Epro MMS6000应用于TSI系统中的问题研究

姜烈伟

(广东粤电集团有限公司韶关发电厂，广东 韶关 512132)

Epro MMS6000应用于TSI系统中的问题研究

姜烈伟

(广东粤电集团有限公司韶关发电厂，广东 韶关 512132)

以某电厂330 MW机组Epro MMS6000 TSI系统为研究对象，针对瓦振信号突变的现象，通过检修质量判断、运行工况分析、控制回路测试以及汽轮机监视仪表(TSI)系统接地网络检查、分析，判定因TSI系统接地不良导致信号电缆屏蔽层未起到屏蔽作用，使得干扰通过电缆或地网窜入振动信号中，引起瓦振信号突变。对以上原因进行分析，重新搭设了TSI系统接地网络。方案实施后，TSI系统振动信号未出现异常，机组安全、稳定运行。实际运行证明了该方案的正确性，为解决TSI系统信号异常提供了一种有效方法。

汽轮机;发电厂;燃煤机组;瓦振;TSI;干扰

0 引言

汽轮机监视仪表(turbine supervisory instruments，TSI)系统用来连续测量汽轮机的转速、振动、膨胀、偏心、轴向位移等机械参数，并将测量结果送入控制、保护系统。其一方面，供运行人员监视、分析旋转机械的运转情况；另一方面，在参数越限时执行报警和保护功能。以其所监视的轴向位移为例，汽轮机轴向位移过大时，轻则可能造成烧瓦、轴颈局部弯曲事故，重则会导致汽轮机发生摩擦、碰撞，从而造成叶片折断、大轴弯曲、隔板和叶轮碎裂等恶性事故。因此，TSI系统对于机组的安全运行起着至关重要的作用。同时，对TSI系统的稳定性提出了更高的要求。

本文以某电厂330 MW机组的TSI系统为例，对瓦振信号突变的问题进行测试、分析，通过检修工艺检查、控制回路测试、TSI系统接地网络分析，判定根本原因是TSI机柜接地不良。2015年3月，按照方案重新搭设了TSI系统接地网络。应用至今，Epro MMS6000系统运行稳定、可靠，为燃煤机组的安全运行提供了有力的保障。

1 系统简介

某发电厂330 MW燃煤机组汽轮机采用由东方汽轮机有限公司制造的N330-16.67/537/537-8型(合缸)亚临界、中间再热、两缸两排汽凝汽式汽轮机；所配备的TSI系统为德国Epro(原菲利普)公司MMS6000系列产品，主要由传感器、延长电缆、前置器、就地电缆和监测保护系统组成；MMS6000所有板件均采用针式接插件，电源部分采用15芯接插件，其余均采用48芯接插件。所有插针都通过导线连接到机柜的端子排上，输入信号经端子排通过针式插件进入板件，经板件处理后，输出信号再由针式接插件送至端子排。

2 故障概述

从2014年11月开始，该机组2#瓦瓦振出现异常波动，表现为：当机组负荷上升时，振动值下降，最小值为14.35 μm；当机组负荷下降时，振动值上升，最大值为47.73 μm；在阀门切换过程中，当3#高压调速汽门开启时，振动值上升，最大值为57.26 μm。

瓦振过大时会发生轴封/汽封磨损、滑销磨损、转动部件疲劳强度降低等危害，严重时会发生烧瓦、轴弯曲等恶性事故。因此,振动故障对机组安全生产构成重大隐患。一旦发生故障，后果往往非常严重[1]。

3 数据采集

TSI系统瓦振监测卡件为MMS6120，所使用探头为PR9268/20速度式探头，垂直安装于每个瓦盖顶部。轴振监测卡件为MMS6110，所使用探头为PR6423型涡流传感器。每个轴承处安装两只互成90°的探头，垂直于轴承，且与水平方向的夹角为45°，分别测量X、Y方向的涡流。为了解决2#瓦轴振和瓦振的突变问题，决定在高负荷状态下，进行降负荷试验和阀切换试验，以监测1#、2#瓦轴振和瓦振变化趋势，采集相关数据。同时，在就地2#瓦瓦振传感器旁增加一个Bently 9200型速度传感器，以便对比分析。振动测试系统如图1所示。

图1 振动测试系统示意图

经中国南方电网电力调度控制中心批准，机组于2015年12月9日下午进行变负荷试验和阀门切换试验；17时03分，机组从290 MW开始降负荷；18时35分，机组开始由顺序阀切单阀运行。

从振动测试结果可以得出，机组降负荷和阀门切换过程中，1#瓦瓦振振动幅值波动量达到15～20 μm；振动异常主要表现在2#瓦瓦振的波动，2#瓦瓦振振动幅值波动量达到40～80 μm；2X轴振、2Y轴振幅值变化平稳，未见异常突变。而就地增加安装测点的振动不超过10 μm，未出现明显波动，与机组自备测点测试值差别较大。

从瓦振瀑布相关数据可以看出，2#瓦瓦振波动源于低频分量的影响，低频分量波动范围为6～57 Hz之间，且该低频分量大多集聚在10 Hz，在积分成位移过程中低频分量信号被放大[2-3]，所以出现了幅值变大的情况。

4 故障分析与结论

4.1 故障分析

从增加的现场测点振动趋势不难看出，就地增加测点的振动未出现明显波动，与机组自备测点测试值差别较大。Epro公司的9268传感器的最低拾振频率为4 Hz(最低拾振频率为Epro传感器的特性参数，是产品的原特性，不能改变[4])；而Bently 9200传感器的最低拾振频率大于10 Hz(最低拾振频率为Bently传感器的特性参数，是产品的原特性，不能改变[4])，且端值部分存在频响误差。瓦振传感器检验报告统计数据表明，Bently瓦振传感器的低频响应均大于10 Hz。2#瓦瓦振波动受低频分量的影响，且低频能量带大多集中在10 Hz。因此，就地临时安装的Bently瓦振传感器对该振动不敏感是可以解释的。

根据以上测试，将从以下4个方面对2#瓦瓦振信号突变的成因进行分析。

①检修工艺及质量检查、判断。

机组检修过程中，考虑到检修工艺、质量方面因素，1#瓦、2#瓦刚性度不够、瓦盖紧力不够等原因，也可导致2#瓦瓦振突变[5]。虽然这种现象概率很小，但也不能完全排除这种可能性。通过现场检查发现，刚性度及紧固程度均正常。

②运行工况。

由于机组运行工况发生改变，凝汽器循环水流量、水位也随之发生变化。如果流量、水位变化过快，会对凝汽器两端形成浪涌式冲击，引起凝汽器箱体低频振荡[6]。由于凝汽器的悬挂结构为弹性，前端正好在2#瓦下方，且1#、2#瓦处的转子质量相对低压转子侧要轻。因此，当发生这种现象时，凝汽器另一端的5#、6#瓦也应有响应，只不过转子前端反应会更敏感。通过查看5#、6#瓦瓦振DCS历史趋势，发现振动曲线平滑，没有突变现象，由此可以排除这种可能。

③控制回路测试。

将2#瓦瓦振信号正负端倒置后接入端子排，此时振动值大幅下降，分析原因为负向干扰较少，而正向信号干扰较多。解除2#瓦瓦振探头接线，将3#瓦瓦振探头拆下并安装至2#瓦处，结果2#瓦瓦振还是突变，此时推断干扰来自电缆。

将2#瓦轴振前置器至监测卡件的信号线以及瓦振探头接线全部解除，使前置器、轴振探头、瓦振探头与TSI系统全部分离，然后对2#瓦所有与机柜直接相连的振动信号电缆进行绝缘测试。2#瓦振动信号线绝缘测量值如表1所示。

表1 2#瓦振动信号线绝缘测量值

由表1可以看出，与机柜直接相连的信号线和屏蔽线绝缘均合格。由此可以断定，TSI机柜端接地不可靠。

④TSI系统接地网络。

TSI系统机柜内共有3排框架，每一个框架都有一个公共接地端。将信号COM线连在一起组成系统的公用零位，最终与信号电缆的屏蔽层一起直接连接到机柜接地端子上。TSI系统接地网络如图2所示。但机柜内未发现接地铜排，TSI接地的电缆在机柜内向下穿过地板，去向不明。

经现场检查，TSI系统接地电缆连接在3#接地汇流板上，接在3#汇流板上的地线有：脱硫系统机柜接地、电气系统ECS机柜接地、UPS电源地等，共7根接地线。这就容易导致其他接地的较大干扰信号通过接地网络接入TSI系统[7]，引起测量信号异常。另外，这种接地网混接的方式也不符合“同一信号回路或同一线路屏蔽层只允许有一个接地点”的电力行业相关规定[8]。

4.2 故障分析结论

在低压缸瓦振的测量中，常常出现低频信号，主要原因是低压缸的轴承采用座缸式。低压缸结构复杂，流体参数变化容易对缸体的振动产生影响，从而导致座缸轴承的相应振动，汽机平台也会将低频管道振动的影响传递到轴承上[9-10]；同时，TSI系统现场设备运行环境为高温、强电磁场环境，由于机柜接地不良，来自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)信号[11]，会通过电缆或地网叠加在原信号上，从而引起模拟量波动或突变。

经过以上测试、分析，可以得出如下结论：TSI瓦振信号异常的原因应为TSI机柜接地不良，由此导致信号电缆屏蔽层未起到屏蔽作用，使得干扰信号通过电缆或地网接入瓦振信号中，引起示值波动、突变。

5 解决方案与实施效果

由于接在3#汇流板上的地线有脱硫系统机柜接地、电气系统ECS机柜接地等7根接地线，因此需将TSI系统接地网剥离出来，以使TSI系统接地网络稳定、可靠。

解决方案如下。

①将TSI地线从3#汇流板中抽取出来，直接从热控接地桩单独接一根截面积为50 mm2的接地线引到TSI系统，使TSI系统具有独立的接地网络。

②接地线应采用多芯软铜线，接地电缆线应与接地母线排可靠连接。

③TSI接地电阻不应大于1 Ω。

机组检修期间，按照上述方案，重新敷设了接地线，瓦振、轴振测量参数未出现突变等异常现象。MMS6000系统运行稳定，机组运行安全性显著提高。

6 结束语

本文针对330 MW机组的Epro MMS6000系统瓦振信号异常突变问题，在进行运行工况分析、控制回路测试以及系统接地网络检查、分析后，重新搭设接地网络，彻底解决了TSI系统振动信号异常问题。实际运行表明，TSI系统稳定可靠，保证了燃煤机组的安全运行。

[1] 施维新，石静波.汽轮发电机组振动及事故[M].北京:中国电力出版社,2008:327-335.

[2] 郭平英，党原健，李健.罗马尼亚330MW汽轮发电机组振动分析及处理[J].热力发电，2006,10(5):46-48.

[3] 严普强，乔陶鹏.工程中的低频振动测量与其传感器[J].振动、测试与诊断，2002,22(4):248-251.

[4] 徐科军.传感器与检测技术[M].3版,北京:电子工业出版社,2011:75-79.

[5] 张秋生，范永胜，史文韬，等.1000MW汽轮机组轴瓦振动保护误动的原因分析及对策[R].中国动力工程学会超超临界机组技术交流会，天津:2013.

[6] 寇胜利.汽轮发电机组的振动及现场平衡[M].北京:中国电力出版社,2007:192-207.

[7] 孙玮，唐培全，杨文强.汽轮机监测系统(TSI)现场噪声干扰及其抑制[J].化工自动化及仪表，2006,33(1):67-69.

[8] 中国电力企业联合会.DL5190.4-2012 热工仪表及控制装置[S].北京:中国电力出版社,2012.

[9] 朱静波.汽轮机组振动信号的测量与分析[J].工业控制计算机，2010,23(4):7-8.

[10]孙长生，王建强，项谨.汽轮机监视仪表可靠性分析与改进措施[J].中国电力,2007,11(9):86-88.

[11] 逯茵.汽轮机监测保护系统故障分析及处理[J].自动化博览，2013(1):88-90.

Research on the Application of Epro MMS6000 in TSI System

JIANG Liewei

(Shaoguan Power Plant, Guangdong Yudean Group Co.,Ltd.,Shaoguan 512132,China)

Taking the Epro MMS6000 TSI system of certain 330 MW power unit as the research object, in view of the phenomenon of signal mutation of bearing housing vibration, through judging by the quality of maintenance, the operation condition analysis, the control loop test a turbine supervisory instrumentation(TSI)system, it is considered that the poor grounding of TSI system may lead to the shielding layer of signal cable does not play a role in shielding, so that the interference signal is fleeing into the vibration signal through the cable or the grounding network, which causes the sudden change of the bearing housing vibration signal. According to the above analysis, a TSI grounding network is rebuilt. After the completion of the scheme implementation, abnormal vibration signal of TSI system does not appear, this ensures the safe and stable operation of the unit. The actual operation proves the correctness of the design; and the research provides an effective method to solve the problem of abnormal signal for TSI system.

Turbine; Power plant; Coal-fired unit; Bearing housing vibration; Turbine supervisory instrumentation(TSI); Interference

姜烈伟(1979—)，男，学士，高级工程师，主要从事火电机组自动化及过程控制方面的研究。E-mail:108893063@qq.com。

TH-3;TP27

A

10686/j.cnki.issn 1000-0380.201701024

修改稿收到日期:2016-08-16