因汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）系統(tǒng)問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)組跳閘的情況近2a呈上升趨勢(shì)，引起了各大發(fā)電公司的關(guān)注。為此，對(duì)浙江省內(nèi)和一些省外發(fā)電機(jī)組的TSI系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行了調(diào)研，歸類統(tǒng)計(jì)和分析了引起故障的主要原因，探討了提高TSI系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的技術(shù)改進(jìn)措施。
　　
　　一、TSI系統(tǒng)故障原因分析與處理
　　
　　通過(guò)對(duì)近60臺(tái)機(jī)組運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)，將引起TSI系統(tǒng)異常的主要原因、處理措施及可能存在的隱患?xì)w納如下。
　　
　　1.1測(cè)量部件故障
　　
　　這類故障現(xiàn)象多數(shù)表現(xiàn)為信號(hào)突然變化，但影響機(jī)組的結(jié)果不同，如某30OMW機(jī)組4號(hào)軸承y方向振動(dòng)信號(hào)，突然跳變超過(guò)保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值（高Ⅱ值）而導(dǎo)致停機(jī)（見(jiàn)圖1）。檢查未發(fā)現(xiàn)任何異常情況，更換探頭、前置器后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。　　
　　另一臺(tái)60OMW機(jī)組沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，6號(hào)軸承Y方向軸承振動(dòng)信號(hào)突然由30μm增大直到報(bào)警設(shè)定值（高Ⅱ值），停機(jī)后仍在μm至80μm間周期性波動(dòng)（見(jiàn)圖2）。先后更換卡件、前置器和延伸電纜，波動(dòng)末消除，更換探頭后恢復(fù)正常。　　
　　1.2振動(dòng)信號(hào)易受干擾
　　
　　振動(dòng)信號(hào)由安裝在軸承處的探頭測(cè)得的軸相對(duì)振動(dòng)信號(hào)和安裝在軸承上的速度（加速度）探頭測(cè)得的軸承振動(dòng)信號(hào)疊加得到。據(jù)統(tǒng)計(jì)振動(dòng)單點(diǎn)信號(hào)作保護(hù)，導(dǎo)致機(jī)組誤跳閘的概率大，如某機(jī)組1號(hào)軸承Y方向振動(dòng)信號(hào)突變，查閱DCS歷史曲線（見(jiàn)圖3），該軸的振動(dòng)信號(hào)（圖中蘭線，紅線為X方向相對(duì)振動(dòng)信號(hào)）瞬間超過(guò)高Ⅱ值，持續(xù)時(shí)間約4s，但未停機(jī)，當(dāng)時(shí)無(wú)設(shè)備啟停操作，測(cè)量系統(tǒng)無(wú)異常。調(diào)閱本特利公司3500裝置記錄與組態(tài)，發(fā)現(xiàn)通道接線與組態(tài)不符，跳機(jī)輸出信號(hào)實(shí)際未送出。　　
　　某機(jī)組11號(hào)軸承振動(dòng)信號(hào)誤發(fā)跳機(jī)，查閱DCS記錄:跳機(jī)前4min，該軸的振動(dòng)值開(kāi)始明顯增大直至超過(guò)高Ⅱ值;機(jī)組跳閘后4min內(nèi)，該軸的振動(dòng)峰值一度出現(xiàn)500μm并大幅振蕩;轉(zhuǎn)速下降至2420r/min時(shí)振蕩消失，波動(dòng)仍繼續(xù)存在，但上述時(shí)間段內(nèi)相關(guān)參數(shù)均無(wú)異變。
　　
　　振動(dòng)信號(hào)之所以導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作概率大，是因?yàn)檎駝?dòng)（用速度表示）需經(jīng)過(guò)一次積分轉(zhuǎn)換成所需的位移信號(hào)，以本特利公司產(chǎn)品為例，其換算公式為:
　　
　　D=1000V/3.14f
　　
　　式中D為位移（峰值），mm;V為速度（峰值），mm/s;f為頻率，Hz。
　　
　　由于積分過(guò)程中，速度信號(hào)會(huì)受到與頻率有關(guān)的增益影響，低頻增益大，高頻增益小。當(dāng)速度探頭受到低頻干擾時(shí)，有可能會(huì)影響輸出信號(hào)發(fā)生突變，復(fù)合后將輸出一個(gè)較大的振動(dòng)虛假信號(hào)，增大了保護(hù)誤動(dòng)作的概率。
　　
　　1.3單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)邏輯易誤動(dòng)作
　　
　　為保證動(dòng)作的及時(shí)性，TSI系統(tǒng)保護(hù)信號(hào)原設(shè)計(jì)多采用單點(diǎn)且不加延時(shí)。但由于TSI系統(tǒng)運(yùn)行在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境，來(lái)自其內(nèi)部的異常和外部環(huán)境因素產(chǎn)生的干擾都可能引發(fā)保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作。統(tǒng)計(jì)表明TSI系統(tǒng)的異常動(dòng)作，因被監(jiān)控參數(shù)真實(shí)變化導(dǎo)致的很少，因TSI裝置本身故障造成的比例也不高，多數(shù)是外部因素誘導(dǎo)下的誤發(fā)信號(hào)（通常維持時(shí)間低于5s）引起，且很多時(shí)候無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)重現(xiàn)故障。如某機(jī)組軸向位移信號(hào)瞬間突變至滿量程，導(dǎo)致機(jī)組跳閘（0.5s后該信號(hào)恢復(fù)正常），經(jīng)查無(wú)異常，機(jī)組重新啟動(dòng)后也一切正常。
　　
　　1.4接地與電纜防護(hù)不規(guī)范
　　
　　不同的地網(wǎng)間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，在屏蔽層產(chǎn)生環(huán)流，疊加在信號(hào)上會(huì)引起模擬量波動(dòng)或突變，因此，可靠的接地和電纜防護(hù)措施對(duì)抑制干擾非常重要，統(tǒng)計(jì)中的不少實(shí)例證實(shí)了這一點(diǎn):
　　
　　某機(jī)組在75OMW運(yùn)行時(shí)，3號(hào)瓦振動(dòng)持續(xù)跳變，原因是電纜的屏蔽線沒(méi)有接地;
　　
　　某脫硫系統(tǒng)的增壓風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)，振動(dòng)信號(hào)一直跳變甚至超過(guò)高Ⅱ值，原因是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量機(jī)柜接地虛焊;
　　
　　某60OMW機(jī)組基建調(diào)試階段，脫硫增壓風(fēng)機(jī)因振動(dòng)信號(hào)跳變導(dǎo)致跳閘，經(jīng)仿真試驗(yàn)，原因是電焊機(jī)在TSI測(cè)量機(jī)柜附近焊接，機(jī)柜處于電焊機(jī)接地點(diǎn)與焊接點(diǎn)間，焊接時(shí)機(jī)柜附近接地線上產(chǎn)生的電勢(shì)差經(jīng)電場(chǎng)耦合進(jìn)入信號(hào)線后，導(dǎo)致卡件與前置器損壞;
　　
　　某60OMW機(jī)組4號(hào)軸承振動(dòng)信號(hào)跳變和某30OMW機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)跳變，分別引起機(jī)組跳閘，經(jīng)查原因都是連接電纜安裝敷設(shè)時(shí)未做好防護(hù)，其屏蔽層因振動(dòng)等原因磨損，造成2點(diǎn)或多點(diǎn)接地引起。
　　
　　1.5連接接頭松動(dòng)或污染
　　
　　延伸電纜接頭、前置器及機(jī)柜接線在安裝檢修時(shí)未緊固，或隨時(shí)間推移及氣候、氧化等因素影響，原先緊固的接頭和接線也會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)或接觸不良，引起信號(hào)波動(dòng)。如某機(jī)組的軸向位移，顯示由0.lmm瞬間跳變?yōu)?1.67mm，后又自行恢復(fù)，此情況反復(fù)出現(xiàn)，查明原因是探頭延伸電纜與前置器的接頭松動(dòng)引起。另一機(jī)組轉(zhuǎn)子靜止情況下汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)跳變，測(cè)量間隙電壓在12-15V波動(dòng)，原因是測(cè)速探頭線連接延伸電纜的接頭接觸不良引起。
　　
　　對(duì)于TSI系統(tǒng)，探頭、延伸電纜和前置器，三者是一個(gè)測(cè)量整體，有相應(yīng)的阻抗和特性曲線，一旦因外界因素導(dǎo)致其變化，也會(huì)引起信號(hào)異常。如某機(jī)組運(yùn)行中8號(hào)軸承Y方向振動(dòng)信號(hào)波動(dòng)大，原因是前置器連接延伸電纜的接頭內(nèi)有雜質(zhì)引起。
　　
　　1.6運(yùn)行環(huán)境影響
　　
　　外部磁場(chǎng)影響會(huì)引起測(cè)量信號(hào)異常。如某機(jī)組6號(hào)軸承振動(dòng)大報(bào)警，原因是該軸承上方漏雨，運(yùn)行人員用塑料布覆蓋并用磁鐵固定，結(jié)果干擾了振動(dòng)測(cè)量。另一機(jī)組靠發(fā)電機(jī)側(cè)的5號(hào)瓦振動(dòng)信號(hào)故障，檢查探頭支架帶有20V交流電壓，原因是該瓦軸承接地電刷接觸不良引起。
　　
　　測(cè)量回路電纜老化也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。某機(jī)組汽泵軸承振動(dòng)不定期的顯示波動(dòng)，原因是就地電纜因環(huán)境溫度高老化引起。另一新建機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行不到la，軸向位移信號(hào)誤發(fā)，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)，原因是回路中使用了橡皮電纜，接觸油后老化，絕緣層開(kāi)裂引起。
　　
　　1.7內(nèi)部軟件設(shè)置不當(dāng)
　　
　　為減少TSI系統(tǒng)單點(diǎn)信號(hào)作保護(hù)引起的保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作，有的機(jī)組增加證實(shí)信號(hào)，保護(hù)邏輯修改為二選二。但如果TSl內(nèi)部軟件設(shè)置不當(dāng)和維護(hù)不及時(shí)，同樣會(huì)導(dǎo)致機(jī)組誤跳閘。
　　
　　某機(jī)組運(yùn)行中，3號(hào)軸承振動(dòng)高Ⅱ值信號(hào)誤發(fā)跳機(jī)，檢查保護(hù)邏輯為本軸承的相對(duì)振動(dòng)x向高Ⅱ值信號(hào)和Y向高Ⅱ值信號(hào)組成"與"邏輯，按理不應(yīng)動(dòng)作停機(jī)。但檢查裝置輸出設(shè)置為"閉鎖"（信號(hào)消失后需人工復(fù)位），再檢查歷史記錄，發(fā)現(xiàn)3號(hào)軸承Y向振動(dòng)信號(hào)1個(gè)月前曾達(dá)高Ⅱ值，因未復(fù)位輸出信號(hào)被保持。當(dāng)3號(hào)軸承X向相對(duì)振動(dòng)通道故障時(shí)，"與"邏輯條件滿足導(dǎo)致跳機(jī)。
　　
　　1.8保護(hù)定值偏大
　　
　　國(guó)內(nèi)發(fā)電杭組汽輪機(jī)的軸承振動(dòng)信號(hào)，都統(tǒng)一設(shè)計(jì)高Ⅱ值為125μm，高Ⅱ值為25Oμm，有多次汽輪機(jī)本體異常情況下裝置未起到保護(hù)作用。如某60OMW機(jī)組運(yùn)行時(shí)振動(dòng)信號(hào)發(fā)生突變，振動(dòng)數(shù)據(jù)分析判斷有物飛落，經(jīng)查中-低靠背輪的螺栓蓋板半個(gè)飛脫，但振動(dòng)zui大值也剛到高Ⅱ值。另一臺(tái)60OMW機(jī)組運(yùn)行在358MW負(fù)荷時(shí)，因鍋爐原因跳機(jī)，機(jī)組重啟后其低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)明顯增大，當(dāng)時(shí)進(jìn)行了動(dòng)平衡處理。1a后機(jī)組檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子圍帶飛脫嚴(yán)重，其中低壓轉(zhuǎn)子第3級(jí)動(dòng)葉片圍帶均有多段發(fā)生損壞或脫落，但異常情況發(fā)生時(shí)的振動(dòng)值離高1值相差甚遠(yuǎn)。
　　
　　1.9電源系統(tǒng)未冗余
　　
　　目前仍有機(jī)組的TSI系統(tǒng)為單電源供電，或雖然采用了雙路電源但電源模塊仍為單個(gè)。盡管至今還未出現(xiàn)因電源失去使TSl系統(tǒng)癱瘓的情況，但單電源供電始終是安全隱患。
　　
　　二、提高可靠性的技術(shù)措施
　　
　　據(jù)上分析，如果在增加一些容錯(cuò)設(shè)計(jì)，將單點(diǎn)保護(hù)信號(hào)改為三選二邏輯，或限于現(xiàn)場(chǎng)條件僅加入證實(shí)條件改為二選二邏輯，甚至增加一點(diǎn)延時(shí)（但要充分論證可能帶來(lái)的后果）的同時(shí)，規(guī)范TSI系統(tǒng)安裝、線路的連接及運(yùn)行維護(hù)管理，則保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作次數(shù)都將會(huì)大大減少。為此，本著保護(hù)系統(tǒng)要"杜絕拒動(dòng)，防止誤動(dòng)"的原則，提出以下技術(shù)改進(jìn)措施，供TSI系統(tǒng)檢修和運(yùn)行維護(hù)中參考。
　　
　　2.1電源
　　
　　（l）TSI系統(tǒng)應(yīng)配置2路可靠的AC220V電源冗余供電和2塊電源模塊，切換時(shí)間應(yīng)保證TSI裝置不會(huì)初始化。
　　
　　（2）當(dāng)保護(hù)電源采用廠用直流電源時(shí)，在查找接地故障時(shí)應(yīng)有確保不會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)作的措施。
　　
　　2.2保護(hù)邏輯及定值優(yōu)化
　　
　　（1）裝置輸出的跳機(jī)信號(hào)宜采用常開(kāi)且2路輸出至ETS系統(tǒng)組成"或"邏輯，防止輸出繼電器故障、接線松動(dòng)、汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）輸入通道等故障造成保護(hù)拒動(dòng)。原設(shè)計(jì)振動(dòng)信號(hào)作保護(hù)信號(hào)源的，改用相對(duì)振動(dòng)信號(hào)代替。
　　
　　（2）軸承相對(duì)振動(dòng)保護(hù)邏輯宜優(yōu)化為:本軸承的X向振動(dòng)信號(hào)高Ⅱ值和相鄰軸承的x向振動(dòng)信號(hào)高Ⅰ值、本軸承的x向振動(dòng)信號(hào)高Ⅱ值和Y向的高Ⅰ值分別組成"與"邏輯，再將所有"與"邏輯輸出信號(hào)組成"或"邏輯（在汽輪機(jī)車頭處面向汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)取左側(cè)探頭為X向;逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)取右側(cè)探頭為X向）。
　　
　　（3）保護(hù)邏輯優(yōu)化后，為防止保護(hù)拒動(dòng)宜減小振動(dòng)信號(hào)的高1值（由原設(shè)計(jì)的12m改為100am甚至更小），同時(shí)應(yīng)結(jié)合運(yùn)行時(shí)和機(jī)組啟動(dòng)過(guò)臨界時(shí)的振動(dòng)信號(hào)值，綜合考慮其高1值的定值。
　　
　　（4）汽輪機(jī)或30OMW及以上機(jī)組小汽輪機(jī)的軸向位移保護(hù)，原為單點(diǎn)信號(hào)或?yàn)槎x二邏輯的，當(dāng)條件許可時(shí)宜增加探頭改為三選二邏輯或具備同等判斷功能的邏輯輸出。
　　
　　（5）汽輪機(jī)高、中、低壓脹差，如單點(diǎn)信號(hào)作保護(hù)的可設(shè)置10~20s延時(shí)。為加強(qiáng)信號(hào)壞點(diǎn)剔除保護(hù)功能，脹差信號(hào)顯示量程可取跳機(jī)值的110%。如有2點(diǎn)脹差信號(hào)，其保護(hù)信號(hào)宜采用"與"邏輯。此外，汽輪機(jī)缸脹應(yīng)有報(bào)警信號(hào)，如設(shè)計(jì)單點(diǎn)信號(hào)作保護(hù)則宜取消。
　　
　　（6）超速保護(hù)均應(yīng)采用3路獨(dú)立的轉(zhuǎn)速信號(hào)，進(jìn)行三取二邏輯判斷。
　　
　　（7）為避免機(jī)組啟動(dòng)中過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)人為投切保護(hù)，應(yīng)充分利用裝置的定值倍增或自適應(yīng)功能。
　　
　　（8）TSI的輸入信號(hào)通道應(yīng)設(shè)置"斷線自動(dòng)退出保護(hù)"的判斷功能。
　　
　　（9）在DCS內(nèi)對(duì)振動(dòng)信號(hào)設(shè)置偏差報(bào)警。
　　
　　2.3安裝與線路連接
　　
　　（1）外置探頭應(yīng)安裝防電磁干擾保護(hù)罩。新安裝或檢修更換探頭時(shí)，應(yīng)選擇一體化且全程帶金屬皚裝保護(hù)的探頭電纜;否則要有可靠措施，確保延伸電纜接頭處的絕緣，其固定與走向應(yīng)無(wú)損傷電纜的隱患。汽輪機(jī)引出處無(wú)毛刺損壞電纜并確保密封;至接線盒的沿途信號(hào)電纜應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁干擾源和高溫區(qū)，并有可靠的全程金屬防護(hù)措施。
　　
　　（2）軸向位移、差脹探頭的檢修和調(diào)試應(yīng)在機(jī)務(wù)配合下進(jìn)行，并共同在探頭間隙傳動(dòng)記錄中簽字。
　　
　　（3）安裝前置器的金屬箱應(yīng)固定在較小振動(dòng)并便于檢修的位置，箱體底座墊lOmm左右橡皮后，固定牢固并可靠接地。本特利公司的前置器在箱內(nèi)務(wù)必浮空安裝（MMS6000系列和VM600系列產(chǎn)品沒(méi)有此要求），接口和接線確保緊固。輸出信號(hào)屏蔽電纜宜采用0.5—1.Ocm2的普通三芯，其屏蔽層在汽輪機(jī)側(cè)絕緣浮空;若采用四芯，備用芯應(yīng)在機(jī)柜端接地。電纜屏蔽層應(yīng)直接延伸到機(jī)架的接線端子旁，將屏蔽線直接接到機(jī)架的COM端或Shield端上。
　　
　　（4）COM端與機(jī)架電源的地線，出廠時(shí)缺省設(shè)置為導(dǎo)通，所以整個(gè)TSI系統(tǒng)通過(guò)電源地接地。當(dāng)連接其他系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)把TSI系統(tǒng)和被連接系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)考慮，并保證屏蔽層一點(diǎn)接地。如通過(guò)記錄儀輸出信號(hào)與第3方系統(tǒng)連接時(shí)，其COM端若浮空則可保持各自的獨(dú)立接地;若末浮空則TSI側(cè)的COM端需浮空。
　　
　　（5）TSI系統(tǒng)的報(bào)警和跳閘輸出，選擇總線輸出方式時(shí)，應(yīng)進(jìn)行斷開(kāi)檢查確認(rèn)。
　　
　　2.4運(yùn)行維護(hù)管理
　　
　　（l）TSI探頭第且次安裝前，或校驗(yàn)周期到期后的檢修安裝前，應(yīng)有具有檢定資質(zhì)的機(jī)構(gòu)出具的正式檢驗(yàn)合格報(bào)告。
　　
　　（2）振動(dòng)探頭處應(yīng)貼有警示牌，嚴(yán)禁磁性物體接近探頭或在探頭5m內(nèi)使用步話機(jī)通話。
　　
　　（3）TSI系統(tǒng)的電渦流探頭、延長(zhǎng)電纜和前置器，須成套校驗(yàn)并隨機(jī)組大修進(jìn)行，但瓦振探頭的校驗(yàn)周期不宜超過(guò)2a。為消除軸向位移、差脹探頭浸油后特性的少許變化，探頭宜放在潤(rùn)滑油里浸泡1~2d后再進(jìn)行線性校驗(yàn)。
　　
　　（4）任何時(shí)候一旦出現(xiàn)信號(hào)異變，或運(yùn)行中定期檢查信號(hào)記錄曲線發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)檢查與處理，并將曲線歸檔保存。
　　
　　（5）TSI保護(hù)信號(hào)進(jìn)入ETS邏輯的同時(shí)，又通過(guò)硬邏輯連接至跳閘回路的，聯(lián)鎖試驗(yàn)單上要特別注明，試驗(yàn)時(shí)需分別進(jìn)行。卡件故障后重新下載組態(tài)前，應(yīng)確認(rèn)系統(tǒng)可以自動(dòng)更新組態(tài);否則應(yīng)人工確認(rèn)組態(tài)參數(shù)的版本正確。
　　
　　（6）機(jī)組停機(jī)期間，緊固外置TSI探頭的安裝套筒;偏離標(biāo)準(zhǔn)間隙電壓較大的探頭，在條件允許的情況下重新安裝調(diào)試。
　　
　　三、結(jié)語(yǔ)
　　
　　為保證TSI系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，合理的邏輯和可靠的測(cè)量系統(tǒng)環(huán)境是基礎(chǔ)，及時(shí)的檢修和維護(hù)是保證，基于這一思想提出的上述技術(shù)措施，已作為浙江省能源公司《提高TSI系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的若干技術(shù)要求》，正在浙江省各電廠實(shí)施并取得效果。