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本特利3500监视系统在800MW机组的应用

发布于：2015-08-31 09:24:31 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

摘要：大型汽轮发电机组为了提高其经济性，汽轮机级效率都设计的很高，径向间隙、轴向间隙等都选择的较小，运行中如控制不当，很容易发生汽轮机损坏事故。因此，汽轮发电机组需要监视和保护的项目越来越多，对汽轮机监视仪表(Turbine Supervision Instrument，简称TSI)也提出了更高的要求。

美国本特利·内华达公司(Bently Nevada) 起步于大型火电机组的保护与管理，并在该领域不断发展与创新，具有丰富和先进的技术储备。本文对本特利 3500监视系统在绥中发电有限责任公司800MW机组的应用进行了简单介绍，对系统应用过程中出现的问题进行了深入的分析并提出了解决方案。

1背景介绍

绥中发电有限责任公司安装两台俄制800MW机组，锅炉为俄罗斯塔干罗格锅炉厂生产的ПП-2650-25-545-КТ型超临界压力、一次中间再热直流锅炉，汽轮机为俄罗斯列宁格勒金属工厂生产的К-800-240-5型超临界压力、一次中间再热、五缸六排汽、单轴凝汽式汽轮机，上述锅炉、汽轮机与ТВВ-800-2ЕУЗ型发电机构成单元制发电机组。两台机组分别于2000年6月和2000年10月投入商业运行。

两台机组TSI设备是俄制机组配套的六十年代左右产品，技术落后，线性差，灵敏度低，调试时间长，而且可靠性极低，不能满足对汽轮发电机组转子各种参数监视的要求，更不能作为机组重要保护正常投入，严重威胁汽轮发电机组的安全运行。针对上述问题，绥电公司对两台机组的TSI设备成功的进行了改造，设备选型为本特利 3500监视系统。

2改造前后功能比较

2.1设备改造前监视、保护项目及功能实现情况

设备改造前监视、保护项目如下：

(1)轴向位移监视、保护 (2)胀差监视 (3)偏心度监视 (4)热膨胀监视 (5)转速监视 (6)瓦振监视、保护

其中轴向位移、胀差、偏心度、热膨胀等位移传感器均采用电磁感应原理，转速测量采用磁阻传感器，瓦振采用压电式加速度传感器。该套设备在调校前须通电两小时预热，并加5Ω补偿电阻补偿其温度漂移。由于线性度差，致使每次调校都须重新标定仪表刻度盘，整定值也不能调校的非常准确，误差在50～100μm之间，在低速盘车时，由于系统抗干扰能力差，位移仪表出现不规律摆动，最大可达400μm，轴向位移保护不能投入。瓦振测量部分灵敏度低，低频响应差，测量值只能作为参考，振动保护无法正常投入。

2.2设备改造后监视、保护项目及功能实现情况

设备改造后采用本特利 3500监视系统，具体监视、保护项目见表(一)

表1 本特利 3500监视系统监视、保护项目一览表

测量项目	设备选型	定值项目	数值
键向	8mm涡流传感器（Bently） 3500/25键向器模块	转速测量范围	0～4000rpm
偏心	8mm涡流传感器（Bently） 3500/42监测器	测量范围	0～0.5mm
报警定值	0.1mm
轴向位移左侧：TBL1,TBL2 右侧：TBR1,TBR2	14mm涡流传感器（Bently） 3500/42监测器	测量范围	-2.2mm～+1.5mm
报警定值	-1.2mm、+0.8mm
保护定值	-2.0mm、+1.2mm
高压缸胀差 DFHP	HTW-01型传感器（哈汽自控公司） 3500/45监测器	测量范围	-3.0mm～+6.0mm
报警定值	-2.0mm、+4.5mm
中压缸胀差 DFMP	25mm涡流传感器（Bently） 3500/45监测器	测量范围	-5.0mm～+7.0mm
报警定值	-3.0mm、+3.5mm
#1低压缸胀差DFLP1	19047-02型LVDT （Bently）改制的3500/45监测器	测量范围	-5.0mm～+20.0mm
报警定值	-2.5mm、+9.5mm
#2低压缸胀差DFLP2	25mm涡流传感器（Bently） 3500/45监测器	测量范围	-4.0mm～+21.0mm
报警定值	-2.0mm、+15.0mm
#3低压缸胀差DFLP3	LVDT-3型胀差传感器（哈汽自控公司） 3500/45监测器	测量范围	-5.0mm～+31.0mm
报警定值	-2.0mm、+22.0mm
高压端机壳膨胀左侧：CAHPL 右側：CAHPR	24765-03型LVDT （Bently） 3500/45监测器	测量范围	0～50mm
中压端机壳膨胀左侧：CAMPL 右側：CAMPR	24765-03型LVDT （Bently） 3500/45监测器	测量范围	0～50mm
#1～#14垂直、水平瓦振	9200系列速度传感器（Bently） 3500/42监测器	测量范围	0～30mm/s
报警定值	4.5mm/s
保护定值	11.2mm/s
#1～#14垂直、水平轴振	8mm涡流传感器（Bently） 3500/42监测器	测量范围	0～500μm
报警定值1	127μm
报警定值2	254μm

原俄制机组只对瓦振进行监测，不能全面、真实的反映轴系的振动情况，改造后的系统增加了对轴振和键向的测量使TSI系统功能得到完善，为机组事故分析及处理提供了科学的依据。对于振动保护仍然沿用俄罗斯技术标准，垂直或水平相邻瓦振达到11.2mm/s时发跳机信号，轴振数值作为监视使用。对于轴向位移监测，系统改造后，采用四个测量探头分左右两侧对不同方向的参数进行测量，克服了单点测量数据不可靠的弊端，保护逻辑采用“两或一与”的方式(见图1)，提高了保护系统的可靠性和准确性，可以有效的防止保护“误动”和“拒动”。

图1轴向位移保护逻辑图

改造后的TSI系统运行稳定，能够为运行人员提供准确的轴系各项参数，瓦振和轴向位移保护能够稳定、可靠的投入，从而对整个机组的安全、稳定运行起到了保障作用。

3 安装调试及使用

800MW机组为当时全国单机容量最大的火电机组, К-800-240-5型汽轮机具有汽缸多、转子长、胀差大的特点，对其进行TSI设备改造难度较大，下面对TSI设备在安装调试过程中采用的典型设计方案和使用过程中出现的问题进行详细的介绍和分析。

3.1 #2低压缸胀差的测量方法及问题分析

#2低压缸胀差测量范围为：-4.0mm～+21.0mm，采用双支(A、B)25mm涡流传感器互补测量方式，安装示意图如图2所示。

图2 #2低压缸胀差测量探头安装示意图

25mm涡流传感器参数如下：灵敏度0.7874V/mm，线性中点电压-6.95V，高点OK电压-12.55,低点OK电压-1.35。探头A测量范围: -4.0mm～+8.5mm，探头B测量范围: +8.5mm～+21mm，当大轴推到零位后，探头A的安装电压为：-6.95+(12.5÷2-4)×0.7874=-5.17835V, 安装时调整探头A的位置使其输出电压为-5.18 V后将探头A固定。探头B安装电压为: -6.95-12.5÷2×0.7874=-11.87125V，安装时调整探头B的位置使其输出电压为-11.87V，再向#3低压缸侧移动8.5mm后将探头B固定。经过上述过程完成A、B双探头的安装，通过本特利 3500组态软件设置切换点电压-11.87V和其它各种参数后就可以实现对#2低压缸胀差的测量。互补测量方式原理图如图3所示。

图3 互补测量方式原理图

采用双探头互补测量方式的关键是在安装探头B时移动的距离要准确,尽量减小偏差,从而保证在8.5mm附近A、B探头切换过程中能够平稳过度。在#2机组运行过程中出现过#2低压缸胀差测量画面显示“NA”，检查发现A探头输出-12.6V，已超出高点OK电压，B探头输出-12.5V，未进入-11.8V以内的线性段，发生这一现象的原因就在于安装时向#3低压缸侧移动B探头时距离超过8.5mm，造成A探头已超出测量范围时仍然未进入B探头测量范围。机组负荷升高后，“NA”信号消失，后来利用机组检修机会，对B探头安装位置进行了调整，从而彻底消除这一缺陷。根据实际经验，在安装精度不能保证的情况下，B探头的移动距离可在8.0mm～8.5mm之间，对测量数值影响不大，同时可以避免上述问题的发生。

3.2 #3低压缸胀差的测量方法及问题分析

#3低压缸胀差的测量范围为：-5.0mm～+31.0mm，本次改造虽然采用了世界上最先进的TSI设备，但其在俄制800MW机组的应用尚属首次，由于#3低压缸胀差的测量范围较大，受测量空间和被测面的限制，本特利和国外定型的一次元件产品都无法满足测量要求。因此只有开发出与其配套的一次元件，才能解决测量问题。本次改造对于#3低压缸胀差的测量设计了由国内先进技术制作的LVDT-3型胀差传感器与本特利3500监视系统有机结合的复合系统。LVDT-3型胀差传感器利用线性差动变压器(LVDT)原理测量机组的胀差，它由LVDT位移传感器和前置器组成。前置器向LVDT位移传感器激磁线圈发送高频激磁信号，通过检测线圈检测出其铁芯的位置，并将该位置信号转化成电流或电压信号。通过支架，LVDT位移传感器的固化线圈绕组固定在汽轮机的缸体上，其活动铁芯的延长杠随转子轴向变化而移动，从而实现胀差测量。

LVDT-3型胀差传感器采用传感器和前置器分开设计，可以最大限度的减少对机组测量点处的空间要求，同时减小高温对电子电路的影响。设计中采用高频激磁信号，使电阻在激磁线圈和检测线圈阻抗中的比重减少，从而提高系统的热稳定性。LVDT-3型胀差传感器工作原理如图4所示。

本特利3500监视系统的软件是一个非开放性的软件系统，只支持本特利自身的测量元件，所以必须开发出LVDT-3型胀差传感器与本特利3500监视系统的接口软件，才能实现测量功能。在改造过程中，利用DEBUG调试程序对本特利相关的执行软件进行了跟踪调试，找到了其配套软硬件接口的数据结构，最终完成了接口软件的开发。

图4 LVDT-3型胀差传感器工作原理图

此种测量方式属于接触式测量，传感器的耐磨垫片在与高速旋转的大轴凸轮磨擦过程中必然要造成垫片磨损，在使用过程中曾经出现过由于垫片磨损严重而引起测量误差较大，为解决这一问题，特意从油管路引出一路润滑油，使油口对准垫片与大轴凸轮磨擦部位进行喷油润滑，通过实际运行情况看，这一方法效果较好，使垫片的磨损量大大减小，一个检修周期由于垫片磨损造成的误差在允许范围内，同时利用每次检修机会对垫片进行检查，必要时更换耐磨垫片，从而保证测量的准确性。

3.3 轴振测量的干扰问题及解决方法

绥电公司轴振测量采用8mm涡流传感器，在#1机组运行过程中#5水平轴振显示画面来故障信号，3500/42监测器“By Pass”灯亮，检查前置器输出电压正常，断开前置器检查探头各项参数正常，检查系统屏蔽接地正常，更换前置器和3500/42监测器故障仍未消除。用示波器监视前置器输出信号，发现有大量的无规律变化的高频信号叠加在输出信号上，初步判断是由于周围环境的电磁干扰造成的，在前置器输出端“SIG”与“COM”之间加电容后，显示画面故障信号消失，3500/42监测器“By Pass”灯灭，系统恢复正常。

4 结束语

3500监视系统是本特利·内华达公司推出的最新产品,其设计应用了可靠的微处理器技术,是一个全功能监视系统。使用过程中组态灵活、人机界面友好。模件、前置放大器、探头的可替换性,安装后对细微偏差可通过软件调整的功能简化了安装、调试程序。该系统在俄制800MW机组的应用是成功的，解决了俄制TSI设备的诸多问题，为机组的安全稳定运行提供了保障。

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