汽轮机TSI系统轴向位移故障原因分析与改造

贺志中

（江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司，江苏 启东226246）

0 引言

江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司为4×660MW超超临界机组，汽轮机TSI系统轴向位移共四个测点，均安装在汽轮机前箱内。由于种种原因轴向位移数值在正常运行中出现一些偏差，使得无法判断其准确性且易造成机组非停。为了避免机组误动，应将轴向位移探头、前置器、卡件等进行改造。

1 汽轮机TSI系统轴向位移故障原因分析

通过轴向位移运行情况，我简略统计出影响轴向位移数值偏差或造成机组非停的主要原因。

1.1 轴向位移测量一次元件故障导致机组非停

机组正常运行中，轴向位移其中一个数值突然跳变，超过轴向位移定值误发信号，过段时间自己自动恢复为正常值。这种情况并不多见，一般为轴向位移测量一次元件故障，如果遇到这种情况，可以等到机组具备检修条件或者机组停机时，对有问题的轴向位移测点探头及前置器进行更换。

1.2 电缆接地不规范

电缆的屏蔽层在敷设时未做好防护，电缆在机组运行时有磨损，造成有两点及以上接地情况。不同的地网间会产生电势差，在屏蔽层内产生环流，从而造成轴向位移数值的波动。因此我们安装时就必须做好接地和电缆屏蔽层的防护工作，这也是保证轴向位移测点准确的重要措施之一。

1.3 延长电缆至前置器接头松动

对于轴向位移来说，轴向位移探头、延长线及前置器为一个测量整体，它们有相应的阻抗和特性曲线。随机组运行时间、气候及金属氧化的影响，原来的接头和接线会出现松动，这样会使它们相应的阻抗和特性发现一定的变化，导致轴向位移测点的波动。为了避免此类现象的发生，我们可以根据轴向位移的使用寿命，在大、小期间对轴向位移进行整体的更换。

另外轴向位移探头与前置器之间尽量减少中间接头的使用，让故障点减到最低。如使用有中间接头的轴向位移探头时，对轴向位移中间接头应正确安装，切勿将小lemo头插紧后旋转，这样会使lemo头松动。只需将lemo插紧后用热缩套管热缩后即可。

图1 轴向位移中间接头正确安装方法

1.4 周围环境因素，导致信号跳变

轴向位移的一次元件主要是一个电涡流探头，在探头中有一线圈，前置器中的高频振荡电流通过延伸电缆流入该线圈，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而产生电涡流，电涡流的大小随探头与被测体表面间的间距变化，并经延伸电缆送至前置器检波、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圈产生的磁场时，电涡流的大小就不能正确地反映探头与被测物间的距离，引起测量显示异常。

除了外部磁场影响轴向位移测量，还有另一个重要的隐患存在就是测量回路电缆的老化。由于轴向位移的一次元件是装在汽轮机前箱之内，所以测量回路电缆很容易受高温影响迅速老化，造成绝缘层开裂。测量回路电缆应远离高温环境或采用高温电缆来避免迅速老化的恶果。

1.5 单点保护易勿动

为保证轴向位移信号触发保护系统的及时性，火电机组轴向位移输出的触发保护信号，原设计多采用单点测量信号且不加延时。但由于轴向位移在电厂运行的环境是一个强电磁场环境，包括来自系统内部的异常（测量一次元件、前置器、装置等）和外部环境因素产生的干扰（电导耦合、电磁辐射等），这些干扰都可能引发单点信号保护回路的误动。根据我厂及其他火电厂长期运行的经验，轴向位移因为真实变化导致跳机的情况很少见，由于它本身一次元件、前置器及卡件损坏造成停机的也是少之又少，最常见的就是外部因素诱导下的误发信号造成停机。这样我们就很有必要的将轴向位移的单点保护更换为三取二逻辑，或者限于现场条件改为二选二，或者增加一点点延时，那么由于轴向位移测点误动次数都将大大减少。

1.6 单电源供电造成机组非停

目前有些机组TSI系统采用单电源供电，或虽采用了双路电源但电源模块仍为单个。如果这路电源失去轴向位移等重要保护参数将失去监视，所以正常运行时必须有可靠的两路独立的供电电源，应优先考虑单路独立运行就可以满足TSI系统容量要求的二路不间断电源（UPS）供电，正常运行时各带一半负荷同时工作，确保电源切换对系统不产生扰动。或者采用一路UPS、一路保安电源供电，如果保安电源电压波动较大，应增加一台稳压器以稳定电源。

图2 TSI系统双电源冗余配置

1.7 轴向位移测点在同一卡件造成机组停运

我厂轴向位移的一次元件与卡件没有实现一一对应的关系，单一卡件故障极易造成轴向位移保护误动。

2 汽轮机TSI系统轴向位移故障的改造方法

前面对轴向位移一次元件故障、电缆接地、延长线至前置器接头、周围环境、单点保护和单电源供电等因素造成机组非停的处理方法已做了简要的阐述。下面我们主要对轴向位移的一次元件与卡件没有实现一一对应的关系，单一卡件故障极易造成轴向位移保护误动这一故障进行改造分析。

以我厂轴向位移为例，原系统和设备的基本情况如下：

江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司为4×660MW超超临界机组，其中2-4号机组汽轮机TSI系统轴向位移共四个测点，均安装在汽轮机前箱内，其中测点1、2接入位于汽机电子间的TSI机柜的R6位置MMS6210卡件上，同样，测点3、4接入R7位置MMS6210卡件上，保护的动作方式为测点1、2同时达到跳机值±1mm,或者测点3、4同时达到跳机值±1mm，则触发TSI机柜内ZJ7继电器，送两路闭合接点到DCS中的ETS系统中，触发汽轮机ETS动作。

因为测点1、2接在R6位置的MMS6210卡件上，测点3、4接在R7位置的MMS6210卡件上，两个测点接在一个卡件上，如果卡件故障则轴向位移必然会动作，导致机组误跳。针对这种情况，我们制定了详细的改造措施：利用检修期间，TSI系统具备停电条件，汽机电子间TSI机柜剩余卡槽增加两块轴向位移卡件MMS6210。使轴向位移1接到R6卡槽位置，轴向位移2接到R7卡槽位置，轴向位移3接到R24卡槽位置，轴向位移4接到R25卡槽位置，后面配线插头随探头挪动，保护动作接线保持不变。连接调试电脑，对R6、R7、R24、R25位置的卡件重新组态，删除每个卡件无用的通道2上的组态。下装完组态后调试，保证动作正常，并做好实验记录。调试完毕，轴向位移保护具备投运条件。这样每一个轴向位移的一次元件和MMS6210卡都一一对应，即使某一块MMS6210卡件故障，也不会对机组安全运行造成威胁。

图3 改造后轴向位移独立卡件位置

3 结束语

为了保证轴向位移在正常运行的系统中安全稳定的运行，以上几点影响轴向位移的因素是应该彻底消除的，优良的设备和环境是保证轴向位移安全稳定运行的先决条件。本文对汽轮机TSI系统轴向位移故障原因和改造方法进行了探讨，从而得出了提高轴向位移的安全稳定运行的措施。

［1］EPRO轴向位移说明书[Z].

［2］振动测试与动态分析[M].航空工业出版社,1992.

［3］设备故障诊断手册[M].西安交通大学出版社,1998.