汽轮机轴承振动保护优化改造

郭涛然

（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

吕四港电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的超超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、高中压合缸、反动凝汽式汽轮机，型号是CCLN660-25/600/600。其汽轮机本体监测（TSI）保护采用上海松源艾普工业电子有限公司生产的德国epro 公司MMS6000系列装置。该装置通过传感器对汽轮机机组的转速、偏心、轴位移、轴振动等进行测量，通过双通道设计的智能卡件输出控制，当任一轴振达到保护值250μm 则引发轴振大保护信号，若TSI 回路出现故障时，不可避免引起振动保护误动[1]，对机组安全运行造成极大的威胁。

目前国内汽轮发电机组振动保护的投入方式不尽相同，甚至不投，严重危及机组的安全运行，本文针对电厂的自身特点，设计了机组并网前和并网后不同的振动保护方案，为机组的安全稳定运行奠定了基础。

1 项目提出的背景及优化改造的必要性

1.1 项目提出的背景及存在的问题

吕四港电厂汽轮机组1-9 号轴承均安装有X、Y 向振动探头，探头接入TSI 控制柜，在TSI 控制柜内通过继电器搭接汽机轴振大保护回路，在机组启动并网前，任一轴振数值大于125μm TSI 控制柜则向DCS 输出报警节点，任一轴振数值大于250μm 则向ETS 系统输出两个保护节点，跳闸汽轮机，机组并网后轴振大保护自动解除，未实现轴振保护全程投入。

吕四港电厂TSI MMS6000 系统，其中汽机振动保护为单点保护且仅在汽机启停期间投入，未实现全程投入，且每一轴承的X、Y 方向公用一块MMS6120 智能卡件，卡件不独立，随着运行期限的增加，个别振动保护探头会出现故障波动现象，可靠性降低。若不对原系统进行改造而盲目对振动保护投入，则不利于机组的安全稳定运行。避免因汽机振动大而未及时停机造成汽轮机转子损坏的恶性事件，所以汽轮机振动保护的全程投入尤为重要。

1.2 进行技术优化改造的必要性

汽轮机轴振大保护作为汽轮机的一项重要保护，对机组的安全稳定运行有着重要的作用，而机组并网后轴振大保护则自动解除，仅靠运行人员的监盘和巡检来发现汽机振动是否异常，不能准确及时地起到轴振大保护汽轮机的作用。

根据《火电厂热控系统可靠性配置与事故预案》中（附录A.1 续第21 条）对保护可靠性优化的意见，对汽轮机轴振大保护可做以下改造：机组并网后，汽轮机相邻轴承轴振报警值和本轴承轴振保护值进行“与”逻辑判断，输出保护节点跳闸汽轮机。

2 振动保护优化改造方案

2.1 改造的硬件方面

在机组TSI 柜旁安装一面新的控制柜，在新增加的控制柜内增加9 块轴振检测卡（MMS6110）、两块24VDC 电源、TSI 背板、继电器等，根据施工图纸搭接内部接线，将1-9 号轴承X、Y 向探头引入新增加的18 块轴振检测卡上，在TSI 机柜内重新配线，送出36 路报警及跳闸信号，在DCS 的ETS 控制柜内增加4 块SOE 卡件，负责接收各1-9号轴振的报警及跳闸信号，在DCS 中根据送过来的开关量信号自由组态，并将保护输出节点送至ETS 系统。

本改造方案将每个轴承的X、Y 向振动探头与卡件彻底独立布置，且保护测点平均分配到ETS 控制柜的重新增加的4 块SOE 卡件上，大大提高了设备的可靠性。

2.2 控制逻辑方面

汽轮机振动保护并网前保护方式不变，即未并网时任一轴X、Y向振动大于保护值（>250μm）汽轮机跳闸，只是原先为TSI 控制柜内由继电器搭接送至ETS，现为DCS 逻辑组态后输出保护节点[2]，如图1所示；在汽轮机并网后，轴振大保护动作方式如下：1-8 轴瓦X 或Y 向振动大于保护值（250μm）与上相邻轴承任一轴振及本轴另一方向轴振大于报警值（125μm），输出轴振大停机保护接点。9 号轴瓦处于发电机励磁机侧，不参与保护，以第一组轴承为例，具体动作方式如图2 所示；其余各轴保护逻辑依此类推。

图1 机组并网前逻辑组态

图2 机组并网后逻辑组态

3 试验及两种方式对比

3.1 保护试验

在DCS 侧，未连接TSI 卡件时，在ETS 柜内相应输入点分别用短接线按照改进后的振动保护控制逻辑进行短接[1]，根据跳机的不同情况分别进行试验，每一控制回路皆动作正常。

硬件设备加装好后，将相应轴振的组态下装MMS6110 卡件中后，然后通过对相应TSI 振动卡件中各个报警值与保护值进行强制，通过记录继电器动作情况和DCS画面振动报警信号及ETS 振动保护逻辑信号，根据不同保护动作情况分别进行逻辑试验，最终振动保护正确动作。

3.2 对比

机组并网前，轴振大保护为任一轴X、Y 向振动大于保护值（>250μm）输出保护节点汽轮机跳闸，设计重点从拒动角度考虑，一般机组检修后汽轮机进行冲转带负荷过程中，为了避免因单一轴振大于保护值时汽轮机任运行带来的危害，因此当任一轴X、Y 向振动大于保护值时则跳汽轮机，最大限度的保护汽轮机，该方式简单、明了，且较容易设计。

机组并网后，轴振大保护动作方式如下：在同一组内某轴承振动大于保护值（>250μm）与上相邻轴承振动及本轴另一方向轴振大于报警值（>125μm），延时两秒钟输出轴振大保护节点，设计重点先从误动角度考虑，因此考虑与上相邻轴承振动的报警值，同时为了避免拒动，当本轴另一方向轴承振动大于报警值时，表明本瓦轴承振动已到跳机保护时，该方式组态较复杂，在与原系统完全匹配的情况下进行改造，兼容性良好，对原系统进行卡件独立，最大限度的提高设备的可靠性，保证机组的安全稳定运行。

4 优化改造分析

4.1 设备可靠性

按照上述方案进行改造，考虑到保护测点独立的设计原则，需将TSI 柜内1-9 号轴振探头独立分布在18 块轴振检测卡上（MMS6110），而目前TSI 控制柜内已有9 块轴振检测卡，仍需再安装9 块轴振检测卡，而原TSI 控制柜内空间有限，无法安装，需在TSI 控制柜旁边重新布置一面控制柜，内部安装电源、背板和9 块轴振检测卡（MMS6110），将1-9 号轴承Y 向振动探头重新分配在新安装的9 块轴振检测卡上，同时在新增加的控制柜内通过继电器送出36 路报警、跳机信号，并将该信号输出至ETS 系统，然后在DCS 中根据上述保护逻辑自由组态。

改造优化后将每个轴承的X、Y 向振动探头与卡件彻底独立布置，且保护测点平均分配到ETS 控制柜的重新增加的4 块SOE 卡件上，大大提高了设备的可靠性。

4.2 改进后达到的效果

实现汽轮机振动保护全程投入。振动探头与卡件独立，且通过卡件送出报警及跳闸信号，保护准确及时可靠。通过采集每个轴承振动的报警及跳闸开关量信号，可以实现在DCS 中的汽轮机并网前和并网后的逻辑，提高设备可靠性，降低保护误动率。

5 结论

改造完成后可实现振动保护全程投入，保证汽轮机的安全运行；将振动探头与卡件独立，且通过卡件送出报警及跳闸信号，保护准确及时，提高设备可靠性，并无环境污染问题。且可以实现在DCS 中的保护逻辑，提高设备可靠性，降低保护误动率，消除了因TSI 系统误动引起机组跳闸的不安全因素，提高了汽轮机组运行的安全性和稳定性，因此此次电厂的汽轮机振动保护改造优化是成功的。

［1］吴佼佼.王喆.600MW 汽轮机振动保护改进[J].重庆电力高等专科学校学报，2010，4.

［2］陈尚兵，王会.汽轮机振动保护逻辑的优化与探讨[J].浙江电力，2008.