汽轮机振动监测保护装置分析与改进

汽轮机振动监测保护装置分析与改进

徐文忠

浙江浙能嘉华发电有限公司 浙江嘉兴 314201

摘要：本文主要对各种原因引起的振动信号波动做出分析，并进行了相应的防误动的技术措施及改进方法，经实施效果分析可知这次改进不仅提高了汽轮机轴系振动监测的可靠性，而且保证了机组的经济运行，取得了较好的改进效果。

关键词：传感器；监测保护系统

引言

汽轮机在电力系统中所起到的作用毋庸置疑，对于居民用电也有着直接影响，工业生产中各项电力器械的运行更是离不开电力系统稳定运行的支持。为例确保电力系统的稳定运行，有必要对汽轮机进行定期的检修与保养。汽轮机振动故障是汽轮机故障中比较常见的故障，也会对汽轮机产生较大影响的故障。

1系统需求分析

当前，我国多数汽轮机组振动监测硬件均为进口产品，所配套监测及故障诊断软件所需价格较高，若采购汽轮机组时每台都配套进口监测软件将导致机组的成本大幅提高。为此，必须加快汽轮机组振动监测系统的研发力度。具体而言，应满足如下需求。

1）满足电厂多机组同时监测，保障多通道信号同步采集、传输、分析与存储。

2）能够对所采集数据进行同步显示、报警等多项功能。

3）具有较快的信息存储能力与完备的数据库，且可靠性高，能够及时发现故障，并满足不同类型的故障事后分析。

在系统开发过程中，应结合电厂的具体情况及功能需求，利用现有技术条件，对系统开发方案进行确定，如开发环境、工具，硬件设备、系统开发框架的构建等。

2汽轮机振动故障原因

2.1转子质量不平衡

汽轮机振动故障存在多种原因，其中最为常见的为转子质量不平衡。转子质量不平衡在汽轮机振动故障中占得比例高达80%，剩下的20%也不能认为完全与转子质量不平衡没有关系。分析转子质量不平衡的原因可以总结为以下几个方面:①材料的不均匀;②制造、设计和安装过程出现偏差;③使用过程中没有对转子进行定期养护导致材料受损。转子质量不平衡会使转子的惯性主轴与旋转轴线出现一定程度偏离，在这种情况下转动转子，离心力显然难以维持平衡，必然会出产振动的现象，从而使汽轮机发生故障。

2.2转子热弯曲故障

转子热弯曲故障也是汽轮机振动故障中比较常见的故障原因，汽轮机运行中转子高速运转会产生热量，转子因此处在一个受热的环境下，受热情况可能会导致转子发生一定程度的热弯曲，进而对转子的平衡产生进一步影响。分析热弯曲故障的原因，主要为以下两方面:①汽轮机转子本身材料不均匀，冷却系统故障等;②发电机转子热弯曲各零件衔接的不均匀或者转轴内应力过大。

2.3液压设备故障

液压设备故障往往是受到汽轮机振动故障影响，当汽轮机出现振动时，液压设备可能会因此而出现渗漏现象，出现渗漏现象后又会反过来影响汽轮机加重振动故障。此外，液压设备的材质也可能对其使用情况造成影响，材质不均匀或者铸造过程带来的不易发现的隐患，都可能会导致液压设备渗漏。液压设备需要维持长期的运行，长期运行可能会使其处于超负荷状态，导致液压设备的外壳出现裂痕或缺口，从而出现渗漏现象，从而对汽轮机造成影响出现振动故障。

3改进方法

（1）某汽轮发电机组（350MW等级）的TSI系统共有十六项轴承相对振动信号，分别来自汽轮机侧的十二个轴振测点和发电机侧四个轴振测点。十六项轴承相对振动信号通道任意一个达到高二值即遮断值（250μm）即触发汽轮机保护动作，紧急遮断汽轮发电机组。这种保护设计方式能很大程度保护机组主设备，但考虑到保护装置可能存在的误动情况并给机组“非停”带来不良影响，因此对保护动作条件进行分析改进是必要的。

汽轮机轴系振动理论上分析，高速旋转的汽轮发电机组轴系，其轴系的相对振动是整体的平稳状态，出现某一点X或者Y方向的突然变化，而其他相邻或者间隔的轴承振动点没有变化的情况极其罕见，常态是当某一个轴承的振动（比如2号轴承）发生振动增大时，汽轮发电机组相邻的高压或者中压段转子轴系的动平衡被破坏，汽轮发电机的整根轴系振动都会发生变化，相邻的轴承振动变化幅度越大。基于此，汽轮发电机组轴振动保护逻辑可以进行优化完善，实现及时发现轴系振动异常迅速停机又不会由于干扰因素大致测量失灵，而造成机组发生“非停”的目的。综上所述，与某汽轮机厂和自控中心充分沟通后将汽轮机组轴振保护逻辑优化为以下动作条件：汽轮发电机组十六项轴振测点，任意一轴振动高二值（250μm）AND任意轴振动高一值（125μm）发出汽轮机轴振大信号（延时3s）紧急遮断汽轮发电机组，避免轴承振动受到干扰导致测量出现失真，而使汽轮机“非停”事故。

（2）针对某公司的CSI6500系列产品探头专用电缆引线、延伸电缆进行热缩（内、外接头），规划电缆在轴承箱内走向，对敷设进行固定，加强电缆绝缘保护，避免发生破损；一次元件传感器到前置器中间都有一个插针的接头，而在实际机组运行中碰到该接头会使振动值突变，进而造成振动保护误动作。对于个别振动传感器到前置器中间插针的接头，将插针接头剪掉，将振动传感器到前置器的引线直接焊接，在焊接中要注意防止卡件烧损。经过长周期的运行，发现这种方法能保证振动测量不发生突变，保证了机组的稳定运行。

（3）公司一、二号机组汽轮机监视保护装置采用CSI6500双通道轴振动测量模块卡件，6110轴相对振动监测模块关于限值监测功能有五种选择方式。其中一项报警抑制功能作用是：此项功能开启后如果模块出现通道故障，该通道的报警输出将被抑制。通道不会发出报警值，以避免发生误跳汽轮发电机。

根据公司两台机组实际情况，走访沟通多个兄弟电厂和监测系统技术专工分析、研究，将两台机组汽轮机监测系统轴相对振动卡件的监测模式选择采用报警抑制功能，提高汽轮机轴振动监测的可靠性，避免了轴振监测发出失真信号，导致“非停”汽轮机。

4需要注意的问题

(1)机组振动产生的原因很复杂,在停机检修启动后的振动指标可能与停机前不一样,这就需要我们在每次检修结束后重新确定预警值;

(2)装置虽在修改时不会出现误动,但为了确保万无一失,建议在进行机组预警值修改下装时,最好短时间将振动保护退出运行,待结束后再投运;

(3)因预警值和报警值不同,报警逻辑需要由DCS来完成,预警值在本特利装置中进行设定;

(4)预警值以运行参数加30～40μm来确定;

(5)为了更大程度地避免拒动,可以以报警值作为参照,二者取小值;

(6)探头支架应保证有良好的热稳定性和强度,保证支架不会受热发生变形和超过10倍工频值;

(7)在对本特利3500振动检测装置的继电器模件进行组态时,注意不要将报警数据设为始终保持,否则,就会由于装置的记忆功能而可能造成误动。

结语

对于大型机组的主机振动保护,按照技术监督的要求必须长期投运。而由于机组振动保护装置的复杂性以及测点安装的不规范,往往使振动测量数据不准确,从而失去了参照的意义,所以许多火电机组的轴振保护装置只在机组启动时才投运。经过对振动保护系统的认真分析,很好地解决了振动保护装置从测量到逻辑判断的全过程监控的问题,确保了测量的准确性和装置的可靠性。

参考文献

[1]哈尔滨汽轮机厂有限公司.NZK600-16.7/538/538型直接空冷汽轮机[S].哈尔滨:哈尔滨工业出版社,2005.

[2]内华达本特利公司.本特利3500振动检测装置安装和使用手册[S].北京:工业出版社,2002.

[3]凌荣宇.300MW火力发电机组运行与检修技术培训教材-仪控[M].北京：中国电力出版社,2002.