TSI系统可靠性探讨

郭志军

神华陕西国华锦界能源有限责任公司，陕西榆林 719319

汽轮机监测保护仪表（Turbine Supervisory Instrument，TSI），是一种可连续监测汽轮机转子和汽缸机械工作状况的多路监控仪表。它能连续地监视机组在启停和运行过程中的各种机械参数值，为DAS、DCS、ETS等监控系统提供信号，当被测参数超过整定限值时发出报警信号，必要时提供自动停机的保护信号。此外它还能提供故障诊断的各种测量数据。目前国内大型机组用得较多的TSI有三种，它们是美国本特利内华达公司的3500系统，德国艾普公司的MMS6000系统和瑞士韦伯公司的VM600系统。此外，还有德国的申克、日本的新川公司的产品也有应用。它们为主机和辅机提供了轴承振动、偏心度、键相、轴向位移、缸胀、差胀、转速、零转速等监测项目，在汽轮机的安全运行中起到十分重要的作用。

1 TSI系统的应用及可靠性分析

3500系统由美国本特利内华达公司于1995年正式推出。该系统采用数字电路技术，是计算机化的智能监测保护系统，也是目前国际上较先进的系统。它是在本特利公司1988年成功地推出3300监测保护系统基础上开发研制的，具有操作简单、使用灵活、维护方便、系统易于集成、与DCS系统采用网络或串行数字通信，提供操作人员更多的机械保护信息、历史数据储存、报警事件追忆、计算机编程组态，一种模块可组态成多种功能等特点，满足了汽轮机组机械保护的需求。本特利3500仪表作为汽轮机一项主要监测仪表，参数显示的准确性直接影响汽轮机的安全运行，如果参数显示不准，控制信号出现异常波动，严重影响机组主保护的正常投入。这些问题在其它机组也频繁发生，一直困扰着电厂的运行人员和热控检修人员，并且在调试和试运初期及生产期间因此造成模块损坏，试运期间仪表和保护不能更好投入，而机组一旦投运，处理这些问题相对较难。在统计某电厂18次TSI参数异常变化过程中，其中由于屏蔽线接地不好、多点接地或其它干扰引起的卡件故障、示值扰动出现问题最多，共统计次数的7次，占全部故障现象的39%，其次就是由于延伸电缆接头松动或其它原因引起的参数异常占2次，占全部故障现象的12%，其它统计的现场故障比较孤立，不代表普遍现象。

2 系统故障分析

通过对大量TSI系统故障现象进行统计析得出：导致3500监测仪表异常的原因主要有以下两个方面。

2.1 信号干扰

从统计结果来看，信号干扰是当前3500监测仪表显示异常的主要原因，但如何才能解决这个问题，首先要知道干扰产生的来源和传播途径，只有屏蔽产生干扰设备或把干扰产生降到最低，切断传播途径，增强设备的抗干扰性能，才能从根本上解决干扰问题。信号干扰主要分为以下3种：1）外部干扰：凡能在空间产生电磁场的电气设备和输电线路都能产生干扰。首先，电厂本身就是一个很强的交变电磁场，再加上380/220V及以上交流电的电磁干扰，在这样的环境中电缆及控制设备必然会受到电容（静电）耦合、电磁耦合等电磁干扰。再一个，电缆也是干扰的主要发生器，它向空间发射电磁信号；2）射频干扰：指大功率的高频发生装置，比如凝泵变频装置，空冷变频装置，以及电气装置开、断时产生的火花及电焊机产生的弧光等；3） 感应干扰：指信号电缆经过较强的交变磁场时，耦合到信号回路中的干扰。

2.2 接头、接线松动，速度传感器性能异常

根据我们机组日常维护过程中总结信号不稳定的原因还有以下几点：1）延伸电缆与前置器或电涡流探头接头松动导致信号波动；2）前置器接线铜线插入深度不够，导致接线松动信号波动；3）一瓦振动探头经常处于100℃左右的高温，同时还要受到轴封漏气的影响，使用一段时间后，出现性能下降的情况导致信号波动。

3 提高系统使用可靠性的建议

汽轮发电机组容量的不断增大，蒸汽参数越来越高，热力系统越来越复杂，需要监视和保护的项目越来越多。现代大型汽轮机的金属材料大部分在接近极限值的情况下工作，运行中如产生接近极限值的热应力，就很容易造成汽轮机的损坏。同时大功率机组为了提高运行的经济性，级间间隙、轴封间隙等都选择的很小。如果没有按规定的要求进行操作控制，很容易造成转动部件与静止部件问的相互摩擦，引起汽封磨损、叶片损坏、大轴弯曲、推力瓦烧毁等严重损坏事故，造成巨大的经济损失。因此，为保证大功率机组的安全启停和正常运行，需要采取有效手段，对汽轮发电机组本体的运行状况和运行参数进行监视和保护。TSI系统中，逻辑报警信号是系统功能的重要构成部分，保护逻辑报警信号是系统可靠性措施的核心目标。逻辑报警信号的可靠能够降低单点信号保护造成的系统误动情况发生率，对系统可靠运行具有重要作用。要保证本特利监测仪表正常工作必须做好以下几点：

1）合理优化电缆排列层，将动力、控制、信号、计算机电缆分层敷设，减少相互干扰。在电缆敷设的前期，就要严格控制信号电缆和控制电缆的合并，阻隔相互干扰。电缆桥架应分为四层，分别为动力、控制、信号、计算机电缆。在敷设过程中跟踪人员要全程跟踪，确保所有3500系统的电缆都走在计算机电缆层。这样，从电缆敷设上切断相互干扰；

2）合理使用屏蔽电缆，屏蔽层达到正确、可靠的单点接地。（1）所有TSI系统的电缆为了防止电缆之间的互相干扰，每个信号都用自己的独立三芯屏蔽电缆；（2）统一采用在盘侧电缆一端接地法，即在电子设备间的TSI盘柜等为中心的单端接地，就地及其余盘电缆的另一端浮空。同时为了防止汽机前箱内的信号线磨损接地，汽机轴向位移、零转速、胀差、偏心、健相全部信号的电缆全部悬空，并用白布带绑好，对于容易碰磨损坏的地方，我们都用绝缘胶带或白布带进行防护，确保信号的单点接地；（3）在电缆敷设和电缆桥架封堵过程中，严格要求施工工艺，防止划坏电缆保护层造成屏蔽接地，确保屏蔽层“一点接地”；

3）做好电缆桥架的可靠接地。我们借鉴了其它电厂的经验和技术，主通道的每节桥架间用φ10mm的裸铜电缆钢射钉铆接的方式相连，每隔4m～6m与就近的钢结构用钢射钉铆焊接地，这样可以有效地控制了电缆干扰的传播和被干扰；

4）探头和延伸电缆的接头必须连接紧固，前置器接线要定期检查。现在电涡流探头与延伸电缆的连接，接头之间有互锁装置，只要在安装时拧紧然后用绝缘胶布包好，这样可防止振动接头松动。但是还得利用停机机会对接线进行检查紧固。前置器的接线我们只要在停机间隙进行拉动试验，对掉出来的接线重新插接，就会确保接线紧固。对于监测器接线我们利用每次停机机会进行紧线，但用力要适中，防止接线端子损坏。通过这些措施，有效的保证了这些信号的稳定可靠；

5）有效改善#1瓦速度振动传感器的工作环境，比如改造高压缸轴封进汽回汽管道，让管道位置降低，不要让轴封管道与振动探头盒太近，这样可防止振动探头温度太高，损坏振动探头。如果暂时不能改善设备工作环境，可对#1瓦速度振动传感器利用停机检修机会进行定期更换；

6）根据机组实际情况合理优化振动跳机保护逻辑。比如为了防止保护误动，我们在组态上是采用轴振（本瓦）振动值超标，并连锁相邻轴瓦振动报警值后机组跳机，这样可有效的减少了保护误动的情况的发生。

4 结论

3500系统是本特利内华达公司提供的第一套能够被组态为多种冗余级别的系统，从单一模块到双重电源，再到完全的TMR(三重模块冗余)组态。TMR组态有三个相同的监测器通道(或可选的传感器)，采用三选二规则和专用继电器实现相互表决，使3500系统在任何情况下都不允许因电子故障或人为错误引起的电源、监测器通道或传感器发生误动作或拒动作，大大提高系统的可靠性。汽轮发电机组系统中，TSI系统具有设备保护的重要作用，在实际工作中的重要性越来越明显。而当前环境下TSI系统运行的可靠性存在着一些问题，对系统正常使用影响很大，极大削弱TSI系统的实际效果。必须采取针对性措施，进行有效管理与维护，才能保证TSI系统的可靠运行。

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