崇电660mw机组tsi讲解

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1、中国水电崇信电厂 自动化 赵国亮,崇信电厂 汽轮机安全监视系统TSI,随着汽轮机组容量的不断扩大，蒸汽参数越来越高，热力系统也越来越复杂，汽轮机本体及其辅助设备需要监测的参数和保护项目越来越多。汽轮机是在高温、高压下工作的高速旋转机械，为提高机组的热经济性，大型汽轮机的级间间隙、轴封间隙选择的都比较小。在启、停和运行过程中，如果操作、控制不当，很容易造成汽轮机动静部件互相摩擦，引起叶片损坏、主轴弯曲、推力瓦烧毁甚至飞车等严重事故。为保证汽轮机组安全、经济运行，必须对汽轮机及其辅助设备、系统的重要参数进行正确有效的严密监视。当参数越限时，发出热工报警信号；当参数超过极限值危及机组安全时，保护装置

2、动作，发出紧急停机信号，关闭主汽门，实现紧急停机。,Turbing Supervisory Instrumentation,崇 信 电 厂 TSI 监 测 与 保 护 项 目,(1)轴向位移监测与保护； (2)低压缸胀差监测与保护； (3)转速监测与超速保护； (4)汽轮机相对振动监测与保护； (5)汽轮机绝对振动监测； (6)主轴偏心度监测； (7)高压缸绝对膨胀监测； (8)键相监测；,大型汽轮机组普遍安装成套的汽轮机安全监测仪表系统(Turbine Supervisory Instrumentation，简称TSI)。 主要包括: 美国本特利公司的7200、3300系列； 德国菲力浦公司

3、的MMS6000系列； 国产5000、8000和9000系列等； 这些系列TSI系统，以其高可靠性，为大型汽轮机组的安全运行提供了保证。我厂用德国菲力浦MMS6000系统。,Turbing Supervisory Instrumentation,一、轴向位移监测与保护,汽轮机是以高温、高压过热蒸汽为动力的高速旋转机械，为防止 汽轮机动静部件之间发生碰撞和摩擦，叶片与喷嘴之间、轴封动 静之间及叶轮与隔板之间必须保持适当轴向间隙。 过热蒸汽在膨胀作功时，使汽轮机转子产生巨大轴向推力，正常 情况下，轴向推力由推力瓦承受，当推力过大时将破坏油膜，转子发 生窜动，轴向位移增大，汽轮机动静部件发生摩擦、碰

4、撞，造成严重 事故，如：叶片断裂、主轴弯曲和叶轮碎裂等。 轴向位移监测与保护即当位移超过报警值时发出报警信号，提醒 运行人员处理；位移超过危险值时，保护装置动作，关闭主汽门、调 速汽门和抽汽逆止门，实现紧急停机。 电涡流式轴向位移传感器将转子轴向位移转换为电压信号，进行 指示、报警和停机保护。 电涡流传感器结构简单、灵敏、线性范围大、抗干扰能力强及不 受油污影响等优点，广泛用于轴向位移、振动、主轴偏心度、转速等 重要参数的测量。,一：轴向位移 我厂轴向位移共四个，装在汽轮机机头的推理轴承箱内的轴向位移支架上，其布置为1、3在机头侧，2、4在高压缸侧。 组成：探头PR6424电涡流传感器、前置器

5、类型CON 021 -2/-18V、卡件类型MMS6210。 安装：将汽轮机大轴推到工作端，1、3的安装电压为-10.56，2、4电压为-9.44.由于2、4反向测量，最终4个轴向位移均为+0.14. 量程：-2mm+2mm 报警值： 0.9mm 跳机值： 1.0mm 注：1或3与上2或者4发跳机信号,缸胀、胀差监测与保护,汽轮机在启动、暖机、升速和停机过程中，或在运行工况发生较大变动时，都会由于温度大幅度或快速变化，引起汽缸和转子不同程度的热膨胀。 汽轮机高、中、低压缸对应滑销死点(即汽轮机基础)的膨胀称为缸胀；转子与汽缸之间的相对膨胀差值，称为胀差(或差胀)。 转子膨胀量大于汽缸膨胀量为正

6、胀差： 原因：启动时，暖机时间不够，升速过快；负荷变动时，升负荷速度过快等。 汽缸膨胀量大于转子膨胀量为负胀差： 原因：减负荷速度过快；突然甩全负荷；空负荷或低负荷运行时间过长；主蒸汽温度过低或突降；发生水冲击；停机过程中，用轴封蒸汽冷却汽轮机速度过快；凝汽器真空急剧下降，排汽温度迅速上升时，造成低压缸负胀差增大等。 金属材料的绝对膨胀, 可以用以下公式表示: 式中, -材料的线膨胀系数, 1/ -温度增量, -计算截面与计算参考点的距离, 基 本 概 念,由于汽轮机轴封和动静叶之间的轴向间隙都设计的很小，在汽轮机启、停或运行过程中，如果胀差过大超过允许值时，就会使动静部分产生摩擦、碰撞，引起

7、机组强烈振动，甚至造成叶片断裂等严重事故。为保证汽轮机机组安全，必须装设汽轮机缸胀和胀差监测保护装置，当缸胀和胀差超限时，立即发送热工信号，进行声光报警；当超过危险值时，送出停机保护指令。 停机保护一般只在机组启停过程中和低负荷运行时投入，这是因为在正常运行时，胀差一般变化不大。,缸胀、胀差监测与保护, 目 的 及 意 义,CE (Case Expansion,缸胀) DE (Differential Expansion,差胀）,二、低压缸胀差监测与保护 我厂低压缸胀差测量为双锥面测量，倾斜角度14 ,共两个探头两个变送器一个卡件。其安装于低压缸与发电机之间的4、5号轴承箱内支架上。 组成：探

8、头类型PR6426电涡流传感器、前置器类型CON 021 -4/-20V、卡件类型MMS6210。 安装：探头1安装于发电机端，探头2安装于低压缸端，安装电压-12V. 量程： -41mm+41mm 报警值： 21mm和-2mm 跳机值： 21.8mm和-2.8mm,汽轮机转速监测与保护,转速监测的目的,汽轮机在设计时，转动部件的强度裕量是有限的。由于离心力与转速的平方成正比，当转速增加时，离心力就会急剧增大。当出现严重超速时，就很可能造成严重的设备损坏事故，甚至造成“飞车”恶性事故。 为保证汽轮机组安全运行，必须严密监测汽轮机的转速，并装设超速保护装置。大型汽轮机均设有多重超速保护装置：危急

9、保安器(或称危急遮断器，一般设置两套)超速保护装置、附加超速保护装置、电气式超速保护装置等。 危急保安器属于机械液压式超速保护装置，当转速超过额定转速的1012时，危急保护器动作，同时关闭主汽门和调速汽门，实现紧急停机。附加超速保护装置实际是一个滑阀，当超速l012时，危急保安器应动作而未动作，超速继续升高到14一15时，附加超速滑阀动作，使危急保安器动作，实现紧急停机。 电气式超速监测保护装置由转速测量部分和保护部分组成。当转速超速超过危险值时(不同机组的整定值不同)，电气式监测保护装置动作，发出紧急停机保护信号。 另外，大型汽轮机组均设有零转速监测装置，用于在停机过程中监视零转速状态，以确

10、保盘车装置及时投入，防止在停机过程中造成主轴永久性弯曲。,汽轮机转速监测与保护,汽轮机超速的主要原因,(1)由于电网、主变压器或发电机组发生故障，致使发电机油断路 器跳闸，汽轮机甩全负荷； (2)由于发电机侧电气故障，造成有功功率突降； (3)单台机组带负荷时，负荷突降； (4)正常停机过程中，机组解列时或解列后空负荷运行时，调节不当； (5)汽轮机启动过程中，闯过临界转速后应定速时，或定速后空负荷运行时，调节不当； (6)危急保安器做超速试验时； (7)运行人员违规操作，如：负荷调控速率过快，停机过程中带负荷解列，开启主汽门速度过快等； (8)调速器或功频电液调节装置故障。,汽轮机转速监测与

11、保护,转速测量方法（磁阻式）,磁阻式测速传感器由测速齿轮和磁阻传感器组成， 在被测轴上安装一个由导磁材料制成的齿轮，正对齿轮顶方或侧方安装一个磁阻传感器。磁阻传感器组成由永久磁钢和感应线圈组成。当汽轮机轴带动测速齿轮转动时，磁阻传感器与齿轮间磁路的磁阻产生交变。于是感应线圈的磁通随之发生交变，感应线圈产生交变感应电动势,磁阻式测速传感器 1一感应线圈；2软铁磁轭； 3一永久磁钢；4一支架,式中W-线圈匝数,-磁通,Z-齿轮齿数, n-转速,r/min。 感应电动势的交变频率为:,磁阻式测速具有简单、可靠和测量精度较高等优点，在我厂用于DEH转速测量中。,汽轮机转速监测与保护,转速测量方法（电涡

12、流式）,电涡流式速度传感器与电涡流式位移、振动传感器的工作原理是一致的。用电涡流传感器测速时，需在被测轴上开若干条槽(称为标记)，或在轴上安装一个带齿的圆盘。每当一个槽或齿经过传感器位置时，传感器探头测量线圈的等效电感就会发生变化，测量电路的输出电压随之发生变化，该电压经过整形后转换为脉冲信号。当主轴转动时，轴上的开槽或圆盘上的齿周期性地经过传感器位置，于是就会产生一系列的脉冲信号。将此脉冲信号送人频率测量电路，测出频率值。由于开槽数或圆盘齿数是固定的，测得的频率值就代表了被测转速的大小。这就是电涡流速度传感器的测速原理。,三、转速与超速 我厂汽轮机TSI转速测量共5个，其中3个是超速测量、1

13、个是转速、1个零转速。其中转速零转速安装于2、3号轴承箱，3个超速安装于4、5轴承箱。 组成：转速、零转速探头型号霍尔效应传感器PR9376，无前置器，卡件类型MMS6312；超速探头型号电涡流传感器PR6423,前置器型号CON 021 -4/-20V，卡件类型MMS6312. 安装：探头安装间隙1mm,先用塞尺塞进0.9mm以保证塞尺能够拔出即可，转速零转速就安装1mm即可，超速在安装1mm后，在将前置器电压调至-8V即可。 量程： （04000） rpm 报警值： 200rpm转速低报警、 1rpm零转速报警、 3090rpm超速报警 停机值： 3310rpm 三选二,汽轮机振动监测与保

14、护,一、振动的原因与危害,(1)汽轮机启动时，暖机时间不够，升速或升负荷太快，引起汽缸受热膨胀不均匀，或滑销系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀，使汽缸与转子轴线不对中； (2)凝汽器真空下降，使排汽温度上升，后轴承上抬，使汽轮机轴线前后不一致； 、 (3)靠背轮安装不正确，中心未对准； (4)汽轮机进汽温度不满足设计要求范围，使缸胀和胀差加大； (5)由于叶片断裂、脱落、结垢、平衡块安放不当等原因使转子质量不平衡； (6)主轴弯曲； (7)轴承油膜不稳或被破坏； (8)汽轮机内部动、静部分摩擦； (9)蒸汽带水进入汽轮机，发生水冲击等。 在启动，运行过程中，振动过大可能会造成严重危害，直接威胁机组

15、的安全运行。因此，大型汽轮机组必须安装振动监测保护装置，严密监视机组的振动情况。当振动超过报警值时，发送声光报警信号；当振动超过危险值时，发送停机保护信号。,汽轮机振动监测与保护,二、振动的监测方法,振动监测包括： 轴承座的绝对振动、主轴与轴承座之间的相对振动和主轴的绝对振动。 监测参数包括： 测振点的振动幅值、相位、频率和频谱图等。 振动测量传感器可分为： 接触式又可分为：磁电式、压电式等。 非接触式又可分为：电容式、电感式和电涡流式等。,汽轮机振动监测与保护,电涡流式振动传感器,前面介绍的电涡流位移测量方法均可用于测量振动。目前国内、外广泛采用电涡流式传感器用于测量振动，并且有替代磁电式振

16、动传感器的发展趋势。 右图为用电涡流振动传感器测量汽轮机主轴振动的安装示意图。传感器探头2通过支架4固定在机体5上，传感器的位置尽量靠近轴承座附近。当主轴振动时，周期性的改变主轴与传感器探头的距离，采用前面介绍的测量方法，即可将振动位移线性地转换为电压、频率等信号，经处理后供显示、报警和保护电路或记录仪表使用。以稳频调幅测量法为例，测量电路将振动位移转换为直流电压信号。,电涡流振动传感器 1-主轴 2-传感器 3、4支架 5-机体,汽轮机振动监测与保护,振动分析的基本原理,振动是十分复杂的，不仅要测量振动的幅值，而且要测量振动的频率和相位。 振幅是指振动幅度的峰峰值，是表征机组振动严重程度的重要指标；振动频率一般是指同步振动，常以转子转速(频率)的倍数形式来表示的，如lx(1倍频)、2x(2倍频)、x分频等；振动相位是描述转子在某一瞬间所在位置的一个物理量，在转子作动平衡试验、确定临界转速及作故障诊断、分析时，离不开精确的相位测量。相位测量通常采用键相位法，即在主轴上作一标记(如键槽