本特利3500系统在我厂TSI系统中的应用

吴东

摘 要：在发电生产的过程中，对汽轮机运行状态的监测具有至关重要的意义，而本特利公司生产的3500监测系统是目前国内应用的比较多的一套系统。该文主要介绍了本特利3500监测系统的结构、主要功能，包括就地传感器的类别、型号、数量和配套使用的附件，电子设备间的所有模块及其型号以及框架组态计算机系统所使用的相关软件。还介绍了TSI系统在西塞山发电有限公司的汽轮机监测方面实现的所有功能，简要分析了TSI系统控制的逻辑，系统各个参数的保护定值，在文章的最后部分，介绍了本特利3500监测系统在我厂使用的情况，包括的效果，以及几次逻辑的改造和完善。

关键词：TSI 本特利3500 逻辑 改造

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（c）-0037-02

汽轮机监测系统的应用具有很重要的意义。汽轮机作为对发电厂整个生产过程具有决定性作用的主设备，其运行状态需要被实时而准确地掌握。一套完整的TSI（汽轮机监测系统）可以做到以下几点。

（1）帮助确认汽轮机正运行在本身的设计和规范范围之内的信息。

（2）能够对汽轮机机械状态的信息进行识别和描述。

（3）能够对汽轮机机械状态的变化或者恶化的情况较早做出预判。

1 我厂TSI系统简介

湖北西塞山发电有限公司一期#1、#2两台330MW汽轮机是由北京汽轮机电机有限公司按照法国ALSTOM公司技术生产的N330-17.75/540/540型、亚临界一次中间再热、单轴、三缸双排汽、凝汽式汽轮机。汽轮机监视仪表系统（TSI）主要采用的是美国本特利内华达公司生产的3500监测系统（轴位移和胀差监测采用AMREIN公司的产品）。在本套系统中，主要实现对汽轮机主要参数的监视，包括转速、轴承振动、偏心、汽缸膨胀等。两台机组分别于2004年7月和12月投产，3500监测系统亦随之投入使用。

本特利3500监视系统是本特利公司最新的监视系统，它采用积木式模块方式，可在其框架内安装不同种类及数量的插件，完成各种测量。本特利3500系统与本特利3300系统不同，它没有机柜内的显示面板，其测量数值通过上位机显示及在DCS中显示，大部分内部设置都在软件中完成。

1.1 硬件

就地一次设备主要包括以下几部分。

振动探头16支：3300XL系列8mm，电涡流探头，附8m延长电缆和3300系列8mm前置放大器；

转速探头6支：3300XL系列8mm，电涡流探头，附8m延长电缆和3300系列8mm前置放大器；

SM-D型胀差监视器3套；

SM-D型轴位移传感器1套；

偏心探头1支：型号及附件同振动探头；

键相探头1支：型号及附件同转速探头。

电子间设备主要包括：框架组态计算机、数据采集/DDE服务器计算机、操作者显示计算机以及模块若干。

模块统计：

3500/15 电源模块 2块

3500/20 框架接口模块 1块

3500/25 键相模块 1块

3500/42M 振动、偏心模块 5块

3500/45 绝对膨胀模块 1块

3500/50 零转速模块 1块

3500/53 转速模块 3块

3500/33 16通道继电器输出模块 2块

3500/92 通讯接口模块 1块

3500面板图见图1。

1.2 软件

在本特利3500汽轮机监测系统内具有3个软件包。

框架组态软件，可对3500系统所有的模块进行组态。

DDE（动态数据交换）/数据采集服务器软件：对来自于3500系统的全部静态数据均可进行采集和保存，同时还能够将这些数据输出，主要是用于和第三方软件的集成功能，比如加入到发电厂的历史数据存储、某些人机操作界面或者是过程控制系统等。

操作员显示软件：可对本特利3500数据的采集软件采集的信息进行图形显示，主要包括监视器通道值的条状显示、汽轮机链图和相应的实时数值、实时趋势图、系统事件列表、当前的报警信号列表等。

2 TSI系统功能

我厂的TSI系统主要对以下一些模拟量进行监测。

（1）转子转速。监测汽轮机转子的转速，可对转速值进行连续指示、记录，发出报警和保护信号。有自检功能。汽轮机额定转速为3000rpm，在机组运行过程中应严密监视，以防发生超速。

（2）零转速测量。主要用于盘车启停的自动控制，兼有键相功能。

（3）轴承振动。测量汽轮机轴和发动机轴的相对振动，包括X和Y两个方向的振动，每个方向需安装一个传感器。具体定义为：站在汽轮机高压缸正前方，朝发电机看去，右侧与水平面成45°的方向为X向，左侧与水平面成45°的方向为Y向。量程为0～250um，可对振动值进行连续指示、记录、报警和保护。传感器的数目由机组的轴承数来决定（包含发电机部分）。

（4）轴向位移。又叫串轴，指沿轴的方向上产生的位移。如果负荷、汽温、频率或者蒸汽流量发生变化，均可导致轴位移改变，对轴位移的测量。如果运行中出现轴位移偏大，甚至报警，一般采用降负荷的方式，以减小轴位移，如果情况恶化则需直接停机处理。

（5）胀差。也叫相对膨胀，即转子相对汽缸的膨胀，包括高压缸胀差、中压缸胀差和低压缸胀差。监测是为了避免运行中，动（转子）静（汽缸）部分发生相互碰撞，造成设备损坏，也具有连续指示、记录、报警、保护及自检功能。

（6）汽缸膨胀。也叫绝对膨胀，就地装有两个传感器，分别用来测量高中压缸左、右两侧的胀缩值。endprint

（7）键相。在转子上开一个凹槽，并正对传感器，轴做周期性的转动时，凹槽就会周期性的经过传感器，由于测量面的突变，使得传感器产生一个脉冲信号，将脉冲信号采集下来，就记录下了每一个转动周期内，轴所在的位置。

（8）偏心。汽轮机轴在转动一周的过程中，传感器会分别记录下轴距离传感器最近和最远的一次，配合键相的凹槽所在的相位，就可以知道轴弯曲的方向。

3 TSI系统的控制逻辑

TSI系统所有测量参数达到停机值时，通过继电器输出模块送至ETS系统（汽轮机危急遮断保护系统），逻辑描述为：TSI超速（三选二）、振动越限、轴位移越限的信号送至ETS系统，当任一信号为1时，使之发出停机指令。

逻辑示意图见图2。

TSI系统各定值如下：

转速：停机值为3292rpm；

轴位移（A路）：报警值为-0.5～+0.3mm停机值为-0.7～+0.5mm；

轴位移（B路）：报警值为-0.5～+0.3mm 停机值为-0.7～+0.5mm；

高中压缸膨胀（左）：报警值为34.7mm；

高中压缸膨胀（右）：报警值为34.7mm；

高压缸胀差：报警值为-1.2～+6.6mm 停机值为-2.0～+7.4mm；

中压缸胀差：报警值为-3.5～+6.0mm 停机值为-4.5～+7.0mm；

低压缸胀差：报警值为-2.2～+8.0mm 停机值为-3.3～+9.1mm；

偏心：报警值为29.7μm。

振动部分的有关情况将在第四部分详细介绍。

4 3500系统在西塞山电厂中的使用和逻辑改造情况

自投产以来，两套3500系统工作正常，TSI系统未发生信号大幅跳变、误发及漏发情况，测量、显示相当稳定，对汽轮机的安全运行起到了很好的监测作用。其中振动部分进行了逻辑方面的进一步完善。

我公司的TSI系统中，原振动监测参数为：转速>2900rpm时，报警值为100μm，停机值为130μm；转速<2900rpm时，报警值为140μm，停机值为180μm。

逻辑描述：当转速<2900rpm时，任意一轴承的X或Y向振动达到高二值180μm则停机；当转速>2900rpm时，由于保护未投入，振动保护不起作用。

原逻辑认为：在转速>2900rpm时，正常情况下振动很难达到厂家给出的停机值，出现振动大的情况下，可以要求运行人员手动打闸，所以保护未投入。

热控专业安全性评价专家查评发现此问题，提出了整改建议：完善汽轮机振动保护逻辑，满足机组运行中振动保护全程投入的要求。

我公司随即按照专家组的建议，采取了相应的整改措施：与北重联系，明确机组振动保护投入方案，报公司批准，并分别利用06年4月的#1机组大修停机和06年10月的#2机组小修停机机会，对系统进行改造，投入了机组振动保护。

现改造后振动监测参数为：转速>2900rpm时，报警值为120μm，停机值为140μm；转速<2900rpm时，报警值为120μm，停机值为180μm。

逻辑描述：当转速<2900rpm时，任意一轴承的X或Y向振动达到高二值180μm则停机；当转速>2900rpm时，任意一轴承的X和Y向振动都达到高二值180μm，且同时另一轴承的X或Y向振动达到高一值120μm，则延时5s停机。

改造后至今，TSI系统长期运行稳定，测量准确，为汽轮机的安全和稳定运行提供了强有力的保障。

5 结语

综上所述，本特利3500系统监测精度高，反映灵敏，而且组态界面友好，便于检查和维护，在该厂的应用中经受住了时间的考验，对提高机组的经济效益和保证机组主设备的安全的两方面都起到了重要作用。

参考文献

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[2] 冯伟，曹龙辉，杜文彬.本特利3500系统组态及典型问题浅析[J].工业控制计算机.2011（4），24（4）：21-22.

[3] sf2000nust本特利3500操作手册[S].中文最新版北极星电力论坛.2012-8-24.endprint