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２００７年第５期 ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 浙江电力 ３９ ＴＳＩ系统故障原因分析与提高可靠性的建议 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｒｅａｓｏｎ ａｎｄ Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ＴＳＩ Ｓｙｓｔｅｍ 王 蕙，陈 波，孙 耘 （浙江省电力试验研究院，浙江杭州 ３１００１４） 摘要：通过对浙江省各电厂ＴＳＩ系统运行中存在问题的调研和归类分析，在深入探讨研究的基础 上，提出了提高ＴＳＩ系统稳定运行的措施和建议。 关键词：ＴＳＩ系统；调研；建议 中图分类号：ＴＭ６２１．６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７—１８８１（２００７）０５—００３９—０３ 汽轮机监｛贝４保护系统（ＴＳＩ：Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｓｕｐｅｒ－ ｖｉｓｏｒｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）是汽轮机最重要的监钡４保 装在轴承处的涡流探头测得的轴相对振动 （ＲＳ）和安装在轴承上的速度（加速度）探头测 得的轴承绝对振动（ＡＢ）叠加而成。 护系统之一。为保证机组的安全经济运行， ＴＳＩ系统的动作必须可靠。但近２年来浙江省 ＡＳ＝ＡＢ＋ＲＳ（探头位于相同侧） ＡＳ＝ＡＢ—ＲＳ（探头位于相对侧） 由于轴的相对振动是一个位移量，因此 需要把轴承的绝对振动（假设轴承的绝对振动 用速度表示）经过一次积分转换成所需的位移 信号，通常通过以下公式进行换算： Ｄ＝１ ０００ Ｖ／３．１４×Ｆ 各电厂ＴＳＩ系统保护信号异动情况呈上升趋 势。据不完全统计，仅２００６年１月至２００７年 ４月，因ＴＳＩ系统保护误动而引起的跳机事件 就多达６次，影响了发电机组的安全稳定运 行，也引起了各方对ＴＳＩ系统运行情况的重点 关注。 本文在对省内电厂ＴＳＩ系统运行情况调研 和异动案例的统计、归类分析以及深入研究 的基础上，提出了提高ＴＳＩ系统运行可靠性的 改进意见，供同行参考。 式中：Ｄ——位移，ｍｍ（峰值）； 速度，ｍｍ／ｓ（峰值）； ——Ｆ——频率，Ｈｚ。 从换算公式可以看出，在积分过程中速 低频来说增益大，而对于高频来说增益小。 １ ＴＳＩ系统运行中存在的主要问题及 度信号会被与频率有关的增益所放大。对于 原因分析 目前浙江火电机组在线运行的ＴＳＩ系统， 主要有本特利３３００／３５００、德国ｅｐｒｏ公司的数 在速度信号中，所有低频成分在积分成位移 量后，都有较大的幅值。因此外部电磁场的 任何变化都会产生错误的振动速度输出信 字式ＭＭＳ６０００系统和ＶｉｂｒＯ—Ｍｅｔｅｒ的ＶＭ ６００ 系列。在运行过程中引起测量显示异常甚至 号；其次如果速度信号瞬间受到低频干扰积 分出一个比较大的值，那么，即使轴的相对 振动没有变化，最终复合出的值也是比较大 的。 导致保护系统误动的主要原因有以下几点。 １．１绝对振动单点信号保护误动概率大 汽机振动保护大多采用单点绝对振动信 号作为动作的触发信号。绝对振动（ＡＳ）由安 近年来，由于绝对振动信号瞬间突变所 导致的保护动作情况时有发生，如某电厂４号 维普资讯 http://www.cqvip.com ４０ 浙江电力 ２００７年第５期 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。查阅ＤＣＳ系统的 历史曲线发现，轴的绝对振动信号最高已至 满量程，超过保护动作设定值持续时间４ ｓ， 此时同一轴的相对振动并没有发生突变，但 保护未动作停机。经全面检查，信号突变时 段运行人员并无操作，汽机平台上也无工作 人员，该测量系统的电缆屏蔽和ＴＳＩ机柜的接 地也基本符合要求，可以排除设备启停产生 的干扰或接线和屏蔽接地不良而导致信号突 变的可能性。调阅３５００装置中相应报警信号 输出的历史记录，确有保护动作信号产生。 而保护未动作的原因是装置的输出通道出现 故障，修复后组态未及时更改，接线与组态 不符，保护信号实际未输出。 另一电厂的３号机组由于１１号轴承振动 高高保护动作跳机。查阅ＤＣＳ记录，保护动 作前４ ｍｉｎ时１１号轴的绝对振动值开始明显 增大，直至超过保护定值机组跳闸；在机组 跳闸的前后４ ｍｉｎ内，转速下降到２ ４２０ ｒ／ｍｉｎ 前，１１号轴的绝对振动峰值一度出现满量程 ５００ ｍ，并大幅度振荡；惰走至２ ４２０ ｒ／ｍｉｎ 时，振荡消失，但仍然存在波动现象。而在 上述时间段内，励磁电流、励磁电压、１１号 轴承的相关数据（包括相对轴振数据、振动相 位等）均无异常变化。 从上述２次误动过程来看，当时用来测 量轴承绝对振动的速度传感器受到了低频干 扰，发生突变，同时复合出一个较大的绝对 振动值，导致振动保护动作。 １．２内部软件设置和维护不当 目前，省内各电厂的ＴＳＩ系统大部分采用 本特利公司的３３００／３５００系列产品。其继电器 的报警复位等参数可以在软件中设置，但如 果设置或检修维护不当，也有可能会导致保 护误动。 某电厂２号机因３号轴承振动高高跳 机。对测量系统进行检查，未发现就地接 线、前置器及ＴＳＩ柜内卡件有异常现象。检查 那个时段的ＴＳＩ系统报警事件记录，发现有２ 条异常：第１条显示９号卡件的３号通道（３ 号轴承Ｘ向相对振动通道）故障（超过满量 程）。第２条显示１４号卡件的２号通道（汽机 振动高高跳机信号）继电器动作。 检查保护逻辑发现，其设计为本轴承的Ｘ 向相对振动高报警信号和Ｙ向绝对振动跳机 信号组成与逻辑。根据此保护逻辑，如果仅 有３号轴承ｘ向相对振动通道故障（超过满量 程）是不会引起保护动作的，除非３号Ｙ向绝 对振动高条件亦满足。 进一步检查系统软件发现：软件中将危 险报警继电器的复位设置为“闭锁”，即： 危险报警继电器的复位在危险报警值消失后 需运行人员手动复位。而４号卡件３号通道即 ３号轴承Ｙ向绝对振动曾超过跳机值，继电器 输出通道未及时人工复位。当３号轴承Ｘ向 相对振动通道故障时，满足了３号轴承振动 高高跳机的条件，保护动作。 １．３延伸电缆与前置器的接头松动或受污染 延伸电缆、前置器等随着时间的推移， 原先紧固的接头和接线，可能会因气候、氧 化等因素而引起松动造成接触不良，使信号 出现波动。如某电厂３号机组的轴向位移Ａ， 其测量值由０．１ ｍｍ瞬间变为一０．９１ ｍｍ、一 １．６７ ｍｍ，后又自行恢复，该现象反复出现。 经仔细检查，发现异常原因为探头延伸电缆 与前置器的接头松动，拧紧后信号即恢复正 常。 在ＴＳＩ系统中，１个探头对应１根延伸电 缆和１个前置器，三者是一个测量整体，有 相应的阻抗和特性曲线。一旦测量系统的阻 抗和特性曲线发生变化，会引起信号异常。 如果探头延伸电缆与前置器的接头松动或出 现杂质或油污，将造成测量系统的阻抗不匹 配，改变系统的特性，使信号发生波动。 １．４周围环境影响导致信号异常 ＴＳＩ系统的一次元件采用涡流探头和速度 探头。涡流探头中有一线圈，前置器中高频 振荡电流通过延伸电缆流人该线圈产生一个 轴向磁场，当被测金属体靠近这个磁场时切 割磁力线产生电涡流，电涡流的强弱随探头 与被测体表面之间间距的变化而变化，并送 至前置器检波、放大，转化成随机械位移（间 隙）变化的电压信号。当有外部磁场影响该线 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００７年第５期 王 蕙，等：ＴＳＩ系统故障原因分析与提高可靠性的建议 ４１ 圈产生的磁场时，电涡流的强弱就不能正确 地反映探头与被测物间的间距，引起测量显 示异常。 某电厂在机组运行时６号轴承振动高报 警，经检查报警原因，是运行人员巡检时发 现６号轴承处有漏雨现象，就用塑料布覆盖 并用磁铁进行固定。由于受到外部磁场的影 响，使得振动变大。 某电厂５号机组５号瓦（靠发电机侧）振 动信号故障，当时对测量回路进行检查，未 发现异常，更换就地瓦振探头后信号正常。 之后不久又出现了这一现象，更换探头也无 法解决。在更换探头的过程中发现安装振动 探头的支架带２０ Ｖ左右的交流电。进一步检 查发现５号瓦轴承接地电刷接触不好，导致 固定在轴承座上的支架也带电。探头受到了 强信号的干扰，导致信号失真。 除了外部磁场对探头的影响，测量回路 电缆老化也是一个不容忽视的问题。如某电 厂２号机组汽泵轴承振动不定期出现测量值 波动的现象。检查就地接线、前置器、探头 和ＴＳＩ柜卡件均无异常。更换卡件和前置器 后，这一现象仍然存在。经过反复排查后， 认为可能是该测量回路就地环境温度较高导 致线路老化。将ｉ贝４量线路远离高温区后，信 号恢复正常。 １．５接地不规范。干扰信号串入 大多数ＴＳＩ系统都有严格的接地要求，不 正确的接地方式直接影响系统的抗干扰能 力。如某电厂１号机脱硫增压风机在停运 时，其振动信号值一直跳变，最高甚至超过 了振动保护值。检查测量回路，没有发现问 题。在检查就地机柜的接地时，发现该机柜 的接地虚焊，重新焊接机柜接地扁铁后，信 号跳变现象消失，恢复正常。某机组在基建 调试阶段，１号机组脱硫增压风机振动突然发 生跳变，导致增压风机跳闸。经检查和仿真 试验，事件原因是机柜附近有电焊机工作， 因电焊机接地点离机柜较近，焊接时导致机 柜附近接地线上有电势差产生，并在屏蔽层 产生环流，窜入信号电缆引起模拟量波动。 如果延伸电缆的屏蔽层在安装敷设时未 做好防护，电缆屏蔽层因振动等原因在运行 过程中磨损，导致两点或多点接地，或者连 接电缆屏蔽层未接地的话，也会引起信号跳 变。如某电厂１ ０００ ＭＷ机组运行在７５０ ＭＷ 时，汽机３号瓦振动持续跳变，检查回路发现 电缆的屏蔽线没有接地，正确接地后３号瓦振 动信号恢复正常。 ２提高ＴＳＩ装置运行可靠性的建议 ２．１完善系统供电 目前，ＴＳＩ系统基本上采用双电源供电， 但仍有少数采用单电源供电，或虽采用了双 路电源但电源模块仍为单个。单电源供电对 系统可靠运行始终是个安全隐患，因此建议 进行以下完善： （１）配置两路可靠的ＡＣ２２０Ｖ电源冗余供 电，切换时间应不大于５ ｍｓ，保证ＴＳＩ装置不 会初始化，至少有２块电源模块实现装置电源 间的无隙切换。 （２）当保护电源采用厂用直流电源时，应 有确保查找接地故障时不造成保护误动的措 施。 ２．２优化ＴＳＩ系统报警信号与保护逻辑 优化ＴＳＩ系统报警与保护逻辑，减少单点 信号保护引起机组误动的概率，是提高ＴＳＩ系 统运行可靠性的主要措施。经对ＴＳＩ系统专题 研讨，提出以下技术建议： （１）ＴＳＩ系统的动作跳机信号宜采用常开信 号（闭合跳机）。 （２）采用轴承相对振动信号作为振动保护 的信号源，并将逻辑优化为：本轴承的ｘ向 相对振动达到跳机值且相邻任一轴承达到报 警值时，本轴承振动保护信号动作。（在车头 面向汽机方向，如转子顺时针转动，取左侧 探头为ｘ向；如转子逆时针转动，则取右侧 探头为Ｘ向。） （３）汽机轴向位移保护，原为单点信号或 为二选二逻辑的，通过增加探头改为三选二 逻辑判断，或配置４个探头，组成２对二取二 与逻辑后再组成或逻辑输出。 （下转第６４页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 浙江电力 ２００７年第５期 最重要的一点，就是速度不等率设置不正 ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９１． 确，通常速度不等率是用满负荷和空负荷来 ［２］ 韩祯祥．电力系统自动控制［Ｍ］．北京：水利电力出版 定义的，而在某些ＤＥＨ系统中往往用流量指 社。１９９４． 令来描述，流量指令１００％与满负荷１００％之 ［３］ 余耀南．动态电力系统［Ｍ］．北京：水利电力出版 间的概念 昆淆必然使实际速度不等率偏大， 社。１９８８． 超出４％ ６％的要求范围，这一点应当予以 关注。 收稿日期： ２００７一 ０７一 １６参：考文献： 者简介：周慎学（ｌ９６４一），男，浙江台州人，工程师， ［１］倪维斗，徐基豫．自动调节原理与汽轮机自动调节 从事火电厂热控自动化技术管理工作。 业业业业・ ｝业业・薯｝业业・ 业业业业业・ ｝・薯｝・ ｝业・ ｝ｊ 业・薯｝业业・薯｝业业业业业业业业业业业’薯｝业・ ｝业业业业业业业业业 （上接第４１页） ２．４加强对ＴＳＩ系统运行的维护 （４）汽机高低压胀差为单点信号保护的， 为保证ＴＳＩ系统的安全可靠运行，合理的 宜增加１０ ｓ延时；如为双信号组成与逻辑作 逻辑和可靠的回路环境是基础，及时的检修 为保护的，则最好将ＴＳＩ输出量程改小，设置 和维护是保证。因此需加强对ＴＳＩ系统部件、 为１１０％的跳机动作值，以加强坏点剔除保护 装置、电缆的及时检修、维护和管理。 功能。 （１）ＴＳＩ的涡流探头系统校验时，应保证 （５）汽机缸胀为单点信号保护，建议取消 探头、延长电缆和前置器成套进行，校验周 该保护。 期随机组Ａ级检修进行，但振动探头校验周 ２．３提高ＴＳＩ系统连接线路的可靠性 期应每二年一次。 连接线路问题是影响ＴＳＩ系统运行可靠性 （２）振动信号应定期检查历史曲线，若有 的另一个重要原因。为有效减少ＴＳＩ系统的异 信号跳跃，应引起高度重视，及时检查和处 常，建议在安装、检修、运行、维护中，要 理。 满足以下要求： （３）联锁试验时对每个轴振保护进行确 （１）安装或检修后，要有可靠措施以确保 认，对既有硬逻辑又有软逻辑的保护系统，联 延伸电缆的固定与走向不会损伤电缆，信号 锁试验单上要特别注明，并分别进行试验。 要远离强磁场和高温区。 （４）汽机或风机启动或运行中，一旦出现 （２）安装前置放大器的金属盒应选择在振 ＴＳＩ信号异变，应立即通知热工人员，检查原 动较小并便于检修的位置，盒体要可靠接 因并保存异常现象曲线，注明相关参数后归 地。 档。 （３）前置放大器应安装于金属盒中，接口 和接线应紧固，屏蔽线原则上在机柜侧接 参考文献： 地，并尽量在靠近框架处剖开屏蔽层，使露 ［１】火力发电厂热工自动化系统检修维护规程（ＤＬ／Ｔ 出屏蔽层的接线尽可能短。与其他系统连接 ７７４—２００４）［Ｓ】．北京：中国电力出版社，２００５． 时，应清晰其接地情况并保证单点接地。 （４）检查ＤＣＳ系统中Ｉ／Ｏ模块ＣＯＭ端与 屏蔽的连接方式，检查ＥＴＳ系统中Ｉ／Ｏ模块 收稿日期：２００７—０４—２４ ＣＯＭ端与屏蔽的连接方式，确保ＴＳＩ输出信 作者简介：王蕙（１９６８一），女，浙江杭州人，热控工程 号连到其他系统时屏蔽层单点接地。 师，从事热工计量检定和热工自动化系统调试工作。
