火力发电厂汽轮机TSI系统的原理及应用

火力发电厂汽轮机TSI系统的原理及应用

尧卫东

广东拓奇电力技术发展有限公司广东省广州市

摘要：以火力发电厂汽轮机TSI系统为研究对象，在详细总结汽轮机TSI系统原理的基础上，对其应用进行研究。从本文研究结果可知，火力发电厂汽轮机TSI系统具有技术先进性，因此可以被广泛的应用在火电生产中，值得在更多地区做进一步推广。

关键词：火力发电厂；汽轮机；TSI系统；远离

前言

在当前火电生产中，为了确保汽轮机组的安全运行、提高机组运行效率，大部分的机组均安装了汽轮机安全监视系统（TSI系统），该系统通过对汽轮机的键相、转速等关键参数进行识别，判断汽轮机运行状态，进而为后期的维修管理提供数据支持。由此可见，在当前火力发电厂生产阶段，汽轮机TSI系统会直接影响发电厂的运行效率，值得关注。

1.火力发电厂汽轮机组TSI系统的原理

1.1电涡流传感器

在TSI系统中，电涡流传感器可以通过传感器的端部线圈与被测物体之间的间隙变化情况，来判断物体振动的相对位移与静位移的，该装置具有很强的数据识别能力，其使用频率范围为0-10Hz，保证了该装置在技术上具有应用的广泛性。同时电涡流传感器的变换原理，主要是由传感器端部位置的线圈实现的，该线圈普遍以较高的频率获得交变电压参数，此时当线圈的平面接近导体面之后，此时由于线圈磁通链直接穿过导体，会导致导体表面层感应出涡流“i”，该涡流“i”所形成的磁通链又会穿过原线圈，这样原线圈会与涡流之间的“线圈”形成耦合互感作用，最终原线圈反馈一等效电感[1]。

同时，由于传感器的反馈回路电感电压存在一定频率的调幅信号，该型号需要在检波之后才能获得电压波形。根据这一特征，为了可以快速测量电涡流位移参数，需要设置一个专门的测量路线，该路线中应该包含着具有稳定频率的振荡器及其检波电路等，在涡流传感器上增设前置器之后，可以直接从前置器中获得输出电压数据。

1.2传感器的测量

1.2.1超速保护

根据现有火电生产经验可知，发电机组超速是最为严重的情况之一，若不能及时采取应对措施，可能会引发严重的机组事故，例如飞车危险等。一般情况下，当机组甩负荷转速飞升小于108%的额定转速，否则需要做好打闸停机。一般情况下，在火力发电机组超速保护中，必须要确保保护装置具有理想的响应以及错误冗余表决逻辑能力，在TSI系统中，超速保护可以通过“三取二”的方式完成控制，具体结构如图1所示。

图1超速测量控制结构图

在图1所介绍的系统结构中，可以发现在TSI系统中，可以设置三个转速表来获得发电机组的转速变化情况，一旦至少有两个转速表发出超速信号，就需要及时采取控制措施，避免超速问题发生。

1.2.2轴位移

在正常的火电厂汽轮机运行阶段，轴在运行期间会因为多种因素的限制（如温度、荷载）等导致轴所在的轴向发生变化，而这种变化对导致定子与转子之间出现动静摩擦。因此针对这一问题，需要通过传感器获得转子相对于定子轴向位置变化情况，在确保轴在轴向相对应的情况下，严格控制轴承的间隙参数。此时由于采用了监测器可以实时获得轴向位移故障信号，会导致机组误停等问题发生。针对上述问题，通过TSI系统可以直接设置至少两个探头来监测一个轴，通过这种监控方式可以为机组运行提供实时数据，避免机组误停等问题发生[2]。

但是在实施阶段，需要有两个探头的安装位置距离轴上止推法兰的距离被控制在300mm范围内，若超过这一数据可能会导致热膨胀而影响监测间隙，最终无法反映出法兰与止推轴承之间的间隙关系，这是相关人员需要重点关注的问题。

2.TSI系统在火电厂汽轮机上的应用研究

从目前相关技术的发展情况来来看，大容量与高参数的机组已经成为电网建设的核心，任何故障所造成的停机都有可能引发严重问题。所以为了避免运行质量问题发生，可以在汽轮机组上增设安全监测与保护装置，而TSI系统就是其中的首选，该系统通过现代化的计算机技术与测量方法，能够对汽轮机的运行状态进行监测，一旦发现汽轮机存在事故征兆，可以在第一时间发布警报信息，避免安全事件发生。在2017年某地区火电厂对本厂区的#5机组进行了升级，并对TSI系统进行了改造，进一步提高了自身安全管理能力，值得关注。

2.1轴振动监测

一般情况下，火电厂汽轮机在运行期间会出现小幅度的振动，此时的振动不会对机组正常运行产生影响，而一旦设备出现质量缺陷或者机组的运行工况不正常，就会导致运行质量问题的发生，不仅导致汽轮机组的振动加剧，严重时会破坏轴承，甚至引发安全事故。针对这一问题，该火电厂通过TSI系统，从多个角度完成了轴振动监测，主要内容包括：

2.1.1轴相对振动的测量

在测量轴的相对振动变化时，时通过8mm涡流探头传感器与双通道振动监测器3500/42构成，在实施中，通过在各个瓦上设置监测点，其中有两个探头以90°的关系被安装在轴瓦两侧位置，确保可以获得轴承运行期间的详细数据。在经过这种处理后，所测量的振动数据就是轴相对于轴承壳的振动参数。

同时，3500/42中分别设置了2个趋近式的传感器输入模块，该模块可以采集各种振动型号参数，此时在经过设备中的微处理器对其中的数据型号进行分析后，可以实现A/D转换以及线性处理，这样在这种技术环境下，各种轴的位移量可以用来显示转子的振动振幅情况，确保数据分析结果的可靠性；而假设此时的轴振动过大，且频率已经超出了机组的安全监测数据，则监测器会发出警报并发送跳闸型号，确保了汽轮机组的安全。

2.1.2轴承盖振动

轴承盖振动在实际上就是轴瓦的振动，其数据监测主要是通过速度式探头传感器与双通道速度监测器3500/42实现的，在上文所介绍的方法中，通过直接将探头设置在轴瓦上，可以获得其中的关键数据。

一般情况下，在通过监测器监测轴承瓦的振动时，考虑到旋转机械的振动主要体现在转子上，此时在转子（或轴承）的状态发生变化时，如叶片损坏或者由蒸汽激励或油膜不稳定等引起的同步振动，只会使测量值出现很小的变化，因而不被重视。因此针对这一问题，通过对转子的振动数据进行监测，就可以获得更加精准的参数，了解具体的振动频率。

2.2转子轴向位移监测

轴向位移也是常见的故障问题，在汽轮机高速运转的环境下，推力轴承承受着转子的周相推力，因此在运行过程中会保持气缸与转子之间始终存在轴向位移情况，最终导致汽轮机动静部分之间出现了轴向间隙。同时在机组的运行环境下，受温度变化、水冲击、真空下降等原因影响，机组的轴向推力可能会出现突然增大等情况，导致转子出现串动，并且这种串动会导致轮机内部动静部件之间的轴向间隙消失，发生摩擦和碰撞，造成机组损坏。针对这一问题，通过TSI系统能够对汽轮机的轴向间隙情况进行监测。在本文所介绍的案例，通过对选择3500/42监测器，能够对机头里侧的轴位移情况进行监测，并通过将大轴推到工作面，确保数据可以真实反映出轴向位移变化情况。

结论

在火电厂汽轮机组运行过程中，TSI系统具有广阔的应用前景，该系统能够详细记录汽轮机的运行状态，并对各种潜在故障因素进行识别，杜绝危险事件发生，保证了火电生产安全。

参考文献

[1]陈博伟.潮州电厂2×1000MW机组给水泵汽轮机TSI超速保护系统优化[J].科学技术创新，2019(01):30-31.

[2]张佳兴，龚欣，刘铁柱.Bently3500汽轮机监视系统(TSI)在1050MW机组中的应用[J].中国仪器仪表，2018(10):44-46.