试

小机采用杭州汽轮机厂100%容量气动给水泵组，设计3套轴向位移测量系统，安装于机头前轴承箱内。探头工作原理和前段中大机轴向位移探头一样。电涡流传感器型号为PR6423/002-030，灵敏度8V/mm，对应-1～1mm 轴向位移测量范围。安装前零位选择：机组冷态时，将转子的推力盘推向推力瓦的非工作面贴死，以推力间隙的中间位置为零位，如图2所示。小机轴向位移保护定值：报警为-0.6～0.6mm，跳机为-0.8～0.8mm，三取二跳闸汽轮机。小机轴向位移安装方法如下。

图2 小机轴向位移安装方式

（1）小机轴向位移方向为：当大轴由小机侧向前箱侧窜动视为正方向，相反则为负方向。安装前，对轴向位移3 个探头进行线性采集，并将组态下装到TSI 卡件内。

（2）安装前，汽机专业已经将大轴向小机侧方向推死，推力盘与推力瓦非工作面贴死。

（3）杭汽厂要求零位以推力间隙的中间位置定零位。当小机推力盘靠在非工作面贴死，相当于实际将大轴从推力瓦的中间零位向小机侧推了1/2×0.38mm（推力间隙）=0.19mm距离。小机轴向位移探头工作电压为-20～-4V，对应-1mm～+1mm工作范围。依据出厂线性报告，得到零位电压为-12V。当小机轴系紧贴非工作面时，3个轴向位移传感器安装电压（）如下式计算：

=-（×1/2×）=-12-（8×1/2×0.38）=-13.52V

其中，为安装电压，为零位电压，为灵敏度，为推力间隙。

（4）依次安装轴向位移探头1、轴向位移2、轴向位移3，调整每个轴向位移测点前置器输出电压为-13.52V，安装完毕。

3 胀差的工作原理

在机组正常运行中，胀差传感器固定在缸体上，而测量盘铸造在转子上。汽缸和转子受热膨胀的相对差值称为“胀差”。胀差主要在机组启动或停机期间监视和保护汽轮机，本厂胀差保护在机组负荷大于400MW 时，自动退出。大型火电机组胀差有高压胀差、中压胀差、低压胀差。高压缸胀差探头安装于汽轮机前箱左侧，中压胀差探头安装于#4 瓦右侧，低压缸胀差安装于#8瓦与#9瓦中间。高、中压缸胀差监测分别采用1 只传感器，对应于-7.5～12.5mm 胀差测量范围。低压缸胀差监测采用了2 只传感器，每只传感器测量范围为0～25mm。

3.1 补偿式胀差测量原理

胀差测量范围如果较大，已超过单个探头的测量范围时，可采用补偿式测量方式。东汽1050MW 机组低压缸胀差测量时采用补偿式测量方法，测量范围为-9～36mm，如图3所示。在汽轮机测量盘的两端各安装1支探头。两个探头输出信号经过卡件合成为低压胀差信号。

图3 低压缸胀差补偿式测量

3.2 胀差传感器安装调试

安装前零位选择：机组冷态时，在汽轮机6W处采用千斤顶朝机头方向将转子推向推力轴承的工作瓦面贴死。此时，将低压胀差定为零位。安装前，对A、B两个探头进行线性采集，并将组态下装到TSI 卡件内。低压账差安装步骤如下。

（1）拉线性找到A、B 探头的切换点电压。本厂切换点：13.5mm处。此时，A探头对应的电压为-18.46V，B探头对应电压为-18.52V。

（2）安装A探头对准测量推力盘调整电压为-18.46V，调整B探头对准测量推力盘调整电压为-18.52V，确认后将支架固定，螺栓锁紧。

（3）手动旋转支架手轮，整体移动探头与测量盘之间距离，测试报警值和危险值，检验继电器可以正常输出。

（4）调整支架手轮，让A、B 探头整体移动，当DCS画面显示为0时，锁紧固定支架，安装完毕。

高、中压缸胀差与低压缸胀差安装方式类似，在此就不再详细说明。

4 位移、胀差传感器安装、电缆敷设注意事项

安装位移、胀差电涡流传感器及延伸电缆敷设时，应注意以下几点。

（1）传感器电缆敷设应尽量远离可能导致电缆断裂的物体，如油口、旋转部件、高温部件、尖锐棱角处。

（2）在敷设传感器电缆时，应用合适的扎丝、白布条进行绑扎固定。绑扎点间距不超过150mm，每个绑扎点至少缠绕2 圈。绑扎牢固松紧适度，避免传感器电缆触碰转子。

（3）在安装探头时，需要将引线部分和延伸线部分的插头先行断开，再把探头顺时针旋转到支架螺纹内，防止在安装时导致机械损坏。

（4）电涡流传感器为了方便安装，设有中间转接航空插头，在安装时要注意方向，对接插入时，要用力平稳、直线对接，防止针脚损坏。为了防止转接头与缸体摩擦损坏、接地从而串入干扰信号，导致保护误动，因此，接头必须用热缩管进行加固、绝缘。热缩时，采用热风枪，温度在300℃左右，均匀热缩，保证热缩效果。

（5）EPRO 系统内所有的公共端、屏蔽线、机壳均要求接地，并且不能采用多点接地，而是统一在机柜一端接地，减少外界的干扰。

5 机组运行中存在的问题及原因分析、防范措施

5.1 测点离线、跳变及安装错误事件

（1）2016年8月13日。1 号机组1000WM 负荷时小机轴向位移测点1 离线，DCS 光字牌报警。退出轴向位移主保护，就地检查前置机接线、中间航空插头（在缸体外面）及延长电缆，发现航空插头松动，导致测点离线。对插头紧固并采用热缩管固定后，测点工作正常。

（2）2018年3月15日。1 号机组965WM 负荷时大机轴向位移测点3 跳变，DCS 光字牌报警。退出轴向位移主保护，就地检查前置机接线及缸体外部延长电缆，无异常。机组停运后，揭缸检查中间航空插头（在缸体里面），无异常。检查探头内部延长电缆（非铠装），发现有磨损破皮处。更换整套轴向位移探头，机组启动后，测点工作正常。

（3）2021年10月13日。2 号机组C 级检查，小机轴向位移测点1、2、3 安装错误，导致机组无法正常启动。小机大轴已向汽机侧推死，推力间隙0.38mm。热工人员安装测点时错误使用万用表是造成本次事件的主要原因。安装探头时，测量间隙电压应该测量前置器COM 端和OUT 端之间电压。而热工人员万用表测量24V电源端和OUT端导致3个测点安装错误。安装完毕后，小机单体冲转试运，直接到达跳机值。

5.2 原因分析

原因分析：东方汽轮机厂设计TSI测点安装在轴承箱内（非外置式），探头延长线电缆有一部分敷设捆绑在轴承箱内，另一部分采用中间航空插头延伸到前置器。这种安装方式将有以下几种可能引起测点故障。

（1）探头安装不牢固，锁紧螺丝松动，探头本身晃动引起测点故障。

（2）机组运行期间，延长电缆中间航空插头松动，引起测点故障。插头表面氧化或者油污渗入也会影响测量的准确性。

（3）探头延长线电缆沿着润滑油管道用扎丝或白布条捆绑固定，机组运行期间轴瓦润滑油刚好喷到探头延长线上，长时间冲刷，可能导致捆绑松动，延长线电缆与机械棱角摩擦磨损引起测点故障。

（4）卡件通道损坏或者前置器至TSI 机柜的信号电缆被干扰或绝缘降低，引起测点故障。

（5）探头、延伸电缆、前置器3者是成套整体，生产出厂时都有自身独立的阻抗值和特性曲线，不可与其他同类型产品互换探头、延伸电缆、前置器，更换可能引起特性曲线发生变化，导致测点测量不准确。

5.3 防范措施

（1）采用全套铠装探头，防止润滑油长期冲刷导致延长电缆磨损破皮。

（2）探头安装完毕后，在锁紧螺母处涂抹胶水，防止探头松动。

（3）采用没有中间航空插头的一体化探头。

（4）测点附近严禁使用大功率电子设备，防止电磁干扰。

（5）提高安装工艺与标准，正确安装探头与敷设延伸电缆。

6 结语

本文主要对汽轮机轴向位移、胀差传感器安装方法、调试注意事项、故障原因分析等方面进行了分析与研究。总结经验，采取有效防范措施，才能避免测点出现误动或拒动，确保机组安全稳定运行。