汽轮机监测保护系统故障分析及处理

　　汽轮机监测保护系统故障分析及处理
　　
　　汽轮机是一部高速旋转庞大而锖密的机器，由于受机组运行状态、部件结构、加工及安装等悄况影响，汽轮机在高速旋转时和启停过程中，转速、轴向位移、胀差、偏心度和振动等反映机组运行状态参数的连续监视和保护就显得尤为重要。近几十年来一些发达国家在大型旋转机械的振动及其他状态参数检测理论的研究、监视仪表、测试技术等方面发展很快，很多的产品已经系列化、标准化，并在大型电站机组上配套使用，例如美国的Bently,IRD、BEI,丹麦的B&K,德国的飞利浦、申克及日本的武田理研等，这些品牌长期从事对大型旋转机械可靠性、安全性、维修性与设备诊断分析仪器的研究，因而具有雄厚的数据与软件实力，其可靠性得到了普遍认可。
　　
　　某大型火电机组汽轮机采用了本特利内华达公司3500系列测保护系统，监视轴承振动、轴向位移.相对膨胀等各项参数。本文以此为例介绍监测信号显示异常情况下的分折、处理过程。
　　
　　1故障现象与排査
　　
　　l.l故障现象
　　
　　TSI信号突然下降，维持数秒时间后很快又恢复正常显示，如图I、图2所示：　　
　　以上两图反映的现象为机组正常运行过程中出现的轴承振动信号突降，#2瓦X方向振动由40.79um降至2um；#1瓦Y方向振动由81.35um降至11um突变维持2—3秒后恢复正常。检査3500各模件OK灯显示正常，无报S输出。轴向位移、高缸胀差、轴承振动等测点均发生过类似突变现象，发生时间和变化幅度无规律，期间无大型电气设备启停操作，供电电源无异常报警，共同特点为突变方向，均呈下降趋势。
　　
　　1.2故障排査
　　
　　TS1系统主要由传感器，延长电缆、前置器、就地电缆和S测保护系统组成。运行环境为高温，强电磁场环境，来自系统内部的异常（测量部件、装置等）和外部环境因素产生的干扰（电导耦合、电磁辐射、油膜或汽激振,等），都可能引发单点信号显示异常，甚至导致保护误动。
　　
　　1.2.1传感器系统
　　
　　传感器系统由探头，延伸电缆、前置器三部分组成，探头外部包袠可收缩保护套管，安装在‘刚性支架上，通过三层同轴电缆与前置器相连。探头既能进行静态（位移）测试，乂能进行动态（振动）测量，由前置器的振荡器送电，将被测对象的振动或位移转化成电压信号送至监测保护系统进行处理。排査要点：
　　
　　（1）探头支架刚性、安装应牢固；用塞尺对各测S回路进行定性和定量检测，检验线性；
　　
　　（2）延伸电缆连接处应锁紧；接头处应保持干净，存留油污或水就可能会致使探头的电特性改变，造成显示异常；接头不可与轴承箱、台板接触，否则会带来严重的干扰和测量误差，甚至系统无法正常工作；
　　
　　（3）延伸电缆绝缘外皮应无破损，外皮一旦破损，可能造成回路多点接地，信号就会受到干扰；轴承箱内电缆捆扎牢固；
　　
　　（4）前置器箱体接地良好，固定牢固；前罝器在箱体内应浮空安装，同轴电缆接线牢固<三芯端子接线牢固，电缆屏蔽层在箱体内绝缘浮空；
　　
　　（5）前置器箱体应有良好的防电磁干扰屏蔽措施。
　　
　　TS1系统一次元件为电涡流探头，前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流人探头线圈，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，涡流送至前置器检波、放大，转化成随间隙变化的电压信号-工作过程中若有外部磁场影响线圈产生的磁场时，电涡流的大小就不能正确的反映探头与被测物体间的间隙大小，从而引发测量异常。　　图3、图4为机组停运过程中，模拟电磁干扰下轴承振动的信号波形，如此的大幅的突变足以造成机组保护误动。虽说3500前置器改进的RFI/EMI使抗射频干扰和电磁*力较强，达到了欧洲电磁兼容性标准，但根据现场情况为了防止监测信号受到较强无线电信号的干扰，重新加装了金厲防护箱。
　　
　　1.2.2就地电缆
　　
　　传感器系统通过就地电缆与监测保护系统相连接，由于电缆处于髙温和强电磁干扰区域内，一旦出现电缆绝缘受损，不同的地网间产生的电势差，会在屏蔽层产生环流，叠加在信号上引起模拟量波动或突变，传感器的低压信号线靠近高压线或高磁场，也有可能引起干扰。就地电缆的排査要点：
　　
　　（1）电缆要有可靠的金厲防护和防火措施，确保电缆与绝缘屏蔽层无损；
　　
　　（2）为了提TSI系统运行可靠性，机柜端要有可靠的接地；
　　
　　（3）电缆要采用正确的防护措施来抑制干扰。对于本特利3500系统就地电缆的屏蔽层需与监测保护系统上的屏蔽层端子（SHIELD）相连，实现系统单端接地；
　　
　　（4）控制柜与金厲绝缘，接地线独立引至热控接地。连接电缆的检査过裎中未发现电缆受损和接地异常的现象。
　　
　　1.2.3监测保护系统
　　
　　监测保护系统分为硬件和软件两部分：硬件包括双电源模块、框架接口、超速、振动、胀差、继电器模块等；软件包括框架配S软件、数据采集服务器软件，操作员显示软件。
　　
　　硬件部分：BENTLY3500系统采用双通道设计，内置微处理器；接受各祌传感器输人，满足在线测量需要：传感器和回路有连续自检装置：模拟量电流，报警开关量干接点输出；电源模块冗余供给电源24VDC；软件部分：各种监测模块的内部设置可以通过连接装有框架组态软件的计算机的接口和框架接口模块的组态接口，通过计算机设置好量程、报警、继电器通道定义等各项参数，下装到各相关模块。各项测S数值可以通过硬接线输出4-20mA到DCS系统实现进一步的逻辑组态的数据显示功能。
　　
　　排查要点：
　　
　　（1）系统电源应为高压交流电源（175~250VAC>，采用UPS为主电源，保安电源为辅助电源供电，电源电压不应有大幅波动；
　　
　　（2）VT端和公共COM端输入-17.5VDC到-26VDC直流电压信号。前置器需要从系统提供-24VDC直流电压信号；
　　
　　（3）观察模块指示灯：OKLED模块工作正常时应闪亮；TX/RXLED:用于传送和接收，当该模块与框架中其它模块间通讯正常时闪亮iALARMLED:当该继电器通道处于报警状态时闪亮；
　　
　　（4）检查控制柜端子接线，接线牢固无松动，屏蔽线与SHIELD,COM相连；
　　
　　（5）检查软件设置，确认量程、报警及保护定值正确，继电器输出模块逻辑组态中坏点剔除功能被勾选，保护输出延时正确；
　　
　　（6）卡件输出4~20mA硬接线连接正确，无松动；
　　
　　（7）DCS侧信号接收卡件电源、通讯LED显示正常，通道测试无偏差。连接电缆检査无破损。图5为DCS卡件故障导致的监测信号显示异常。
　　
　　机组运行过程中，由于DCS模拟量输人模件故障，导致模件相关显示测点：轴向位移、胀差、轴承振动信号显示zui大值（超量程）。为了避免轴承振动大跳机保护误动，就要求DCS的逻辑中加人测点“坏质量”判断，测点超量程判断为坏点，坏点剔除，不参与保护判断，避免保护误动。　　
　　1.2.4运行环境
　　
　　监测系统的测量回路处于髙温、振动、电磁干扰的环境中，极易引起测zui信号异常，排查重点：
　　
　　（1）汽机轴承箱、端盖和前置器箱体不应有磁性物体附着，机组运行过程中避免在电子设备间、前置器箱体附近使用对讲机；
　　
　　（2）发电机接地碳刷应督促电气人员及时检查、更换，避免因碳刷接地不良导致探头支架带电干扰测量；
　　
　　（3）测量回路电缆老化情况应定期检查，环境温度高或者油污腐蚀导致绝缘层破损，亦会引发测量信号的不正常波动；
　　
　　（4）为了避免TS1卡件和前置器的损坏，严禁在测量机柜附近进行髙压焊接作业。
　　
　　1.3排査结论
　　
　　经过对以上各项的排查发现，在传感器系统的检査过程中发现前罝器电缆连接未锁紧，部分存在松动现象，连接电缆接头存在少量油污，清理油污并锁紧接头后突变现象*消失，突变原因基本得到认定。
　　
　　2故障分析与总结
　　
　　当机组带负荷正常运行时，TSI的监测信号：轴位移、胀差、缸胀、轴振、偏心和瓦振的输出参数，会随机组负荷的变化缓慢变化，变化量值不尽相同，但变化趋势大体是一致的。发生TSI系统监测信号指示异常的情况大致总结为以下三种：
　　
　　（1）TSI监测系统多项相关参数突变：首先要比照机组以往的运行曲线，若在机组变负荷和工况调整时类似问题经常出现，可会同专业人员密切关注相关信号的发展情况，运行人员及时采取必要的安全措施，不可贸然退出保护。
　　
　　（2）TSI监测系统某一点的测量值突变，同位置相关测点变化不明显：在检查测量通道接线和监测设备运行正常的前提下，分折轴系、环境等外界原因引起的雳荡或谐振。对于这种情况应采用优化保护定值或保护输出逻辑的方案，本着“杜绝拒动，防止误动”的原则，提高可靠性。
　　
　　（3）TS1监测系统某一点的测量值发生不规则的跳变，分析系统所受到的干扰（射频干扰、低频干扰，多点接地）；若为持续周期性的跳变则要考虑探头、前置器是否存在损坏，通过排查逐步分析故陣根源。
　　
　　合理的逻辑和可靠的测量系统环境是基础，及时的检修和维护是保证。规范TSI系统设备的安装.线路连接、定期进行设备校验，规范运行维护管理和合理的定值、软件组态设计，都将会大大提高系统可靠性，避免机组保护误动。
　　
　　3结束语
　　
　　为使TSI系统准确反映设答运行状况，保护系统正常工作，检修人员要熟悉TSI系统的测量原理，熟练掌握传感器安装、调试和模块参数设置。当系统监视参数异常时，能够根据日常维护工作中积累的经验，迅速判断出大致的原因所在，采取正确的措施解决问题。