3500机组状态监测系统在汽轮机的应用

中国石油化工股份有限公司广州分公司 杨 敬

1.前言

广州石化动力事业部现正常运行有4套汽轮发电机组，所有机组的状态监测系统采用的都是3500系列TSI保护系统。在这里重点介绍电涡流探头的选型、安装技巧以及故障处理。

2.汽轮机安全监视以及联锁功能的内容

2.1 转速及零转速

机器转速值是汽轮机组开车、停车以及稳定运行时的重要参数。而零转速是预先设定的轴旋转速度，当运行的机器需停车时，机器转速达到零转速设置点，继电器触点动作，使盘车齿轮啮合，使轴持续慢速旋转，来防止轴产生弯曲，以避免在接踵而来的开车中由于轴弯曲对机器造成损坏。

2.2 超速保护

对于机组，超速是最危险的情况之一，如不加以控制，会造成机组重大的事故。

2.3 轴振动监测

对旋转机械来说，衡量其全面的机械情况，转子径向振动振幅，是一个最基本的指标。

2.4 盖振

大轴的振动可以传递到轴承壳上，该系统可利用速度传感器测量机壳相对于自由空间的运动速度，变成位移信号。

2.5 偏心

转子的偏心也叫轴的径向位置，是转子在轴承中的径向平均位置，一旦机器承受预加负荷，轴颈就会出现偏心，其大小由偏心度峰-峰值来表示，即轴弯曲正方向与负方向的极值之差。

2.6 轴位移

轴在运行中，由于各种因素会使轴在轴向有所移动。这样转子和定子之间有可能发生动静磨擦，所以需用传感器测量转子相对于定子轴向位置的变化。

2.7 胀差

胀差是转子和汽缸之间的相对热增长的差值，超过允许间隙时，便可能产生磨擦。所以监视胀差值的目的，就是在产生磨擦之前采取必要的措施。

2.8 热膨胀

汽轮机在开机过程中由于受热使其汽缸膨胀，如果膨胀不均匀就会使汽缸变斜或翘起，知道了汽缸膨胀和胀差，就可以确定转子和汽缸的膨胀率。

3.探头工作原理

整个测量回路由趋近式探头、延伸电缆、前置器、信号电缆、监测器组成。根据麦克斯韦电磁理论，趋势传感器线圈中通入高频电流之后，线圈周围会发生高频磁场，该磁场穿过靠近它的转轴金属表面时，会在其中感应产生一个电涡流。根据楞次定律，这个变化的电涡流又会在它的周围产生一个电涡流磁场，其方向和原线圈磁场的方面刚好相反，这两个磁场相叠加，将改变原线圈的阻抗。将阻抗的变化测出，并转换成电压或电流输出，即可以反应间隙的变化。

4.探头的标定

4.1 做探头曲线原理

间隙和电压之间成正比。但由于边缘效应。在其低端和高频呈非线性关系。要准确检测轴的振动位移变化量，必须让探头工作在线性段，以确保监视仪在整个监测范围的准确性。

4.2 传感器校验

4.2.1 校验仪表：

TK3-2E校验仪；电压表；直流稳压电压

4.2.2 特性曲线校验

a.用把探头固定在探头座上，使顶端接触到校验靶片，调节TK3-2E校验仪上千分尺，使示值对准0mm；然后增加0.25mm，记录电压表的电压值每次增加0.25mm间隙，直到示值为2.5mm，记录每一次的输出电压，校验点不小于10点。

b.以所记录的数据绘制被校探头传感器系统的间隙－电压曲线，根据所绘制出的间隙－电压曲线，确定传感器系统的线性范围，应不小于2mm，计算出的传感器系统的灵敏度应为7.874v/mm，在线性范围内非线性偏差不大于20μm。传感器线性范围的中心为轴位移传感器的静态设定点。

c.振动传感器的校验方法与数据记录同轴位移传感器一样，同时也要绘制出传感器系统间隙－电压曲线，并计算出灵敏度。在2mm的线性范围内传感器系统的误差不大于5%.

4.2.3 传感器的动态调校步骤如下

a.将千分尺固定于TK-3振荡器摆臂上，调好零位。然后滑动摆臂，拨转振动盘使震荡幅度等于欲校点值，如：50µm、100µm、150µm、200µm等固定摆臂。

b.拆下千分尺，换装上探头，调到曲线中点间隙检查。

c.开启TK-3振荡器电源，调整转速到机组转速3000r/n,记录万用表输出交流电压值是否与理论计算值相等。

d.计算公式

校验点电压值＝校验点示值×灵敏度×0.707/2

例：校验点示值为100µm，灵敏度：7.874v/mm

校验点电压值＝100×0.007874×0.707/2＝0.278V

5.探头的安装及使用要求

(1)被测处轴平面不得有凹凸不平的锤痕，孔隙，或槽沟等，并经消磁处理，托架和其他结构的材料应是刚性的。

(2)3300系列双平面径向振动探头，须在同一轴截面互成90°安装。

(3)轴向位移探头应装在与轴向运行一致的表面，探头顶端绝缘层必须保持完好、无破损，延伸电缆也一样。

(4)为防止电磁干扰，前置器必须绝缘安装，并应采取正确的信号线屏蔽接地，并在控制室内接地，避免形成接地环路。

(5)轴振动探头安装间隙电压应在探头线性曲线中心，轴位移探头安装，应由机修人员把轴撬到零位参考位置（工作面），把轴位移探头间隙电压调至探头线性曲线中心，也就是轴位移表校验时的零位，探头装好之后，还需和监控仪核对，看是否指示零位。如零位一致，再由机修人员将轴撬到非工作面，分别看监视仪所指示的上下行串量是否和机修人员用千分表测得的轴串量一致，若不一致，可从机械、仪表两方面找原因，若一致，可紧固探头。

(6)探头支架紧固螺丝及探头紧固都必须加弹簧垫片及垫片，防止振松。

(7)探头与延伸电缆连接前必须用电气清洗剂清洗，接头必须拧紧，用生料带包扎再用热缩管密封，用尼龙扎带扎紧。探头及延伸电缆在机组内必须捆扎好，防止机组轴承高速旋转时将延伸电缆磨坏。延伸电缆引出缸体时，必须用密封胶598进行密封防止漏油。

6.3500系统硬件及组态

6.1 3500系统硬件组成

框架：3500/05

电源：3500/15

框架接口：3500/20

通道继电器模块：3500/32

位移监测器：3500/40（可用于径向振动、轴位移、轴偏心、差胀）

差胀/轴向位置监视器：3500/45

转速模块：3500/50

超速保护模块：3500/53

6.2 系统组态

硬件组态：

Rack Configuration Software为3500系统与用户的人机接口，安装好后，将计算机与3500系统用专用电缆连接起来便可进行系统组态。软件的左边的“Options”与“Setpoints”分别为各模块的组态及模块报警值的设定。选择与工作目的一致的按钮后，便可点击对应的模块，如选“Options”后点第二块模块后出现如下画面：为各通道的简要说明，各通道的具体参数设置可以在对应的通道下点“Options”便可出现该通道的具体参数设置画面。各通道的具体参数设置可以参考具体的软件操作手册，相对明了，不做具体介绍。当组态修改完给，便可点击主画面上的“Download to Rack”，在确认出现的对话框中后便可将新的组态下装到3500系统中。

7.故障检查及处理

常见故障检查：

在机组运行过程中振动、位移指示有偏差，可用如下方法进行检查。（此方法是在探头、延伸电缆正常工作的情况下）

例1：如轴振动现指示150um，此轴振动灵敏度为8.874v/mm。

1.轴振动的峰峰值＝150×0.00874×0.707／2 =0.417V

2.再到现场前置器接线盒用万用表交流的挡2V挡测量前置器COM与OUT电压是否0.417V，就可判断此指示是否正确，是否偏大还是偏小。

例2：如轴位移现指示＋1mm，此轴位移灵敏度为3.94v/mm（此探头设置为远离为正向），如零位电压值为10V。

1.先算抽位移1mm的电压值＝10＋3.94V×1=13.94V

2.再到现场前置器接线盒用万用表直流电压挡20挡，测量前置器COM与OUT电压是否是13.94v，就可判断此指示是否正确。

8.结束语

动力事业部汽轮机组的状态检测系统经过由哈汽国产监测系统、7200状态监测系统、3300状态系统，再到现在的3500状态监测系统，经过多次精心改造，对现场仪表精心维护，目前全部汽轮机状态联锁系统运行良好，系统稳定可靠，为广州石化千万吨炼油改扩建提供了有力保证。