大型发电机组扭振保护安装调试技术研究

中国电建集团核电工程公司 侯端美 欧阳安纲

1 前言

随着电力需求日益增长，国内600MW及以上大型发电机组的蒸汽参数不断提高，轴系结构越来越复杂，轻质、柔性、多支承、多跨距、高功率密度的特征更加明显。这些因素都极大的增加了汽轮发电机组发生扭振特别是发生次同步震荡的危险，进而引发发电机轴系扭振，使大轴材料疲劳寿命损耗，严重时可能导致大轴扭断，威胁机组轴系安全运行。为避免造成发电厂发电设备的重大损坏和电网的严重损失，汽轮发电机组轴系扭振保护装置（Torsional Stress Relay,简称TSR）逐步成为电厂的重要保护装置。

扭振保护装置采取汽轮发电机组轴系转速信号和发电机端电气信号，分析各种扰动轴系截面疲劳损伤，当轴系寿命疲劳损耗达到设定值，或当轴系被激发特征频率的次同步扭振、振幅逐步发散可能对机组安全构成威胁时，发出或动作保护跳闸、告警及联动等。

目前扭振保护安装及调试技术尚未形成行业标准或规范，该装置安装技术的研究意义重大，有利于推动安装标准的形成，保证发电机组安全稳定运行。

2 发电机组扭振保护装置介绍

发电机大轴的转速传感器采集的转速脉冲信号是扭振保护的主要信号源，传感器的安装质量直接影响信号数据的采集。目前国内机组发电机机头及机尾测速齿轮上方扭振传感器安装位置，已安装了较多转速传感器、键相传感器、偏芯传感器，用于DCS、DEH、超速保护等。但是用于扭振保护双重化配置所需的共8只测速传感器（机头及机尾各4只）安装空间不足。因此，通过分析现场安装难点，将发电机组扭振保护安装调整如下：

2.1 扭振保护测速器安装在汽轮机靠近一号瓦前箱内，以往厂家配置的传感器支架未设计TSR传感器安装孔，传感器安装空间不足，根据传感器安装的要求，其中每两支为一对，每对传感器之间安装夹角为180º（见图1），通过研究借用热控专业支架，并进行改制，使其能够满足TSR传感器安装的要求。

图1 传感器安装位置

2.2 现场合理优化TSR就地接线盒安装位置，确保前箱安装的4支传感器引线不经延长线对接，实现与被测设备一体化安装，避免环境对信号测量的干扰。

2.3 在电缆桥架上采取隔离措施，建立扭振保护电缆敷设专用通道，在主通桥架和分支桥架中间加设镀锌隔板，采用焊接的办法将桥架分为两侧，扭振保护信号电缆单独敷设。

2.4 将保护柜内二次接地铜排，通过1×120mm²电缆，连接到位于继电保护室下方的等电位接地铜牌上，满足柜内电流、电压回路对等电位接地的要求。

2.5利用信号发生器进行测速信号检验，给机头两路转速信号回路同时加入FM调制正弦波信号进行转速信号采集试验，将信号偏差控制在0.1%～0.5%以内。

3 安装及调试要点分析

3.1 传感器支架改制

首先对传感器支架进行改制，将支架延长（见图2传感器支架改制）。选取与汽轮机厂家所提供传感器安装支架直径相同的管材进行加工。将需使用管材，用切割机切下需要使用的尺寸，进行打磨处理，确保材料无锈迹，严禁刷漆（由于支架安装的部位会碰到大轴转动时带起的冷却油，防止防锈漆、油漆被冷却油溶解，对机组运行造成危害）。然后依照传感器尺寸进行钻孔、攻丝加工，将加工完的材料，焊接在原传感器安装支架上，焊接完成后严禁出现气孔现象。对焊接完成后的部位进行打磨处理，并对焊接部位进行着色试验合格后就位传感器支架。

图2 传感器支架改制

图3 测速传感器安装图例

图4 传感器刻线

3.2 测速传感器安装

机头位置安装的4支扭振保护测速传感器（其中每两只元件为一对）安装在前箱内靠近一号瓦的轴承齿轮上，上方有端盖保护，在机组运行时处于封闭状态，安装质量及精度要求高，两只传感器支架安装夹角在120°～180°之间，安装夹角180°为最佳状态（见图3测速传感器安装图例）。

转速探头安装间隙为0.8～1.2mm(以被测齿盘的齿轮凸顶为基准，见图4转速探头安装图例)，并使其安装牢固、可靠，并利用塞尺测量传感器与齿轮凸顶之间的间距为1mm。

测速传感器金属杆上有一条刻线，刻线与传感器自身轴线构成的平面应于齿轮盘旋转平面相垂直（见图4传感器刻线）,以满足扭振保护传感器双重化安装的要求。（见图5传感器安装）

传感器安装完成后，传感器引线与热控专业的传感器引线一起绑扎牢固，通过厂家预留孔引出汽轮机前箱，并使用专用密封材料，将预留孔密封严密且牢固，无渗油、漏油现象。

3.3 TSR就地测速接线盒安装位置合理优化

就地测速接线盒安装位置合理优化，确保机头和机尾各安装4只传感器引线不经延长对接，实现与被测设备一体化安装，避免环境对信号测量的干扰，提高传感器信号的传输精度。

3.4 制作信号电缆专用通道

为将其他电缆对扭振保护信号电缆干扰降到最低，在电缆桥架安装中，建立扭振保护电缆敷设专用通道，在主通桥架和分支桥架中间增加镀锌隔板，采用焊接的办法将桥架分为两侧，一侧敷设扭振保护信号电缆，一侧敷设其他电缆，其功能是可以对扭振保护信号传输电缆进行电磁屏蔽，提高信号传输过程中的抗干扰能力。

3.5 电缆敷设及接线

信号传输电缆选用带有屏蔽层的控制电缆，转速信号传输的电缆敷设在已安装完成的防干扰电缆槽盒内，降低干扰。电缆敷设过程中使用电缆放线自转轴盘。电缆敷设要求美观，做到“纵看成线”、“横看成片”的效果。接线时，电缆屏蔽层与4mm²黄绿接地线烫锡熔接，压接到二次等电位接地铜排上，正确、牢固柜内电缆接线整体效果美观大方。

3.6 柜内二次接地引入专用等电位地网

扭振保护盘柜柜内接地铜排引入等电位接地网。将通过支柱绝缘子与盘柜连接的柜内接地铜排使用1×120mm²的接地电缆与等电位接地网连接，满足了扭振保护引入的发电机出口电流、电压回路对等电位接地的要求。

3.7 传感器信号测试

利用信号发生器给机头或机尾两路转速信号回路同时加入FM调制正弦波信号进行转速信号采集试验，将信号偏差控制在0.1%～0.5%以内。

3.8 保护装置校验

（1）双重保护装置转速测量通道检查退出保护屏上的所有出口压板,用信号发生器给机头两路转速信号回路同时加入额定转速对应频率的测速信号（如3000rpm 和60齿，对应于3000Hz 的正弦波信号）。进入主菜单->模拟量->保护测量/启动测量->机械量测量, 对照液晶显示值与加入值,偏差在2%-5%内。

图5 传感器安装

（2）双重保护装置模态扭角、转速计算值检查

用信号发生器给机头两路转速信号回路同时加入FM调制正弦波信号，载波频率为额定转速对应频率，FM调制频率设置为模态频率，分别设置偏差为0.1%，0.5%，1%，2%。进入主菜单->模拟量->保护测量/启动测量->机械量测量,对照液晶显示值与手动计算值, 其值应该相等,误差符合要求。

（3）两套保护装置模态扭角、转速计算值检查

用信号发生器给机头两路转速信号回路同时加入FM调制正弦波信号（载波频率为额定转速对应频率，FM调制频率设置为模态频率），偏差设置为0.5%。然后进行计时，查看在一段时间内装置计算出的疲劳值。进入主菜单->模拟量->保护测量/启动测量->疲劳计算值测量,对照液晶显示值与手动计算值,其值应该相等, 误差符合要求。

4 结论

大型发电机组扭振保护安装调试技术，有效解决了探头安装时无安装位置等难题，并在安装完成后对探头进行检验，避免在机组启动过程中传感器本身故障或传感器内部接线故障。随着发电机扭振保护技术的不断成熟，将带动国内发电机扭振保护装置技术的升级、高精度传感器的研发。同时，在技术研发过程中提高调试精度和信号采集精度的创新方案可以推广到多种自动化控制设备的调试过程，带动相关安装调试技术的进步。