國電宣威公司#12機組汽輪機TSI系統改造

　　摘 要：國電宣威發電有限責任公司七期#11、12機組容量為2x300MW，#11、12機組分別于2006年6月和2006年11月相繼投入運行。鍋爐為武漢鍋爐廠生產的WGZ1025/18.24-4型亞臨界、一次中間再熱鍋爐;汽輪機為東方汽輪機廠生產的N300-16.7/537/537-8型凝汽式汽輪機;發電機采用東方電機廠生產的QFSN-300-2-20B型發電機;投產使用的TSI系統為EPRO公司的MMS6000系列產品，DCS控制系統采用美國MCS公司生產的MAXDNA分散控制系統。#12機組TSI系統于2014年改造完成，改造后大大減少了#12機組TSI系統故障保護誤動的概率，提高了機組運行的可靠性，保證了#12機組的安全穩定運行。

　　關鍵詞：汽輪機 TSI系統 檢測 保護 誤動 安全

　　正 文

　　自我公司首臺300MW機組投運以來，因設備質量、檢修質量、信號干擾等造成TSI系統故障的問題時有發生，在TSI系統改造前，由于TSI系統故障造成大機4次非計劃停運，小汽輪機多次停運，每次都是設備故障造成保護誤動，而TSI系統進行改造后已避免故障停機5次。原#12機組TSI系統保護信號設計采用單點保護且不加延時的方式，該方式不易出現拒動，但事實證明極容易造成保護誤動。為了減少#12機組TSI系統故障保護誤動造成的損失，本著保護系統要“杜絕拒動，防止誤動”的原則，公司2014年完成了#12機組TSI系統的改造方案。

　　我公司#12機組汽輪機監視系統(TSI)采用EPRO公司MMS6000系統，用于測量汽輪機的軸向位移、偏心、鍵相、零轉速、軸振動、蓋振動、轉速、脹差、熱膨脹等參數，并將參數超限報警信號送到ETS/METS系統，保護汽輪機的安全。TSI系統主要通過檢測傳感器、前置器、延長線纜、TSI智能檢測板件組成。傳感器是將機械振動量、位移、轉速等轉換為電量的機電轉換裝置，根據傳感器的性能和測試對象的要求，利用電渦流傳感器，對汽輪機偏心、鍵相、軸位移、軸振動、脹差進行測量;利用電渦流、磁阻、霍爾傳感器對汽輪機的轉速進行測量;利用速度傳感器對蓋振進行測量;利用線性可變差動變壓器(LVDT)對熱膨脹進行測量。

　　TSI各種測量板件接受相應傳感器的電量信號后進行整形、計算、計量信號和繼電器接點。智能板件可對傳感器聯線和自身的運行情況進行檢測，具有計算機通訊接口，可對測量范圍和邏輯輸出進行組態，具有緩沖傳感器信號輸出等功能，還對于重要的測量可進行冗余的配置，增強了可靠性。

　　我公司#12機組TSI系統的汽輪機安全監視裝置包括大機和小機的安全監視裝置，配置在一個控制柜內。大機TSI用以監視汽輪機的轉速、軸位移、脹差、蓋振、軸振、汽缸熱膨脹和偏心，在汽輪機的位移、轉速、軸振、脹差越限發出停機信號，通過ETS去遮斷汽輪機。小機TSI用以監視給水泵汽輪機的轉速、位移、軸振和偏心(其中給水泵汽輪機的軸振分為X、Y方向)，在給水泵汽輪機的位移、轉速和軸振越限時發出停機信號，去遮斷小汽輪機，其余信號只接入監視系統，未進入ETS保護。目前#12機組TSI系統由3個框架組成，TSI監測卡件由框架式模塊電源供電，每個框架配有型號為UES815(24V 3.4A)的電源模塊2個，兩路電源經過外部二極管冗余后給繼電器供電。

　　經后期改造后，外部供給的兩路電源，一路供#1、3、5電源模塊，另一路供#2、4、6電源模塊。單個框架的兩個電源模塊，失去其中一路，不影響整個框架的卡件正常運行，電源模塊支持熱插拔;TSI系統的開關量輸出使用的是外置繼電器，TSI機柜卡件檢測現場傳感器信號，達到越限報警時卡件自帶的開關量接點動作觸發對應的中間繼電器，最終由中間繼電器發出開關量信號至ETS，TSI模塊之間的邏輯運算，通過外部硬接線方式來實現。MMS6000系列產品的卡件是雙通道輸入，雙通道光耦輸出，各通道輸出報警節點1個可選常開常閉、危險節點1個可選常開常閉,原設計的振動、位移、脹差、超速卡件報警及危險輸出都使用常開節點。

　　#12機組TSI原保護設計大機#1~6軸承振動X、Y方向均參與保護即十二選一，且同軸承X、Y方向信號使用同一卡件，各軸承振動危險接點在卡件背面用導線焊接方式并接驅動一個中間繼電器;軸位移兩個信號均參與保護即二取一，軸位移1、2在同一卡件;電超速保護使用繼電器三取二輸出(使用常開節點失電不遮斷汽輪機);高中壓缸脹差大一選一停機、低壓缸脹差大一選一停機，兩個脹差信號在同一卡件;#1、2小機#1~4軸承各安裝兩只振動探頭，八個振動信號都參與保護即八選一;#1、2小機各兩個軸位移信號(同卡)，參與保護即二選一;小機TSI電超速一選一停機。

　　1.大機軸振大保護改造方案：大機軸承同軸承的X向振動信號高Ⅱ值和Y向的高Ⅰ值分別組成“與”邏輯，同軸承的Y向振動信號高Ⅱ值和X向的高Ⅰ值分別組成“與”邏輯，再將所有“與”邏輯輸出信號組成“或”邏輯(采用串并連實現邏輯關系)，在避開沖轉臨界轉速振動前提下降低高Ⅰ值。

　　在DCS中用軟件邏輯實現軸振大三選二 ETS邏輯功能。大機軸位移大保護改造方案：增加2塊軸位移卡件，增加一套軸位移檢測裝置(包含渦流探頭及前置器)，軸位移支架視安裝位置盡可能采用3個獨立支架，三個軸位移測點高二報警值分別輸出至3個獨立的中間繼電器，中間繼電器節點單獨送至ETS中3塊不同DI卡件通道，在ETS中通過軟邏輯實現軸位移大三選二ETS保護功能。

　　3.大機高中壓缸脹差大保護改造方案：增加一套高中壓缸脹差檢測裝置(含支架，渦流探頭，前置器)，卡件用#1軸位移卡件B通道，兩個高中壓缸脹差危險信號分別送至兩個獨立的中間繼電器，#1中間繼電器的#1常開接點和#2中間繼電器的#1常開接點串接送至ETS作為大機高中壓缸脹差大ETS信號1，#1中間繼電器的#2常開接點和#2中間繼電器的#2常開接點串接送至ETS作為大機高中壓缸脹差大ETS信號2;高中壓缸脹差大ETS信號1和高中壓缸脹差大ETS信號2在ETS通過軟邏輯實現大機高中壓缸脹差大二選二停機邏輯。

　　4.大機低壓缸脹差大保護改造方案：增加一套低壓缸脹差檢測裝置(含支架，電渦流探頭，前置器)，卡件用#2軸位移卡件B通道， 2個低壓缸脹差危險信號分別送至兩個獨立的中間繼電器，#1中間繼電器的#1常開接點和#2中間繼電器的#1常開接點串接送至ETS作為大機低壓缸脹差大ETS信號1，#1中間繼電器的#2常開接點和#2中間繼電器的#2常開接點串接送至ETS作為大機低壓缸脹差大ETS信號2;低壓缸脹差大ETS信號1和低壓缸脹差大ETS信號2在ETS通過軟邏輯二選二實現大機低壓缸脹差大停機邏輯。

　　5.大機轉速高保護改造方案：大機轉速測量傳感器有三種形式，即電渦流、磁阻、霍爾傳感器。一個電渦流傳感器測量的轉速信號送TSI系統，作為大機轉速監視信號;三個霍爾傳感器測量的轉速信號分別送TSI系統3塊超速卡件，3塊超速卡件動作后分別輸出至3個獨立的中間繼電器，中間繼電器節點單獨送至ETS中3塊不同DI卡件通道，在ETS中通過軟邏輯實現超速三選二ETS保護功能;四個磁阻傳感器中有三個傳感器測量的轉速信號分別送DEH系統3塊超速卡件，DEH系統3塊超速卡件動作后通過硬接線三選二方式直接進入DEH硬跳閘回路，未經軟ETS邏輯處理，通過硬回路實現超速三選二ETS保護功能;剩余一個磁阻傳感器測量轉速信號送現場轉速表。

　　6.#12機小機軸振大保護改造方案：#12機小機軸振設置4道軸承8個軸振測點，即1X-1Y,2X-2Y,3X-3Y,4X-4Y,小機軸承振動信號X、Y方向均參與保護即八選一，同軸承X、Y方向信號使用同一卡件，各軸承振動危險接點在卡件背面用導線焊接方式并接驅動一個中間繼電器，中間繼電器總的輸出1個軸振大開關量信號至ETS，同時在ETS邏輯里取每道軸承X、Y向模擬量報警值和動作值分別組成“與”邏輯，再將所有“與”邏輯輸出信號組成“或”邏輯，總的“或”邏輯再“與”TSI來的軸振大開關量保護信號，最終模擬量和開關量信號組合作為小機ETS軸振大保護。

　　電力工程技術論文范例：關于提高汽輪機組運行經濟性途徑略論

　　此次#12機組TSI系統改造并沒有對所有信號進行改造，只是針對重大的、影響安全的、易導致機組非停事故的信號進行改造。通過TSI系統改造，大大提高了大、小汽輪機運行的安全性，為宣威公司創造了良好的經濟效益和社會效益。

　　參考文獻：

　　[1]汽輪機安全監視裝置(EPRO MMS6000)系統說明書.2004年

　　[2]國電宣威發電有限責任公司七期三單元集控運行規程.2006年

　　[3]自動化專業概論.韓璞，王建國編，北京：中國電力出版社.2007年

　　[4]汽輪機設備及運行，劉愛忠主編.北京：中國電力出版社.2003年

　　[5]汽輪機控制、監視和保護 谷俊杰、丁常富編.北京：中國電力出版社.2002年

　　作者：羅章權

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