因汽轮机监视仪表（TSI）系统问题导致机组跳闸的情况近2a呈上升趋势，引起了各大发电公司的关注。为此，对浙江省内和一些省外发电机组的TSI系统运行情况进行了调研，归类统计和分析了引起故障的主要原因，探讨了提高TSI系统运行可靠性的技术改进措施。
一、TSI系统故障原因分析与处理
通过对近60台机组运行情况的统计，将引起TSI系统异常的主要原因、处理措施及可能存在的隐患归纳如下。
1.1测量部件故障
这类故障现象多数表现为信号突然变化，但影响机组的结果不同，如某30OMW机组4号轴承y方向振动信号，突然跳变超过保护动作设定值（高Ⅱ值）而导致停机（见图1）。检查未发现任何异常情况，更换探头、前置器后，系统恢复正常。
另一台60OMW机组冲转过程中，6号轴承Y方向轴承振动信号突然由30μm增大直到报警设定值（高Ⅱ值），停机后仍在μm至80μm间周期性波动（见图2）。先后更换卡件、前置器和延伸电缆，波动末消除，更换探头后恢复正常。
1.2振动信号易受干扰
振动信号由安装在轴承处的探头测得的轴相对振动信号和安装在轴承上的速度（加速度）探头测得的轴承振动信号叠加得到。据统计振动单点信号作保护，导致机组误跳闸的概率大，如某机组1号轴承Y方向振动信号突变，查阅DCS历史曲线（见图3），该轴的振动信号（图中兰线，红线为X方向相对振动信号）瞬间超过高Ⅱ值，持续时间约4s，但未停机，当时无设备启停操作，测量系统无异常。调阅本特利公司3500装置记录与组态，发现通道接线与组态不符，跳机输出信号实际未送出。
某机组11号轴承振动信号误发跳机，查阅DCS记录:跳机前4min，该轴的振动值开始明显增大直至超过高Ⅱ值;机组跳闸后4min内，该轴的振动峰值一度出现500μm并大幅振荡;转速下降至2420r/min时振荡消失，波动仍继续存在，但上述时间段内相关参数均无异变。
振动信号之所以导致保护系统误动作概率大，是因为振动（用速度表示）需经过一次积分转换成所需的位移信号，以本特利公司产品为例，其换算公式为:
D=1000V/3.14f
式中D为位移（峰值），mm;V为速度（峰值），mm/s;f为频率，Hz。
由于积分过程中，速度信号会受到与频率有关的增益影响，低频增益大，高频增益小。当速度探头受到低频干扰时，有可能会影响输出信号发生突变，复合后将输出一个较大的振动虚假信号，增大了保护误动作的概率。
1.3单点信号保护逻辑易误动作
为保证动作的及时性，TSI系统保护信号原设计多采用单点且不加延时。但由于TSI系统运行在强电磁场环境，来自其内部的异常和外部环境因素产生的干扰都可能引发保护系统误动作。统计表明TSI系统的异常动作，因被监控参数真实变化导致的很少，因TSI装置本身故障造成的比例也不高，多数是外部因素诱导下的误发信号（通常维持时间低于5s）引起，且很多时候无法通过试验重现故障。如某机组轴向位移信号瞬间突变至满量程，导致机组跳闸（0.5s后该信号恢复正常），经查无异常，机组重新启动后也一切正常。
1.4接地与电缆防护不规范
不同的地网间会产生电势差，在屏蔽层产生环流，叠加在信号上会引起模拟量波动或突变，因此，可靠的接地和电缆防护措施对抑制干扰非常重要，统计中的不少实例证实了这一点:
某机组在75OMW运行时，3号瓦振动持续跳变，原因是电缆的屏蔽线没有接地;
某脱硫系统的增压风机停运时，振动信号一直跳变甚至超过高Ⅱ值，原因是现场测量机柜接地虚焊;
某60OMW机组基建调试阶段，脱硫增压风机因振动信号跳变导致跳闸，经仿真试验，原因是电焊机在TSI测量机柜附近焊接，机柜处于电焊机接地点与焊接点间，焊接时机柜附近接地线上产生的电势差经电场耦合进入信号线后，导致卡件与前置器损坏;
某60OMW机组4号轴承振动信号跳变和某30OMW机组汽轮机转速信号跳变，分别引起机组跳闸，经查原因都是连接电缆安装敷设时未做好防护，其屏蔽层因振动等原因磨损，造成2点或多点接地引起。
1.5连接接头松动或污染
延伸电缆接头、前置器及机柜接线在安装检修时未紧固，或随时间推移及气候、氧化等因素影响，原先紧固的接头和接线也会出现松动或接触不良，引起信号波动。如某机组的轴向位移，显示由0.lmm瞬间跳变为-1.67mm，后又自行恢复，此情况反复出现，查明原因是探头延伸电缆与前置器的接头松动引起。另一机组转子静止情况下汽轮机转速信号跳变，测量间隙电压在12-15V波动，原因是测速探头线连接延伸电缆的接头接触不良引起。
对于TSI系统，探头、延伸电缆和前置器，三者是一个测量整体，有相应的阻抗和特性曲线，一旦因外界因素导致其变化，也会引起信号异常。如某机组运行中8号轴承Y方向振动信号波动大，原因是前置器连接延伸电缆的接头内有杂质引起。
1.6运行环境影响
外部磁场影响会引起测量信号异常。如某机组6号轴承振动大报警，原因是该轴承上方漏雨，运行人员用塑料布覆盖并用磁铁固定，结果干扰了振动测量。另一机组靠发电机侧的5号瓦振动信号故障，检查探头支架带有20V交流电压，原因是该瓦轴承接地电刷接触不良引起。
测量回路电缆老化也是一个不容忽视的问题。某机组汽泵轴承振动不定期的显示波动，原因是就地电缆因环境温度高老化引起。另一新建机组投产运行不到la，轴向位移信号误发，导致保护动作跳机，原因是回路中使用了橡皮电缆，接触油后老化，绝缘层开裂引起。
1.7内部软件设置不当
为减少TSI系统单点信号作保护引起的保护系统误动作，有的机组增加证实信号，保护逻辑修改为二选二。但如果TSl内部软件设置不当和维护不及时，同样会导致机组误跳闸。
某机组运行中，3号轴承振动高Ⅱ值信号误发跳机，检查保护逻辑为本轴承的相对振动x向高Ⅱ值信号和Y向高Ⅱ值信号组成"与"逻辑，按理不应动作停机。但检查装置输出设置为"闭锁"（信号消失后需人工复位），再检查历史记录，发现3号轴承Y向振动信号1个月前曾达高Ⅱ值，因未复位输出信号被保持。当3号轴承X向相对振动通道故障时，"与"逻辑条件满足导致跳机。
1.8保护定值偏大
国内发电杭组汽轮机的轴承振动信号，都统一设计高Ⅱ值为125μm，高Ⅱ值为25Oμm，有多次汽轮机本体异常情况下装置未起到保护作用。如某60OMW机组运行时振动信号发生突变，振动数据分析判断有物飞落，经查中-低靠背轮的螺栓盖板半个飞脱，但振动zui大值也刚到高Ⅱ值。另一台60OMW机组运行在358MW负荷时，因锅炉原因跳机，机组重启后其低压转子振动信号明显增大，当时进行了动平衡处理。1a后机组检修时发现低压转子围带飞脱严重，其中低压转子第3级动叶片围带均有多段发生损坏或脱落，但异常情况发生时的振动值离高1值相差甚远。
1.9电源系统未冗余
目前仍有机组的TSI系统为单电源供电，或虽然采用了双路电源但电源模块仍为单个。尽管至今还未出现因电源失去使TSl系统瘫痪的情况，但单电源供电始终是安全隐患。
二、提高可靠性的技术措施
据上分析，如果在增加一些容错设计，将单点保护信号改为三选二逻辑，或限于现场条件仅加入证实条件改为二选二逻辑，甚至增加一点延时（但要充分论证可能带来的后果）的同时，规范TSI系统安装、线路的连接及运行维护管理，则保护系统误动作次数都将会大大减少。为此，本着保护系统要"杜绝拒动，防止误动"的原则，提出以下技术改进措施，供TSI系统检修和运行维护中参考。
2.1电源
（l）TSI系统应配置2路可靠的AC220V电源冗余供电和2块电源模块，切换时间应保证TSI装置不会初始化。
（2）当保护电源采用厂用直流电源时，在查找接地故障时应有确保不会造成保护误动作的措施。
2.2保护逻辑及定值优化
（1）装置输出的跳机信号宜采用常开且2路输出至ETS系统组成"或"逻辑，防止输出继电器故障、接线松动、汽轮机紧急跳闸系统（ETS）输入通道等故障造成保护拒动。原设计振动信号作保护信号源的，改用相对振动信号代替。
（2）轴承相对振动保护逻辑宜优化为:本轴承的X向振动信号高Ⅱ值和相邻轴承的x向振动信号高Ⅰ值、本轴承的x向振动信号高Ⅱ值和Y向的高Ⅰ值分别组成"与"逻辑，再将所有"与"逻辑输出信号组成"或"逻辑（在汽轮机车头处面向汽轮机，转子顺时针转动时取左侧探头为X向;逆时针转动时取右侧探头为X向）。
（3）保护逻辑优化后，为防止保护拒动宜减小振动信号的高1值（由原设计的12m改为100am甚至更小），同时应结合运行时和机组启动过临界时的振动信号值，综合考虑其高1值的定值。
（4）汽轮机或30OMW及以上机组小汽轮机的轴向位移保护，原为单点信号或为二选二逻辑的，当条件许可时宜增加探头改为三选二逻辑或具备同等判断功能的逻辑输出。
（5）汽轮机高、中、低压胀差，如单点信号作保护的可设置10~20s延时。为加强信号坏点剔除保护功能，胀差信号显示量程可取跳机值的110%。如有2点胀差信号，其保护信号宜采用"与"逻辑。此外，汽轮机缸胀应有报警信号，如设计单点信号作保护则宜取消。
（6）超速保护均应采用3路独立的转速信号，进行三取二逻辑判断。
（7）为避免机组启动中过临界转速时人为投切保护，应充分利用装置的定值倍增或自适应功能。
（8）TSI的输入信号通道应设置"断线自动退出保护"的判断功能。
（9）在DCS内对振动信号设置偏差报警。
2.3安装与线路连接
（1）外置探头应安装防电磁干扰保护罩。新安装或检修更换探头时，应选择一体化且全程带金属皑装保护的探头电缆;否则要有可靠措施，确保延伸电缆接头处的绝缘，其固定与走向应无损伤电缆的隐患。汽轮机引出处无毛刺损坏电缆并确保密封;至接线盒的沿途信号电缆应远离强电磁干扰源和高温区，并有可靠的全程金属防护措施。
（2）轴向位移、差胀探头的检修和调试应在机务配合下进行，并共同在探头间隙传动记录中签字。
（3）安装前置器的金属箱应固定在较小振动并便于检修的位置，箱体底座垫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内务必浮空安装（MMS6000系列和VM600系列产品没有此要求），接口和接线确保紧固。输出信号屏蔽电缆宜采用0.5—1.Ocm2的普通三芯，其屏蔽层在汽轮机侧绝缘浮空;若采用四芯，备用芯应在机柜端接地。电缆屏蔽层应直接延伸到机架的接线端子旁，将屏蔽线直接接到机架的COM端或Shield端上。
（4）COM端与机架电源的地线，出厂时缺省设置为导通，所以整个TSI系统通过电源地接地。当连接其他系统时，应把TSI系统和被连接系统作为一个整体来考虑，并保证屏蔽层一点接地。如通过记录仪输出信号与第3方系统连接时，其COM端若浮空则可保持各自的独立接地;若末浮空则TSI侧的COM端需浮空。
（5）TSI系统的报警和跳闸输出，选择总线输出方式时，应进行断开检查确认。
2.4运行维护管理
（l）TSI探头第且次安装前，或校验周期到期后的检修安装前，应有具有检定资质的机构出具的正式检验合格报告。
（2）振动探头处应贴有警示牌，严禁磁性物体接近探头或在探头5m内使用步话机通话。
（3）TSI系统的电涡流探头、延长电缆和前置器，须成套校验并随机组大修进行，但瓦振探头的校验周期不宜超过2a。为消除轴向位移、差胀探头浸油后特性的少许变化，探头宜放在润滑油里浸泡1~2d后再进行线性校验。
（4）任何时候一旦出现信号异变，或运行中定期检查信号记录曲线发现异常，应及时检查与处理，并将曲线归档保存。
（5）TSI保护信号进入ETS逻辑的同时，又通过硬逻辑连接至跳闸回路的，联锁试验单上要特别注明，试验时需分别进行。卡件故障后重新下载组态前，应确认系统可以自动更新组态;否则应人工确认组态参数的版本正确。
（6）机组停机期间，紧固外置TSI探头的安装套筒;偏离标准间隙电压较大的探头，在条件允许的情况下重新安装调试。
三、结语
为保证TSI系统的安全可靠运行，合理的逻辑和可靠的测量系统环境是基础，及时的检修和维护是保证，基于这一思想提出的上述技术措施，已作为浙江省能源公司《提高TSI系统运行可靠性的若干技术要求》，正在浙江省各电厂实施并取得效果。
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