TSI系统故障原因分析与提高可靠性的建议

1、TSI系统故障原因分析与提高可靠性的建议   摘要：本文通过对浙江省各电厂TSI系统运行中存在问题的调研和归类分析，在深入探讨研究的基础上，提出了提高TSI系统稳定运行的建议。   关键词：TSI系统 调研 建议1.      前言汽轮机监测保护系统（Turbine Supervisory Instrumentation简称TSI系统）是汽轮机最重要的监测保护系统之一。正常运行中，它监视汽轮机机械参数的变化，一旦参数越限即发出报警信号，若参数达到限值时则动作保护系统驱动汽轮机跳闸。但为保证机组的安全经济运行，要求T

2、SI系统的动作必须可靠。然而近两年来浙江省各电厂TSI系统保护信号异动情况呈上升趋势。据不完全统计，仅2006年1月至2007年4月，浙江省内电厂的机组，因TSI系统保护误动而引起的跳机事件就多达6次，影响了发电机组的安全稳定运行，也引起了我们对电厂TSI系统运行情况的重点关注。在完成对省内电厂各机组TSI系统运行情况调研和异动案例的统计、归类分析和深入探讨研究的基础上，提出一些提高TSI系统运行可靠性的改进意见，供同行检修运行维护中参考。2.   TSI系统运行中存在的问题及原因分析目前浙江省在线运行的TSI系统，主要有本特利3300和3500装置，德国epro公司的数字式MMS6

3、000系统和Vibro- Meter的VM 600 系列，经对浙江省内各电厂TSI系统运行情况的调研和归总分析，在运行过程中引起测量显示异常甚至导致保护系统误动的主要原因有：2.1    绝对振动单点信号保护误动概率大浙江省火电厂机组的汽机振动保护，多采用单点绝对振动信号作为动作的触发信号。绝对振动（AS）是利用安装在轴承处的涡流探头测轴的相对振动（RS），利用安装在轴承上的速度（加速度）探头测轴承的绝对振动（AB），然后将轴的相对振动信号与轴承的绝对振动信号叠加得到。即：AS=AB+RS （探头位于相同侧）AS=AB-RS （探头位于相对侧）由于轴的相

4、对振动是一个位移量，因此需要把轴承的绝对振动（假设轴承的绝对振动用速度表示）经过一次积分转换成所需的位移信号，通常通过以下公式换算所得：D1000V3.14*F其中：D -位移，mm（峰值）V -速度，mms（峰值）F -频率，Hz由上面的公式可以看出，首先在积分过程中，速度信号会被与频率有关的增益所放大。对于低频来说增益大，而对于高频来说增益小。在速度信号中，所有低频成分，在积分成位移量后，都有较大的幅值。因此外部电磁场的任何变化都会产生错误的振动速度输出信号；其次如果速度信号瞬间受到低频干扰积分出一个比较大的值，那么，即使轴的相对振动没有变化，最终复合出的值也是比较大的。近两年来，由于绝对

5、振动信号瞬间突变，导致保护动作的情况时有发生，如：某电厂#4机组正常运行中，1y轴振动信号突变，触发振动保护动作，汽机跳闸。查阅DCS系统的历史曲线（如图1所示）发现，轴的绝对振动信号（图中兰色线）最高至满量程，超过保护动作设定值持续时间4秒左右（此时同一轴的图1. 事故发生时段#1轴承振动信号突变曲线相对振动（图中红色线）并没有发生突变），但保护未动作停机。经全面检查，信号突变时段运行人员无操作，同一轴的运行人员无操作，汽机平台上也无工作人员，该测量系统的电缆屏蔽和TSI机柜的接地也基本符合要求，因此排除由于设备启停产生的外界强信号干扰或由于接线和屏蔽接地不良而导致信号突变的可能性。调阅35

6、00装置中相应的报警信号输出历史记录，显示确有保护动作信号产生。至所以保护未动作停机的原因，是由于装置的输出通道故障，修复后组态未及时更改，接线与组态不符，保护信号实际未输出。另一电厂的#3机组， #11轴承振动高高保护动作跳机。经查阅DCS记录，保护动作前4分钟 #11轴的绝对振动值开始明显增大，直至超过保护定值机组跳闸；在机组跳闸的前后四分多钟内，转速下降到2420rpm前，#11轴的绝对振动峰值一度出现满量程500µm，并大幅度振荡；惰走至2420rpm时，振荡消失，但仍然存在波动现象。而在上述时间段内，励磁电流、励磁电压，#11轴承的相关数据（包括相对轴振数据、振动相位等）均

7、无异常变化。从上述两次误动过程来看，当时用来测量轴承绝对振动的速度传感器受到了低频干扰，发生突变，同时复合出一个较大的绝对振动值，导致振动保护动作。2.2          内部软件设置和维护不当目前，省内各电厂的TSI系统大部分采用了本特利公司的3300/3500系列产品。对于本特利的系统，其继电器的报警复位等参数可以在软件中加以设置，但如果设置或检修维护不当，也有可能会导致保护误动。如：某电厂#2机#3轴承振动高高跳机。对测量系统进行检查，未发现就地接线、前置器及TSI柜内卡件有异常现象。检查那个时段

8、的TSI系统报警事件记录发现有以下两条记录：l            20/01/200707:43:14.78 0000006168009 003 N/A ENTER NOT OKl            20/01/200707:43:15.01 0000006168014 002 N/A ENTER RELAY第一条记录表示#9卡件的#3通道（#3轴承X向相对振动通道）故

9、障（超过满量程）。第二条记录表示#14卡件的#2通道（汽机振动高高跳机信号）继电器动作。检查保护逻辑，其设计为本轴承的X向相对振动高报警信号和本轴承的Y向绝对振动跳机信号组成与逻辑。根据此保护逻辑，那么仅有#3轴承X向相对振动通道故障（超过满量程）是不会引起保护动作的，除非#3Y绝对振动高条件亦满足。进一步检查系统软件发现：软件中将危险报警继电器的复位设置为“闭锁”。即，危险报警继电器的复位在危险报警值消失后需运行人员手动复位。（在“不闭锁”模式下，危险报警继电器的复位在危险报警值消失后系统自动复位。）继续查看以前的记录发现：l     20/12/20

10、06 18:29:15.01 0000005635 004 003 N/A ENTER DANGER该记录表示#4卡件的#3通道即#3轴承Y向绝对振动曾超过跳机值。由此可以判断，#3轴承Y向绝对振动曾达到跳机值并触发了继电器输出通道，根据软件输出信号被保持，由于运行人员未及时人工复位。当#3轴承X向相对振动通道故障时，满足了#3轴承振动高高跳机的条件，保护动作。所以软件的不同设置也将影响到保护逻辑。在“闭锁” 模式下，如运行维护不及时，同样会增加误动的机率。2.3          延伸电缆至前置器的接头

11、松动、污染延伸电缆、前置器等随着时间的推移，原先紧固的接头和接线，可能会因气候、氧化等因素而引起松动造成接触不良，使信号出现波动。如某电厂#3机组的轴向位移A，其测量值由0.1mm瞬间变为-0.91 mm、-1.67 mm，后又自行恢复，该现象反复出现。经仔细检查，发现异常原因为探头延伸电缆与前置器的接头松动引起，将其拧紧后信号恢复正常。对TSI系统来说，一个探头对应一根延伸电缆和一个前置器，三者是一个测量整体，有相应的阻抗和特性曲线。一旦测量系统的阻抗和特性曲线发生变化，会引起信号异常。如某电厂#5机组运行过程中，8Y振动示值波动较大，检查就地接线，探头延伸电缆与前置器的接头无松动，前置器及

12、TSI柜内卡件也无异常现象。但是将探头延伸电缆与前置器的接头松开时，发现延伸电缆和前置器的接头中有杂质，将杂质清理干净后，信号恢复正常。其原因就是接头中的杂质或油污，造成该测量系统的阻抗不匹配，改变了该测量系统的特性，使得信号发生波动。2.4          周围环境影响，导致信号异常TSI系统的一次元件采用的的是涡流探头和速度探头。涡流探头中有一线圈，前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入该线圈产生一个轴向磁场，当被测金属体靠近这个磁场时切割磁力线产生电涡流，电涡流的强弱随探头与被测体表面之间间距的变化

13、而变化，并经延伸电缆送至前置器检波、放大转化成随机械位移(间隙) 变化的电压信号。当有外部磁场影响该线圈产生的磁场时，电涡流的强弱就不能正确地反映探头与被测物间的间距，引起测量显示异常。如：某电厂在机组运行时出现#6轴承振动大报警，经检查报警原因，是运行人员巡检时，发现#6轴承处有漏雨现象，就用塑料布覆盖并用磁铁进行固定。由于受到外部磁场的影响，使得振动变大。某电厂#5机组#5瓦（靠发电机侧）振动信号故障，当时对测量回路进行检查，未发现异常，更换就地瓦振探头后信号正常。但是没过多久，又出现了这一现象，并且在更换了探头后也无法解决。在更换探头的过程中发现安装振动探头的支架带电，有20多伏交流电。

14、进一步检查这20伏交流电的来源，发现#5瓦轴承接地电刷接触不好，导致固定在轴承座上的支架带电。探头受到了强信号的干扰，导致信号失真。除了外部磁场对探头的影响，测量回路电缆的老化也是一个不容忽视的问题。如某电厂#2机组汽泵轴承振动不定期的发生测量值波动的现象。检查就地接线、前置器、探头和TSI柜卡件均无异常。更换卡件和前置器后，这一现象仍然存在。经过反复的排查后认为可能是该测量回路就地环境温度较高导致线路老化引起。将测量线路走向远离高温区后，信号恢复正常。2.5          接地不规范，干扰信号串入对

15、于大多数TSI系统来说都有严格的接地要求。不正确的接地方式直接影响系统的抗干扰能力。如某电厂#1机脱硫增压风机在停运时，其振动信号值一直跳变，最高甚至超过了振动保护值。检查测量回路，没有发现问题。在检查就地本特利机柜的接地时，发现该机柜的接地虚焊，重新焊接机柜接地扁铁后，信号跳变现象消失，恢复正常。某机组在基建调试阶段，发生#1机组脱硫增压风机振动突然跳变，导致增压风机跳闸。经检查和仿真试验，事件原因是本特利机柜附近有电焊机工作，因电焊机接地点离本特利机柜较近，焊接时导致机柜附近接地线上有电势差产生，并在屏蔽层产生环流，窜入信号电缆引起模拟量波动。此外延伸电缆的屏蔽层，如果安装敷设途经未做好防

16、护，电缆屏蔽层因振动等原因在运行过程磨损，导致两点或多点接地，或者连接电缆屏蔽层未接地的话，也将会引起信号跳变。因为不同的地网会产生电势差，在屏蔽层产生环流，叠加在信号上就会引起模拟量波动或突变。如某电厂1000MW机组运行在750 MW时，汽机3#瓦振动持续跳变，检查回路发现电缆的屏蔽线没有接地，正确接地后3#瓦振动信号恢复正常。3.      提高TSI装置运行可靠性建议随着发电成本的提高，电力生产企业面临的市场竞争环境将加剧，如何保证TSI系统参数测量准确，动作信号可靠，提高机组设备运行的安全经济性，已引起了各大发电集团公司的重视，也成为热工需要探

17、讨研究的一个主要工作。我们通过对上述浙江省电厂TSI系统运行情况调研和发生异常事件分析研究，对引起TSI系统异动的原因有了比较清楚的了解，本着“既要防止拒动，也要防止误动”的原则，提出以下反事故措施与建议：3.1          完善系统供电目前，TSI系统的供电基本上采用双电源供电，但仍有机组的TSI系统采用单电源供电，或虽采用了双路电源但电源模块仍为单个。虽然到目前为止还没出现过因电源失去，使整个系统瘫痪的情况，但对于TSI系统的可靠运行来说，单电源供电对系统运行始终也是个安全隐患，因此应进行以下完

18、善：1）       TSI系统应配置两路可靠的AC220V电源冗余供电（切换时间应不大于5ms，保证TSI装置不会初始化），和至少两块电源模块实现装置电源间的无隙切换。原设计一路电源或二路电源切换时间达不到要求的，应进行相应地改造或优化。2）       当保护电源采用厂用直流电源时，应有确保寻找接地故障时不造成保护误动的措施。3.2          优化TSI系统报警信号与保护逻辑

19、根据上述故障的统计分析研究，优化TSI系统报警与保护逻辑，减少单点信号保护引起机组误动的概率，是提高TSI系统运行的可靠性的一项主要措施，经对TSI系统专题研讨，我们提出以下技术措施：1）    TSI系统的动作跳机信号宜采用常开信号（闭合跳机）2）    采用轴承的相对振动作为振动保护的信号源，并将逻辑优化为：本轴承的X向相对振动达到跳机值且相邻任一轴承达到报警值时，本轴承振动保护信号动作。（在车头面向汽机方向，如转子顺时针转动，取左侧探头为X向；如转子逆时针转动，则取右侧探头为X向。）3）    汽机

20、轴向位移保护，原为单点信号或为二选二逻辑的，通过增加探头改为三选二逻辑判断，或配置四个探头，组成二对二取二与逻辑后再组成或逻辑输出。4）    汽机高低压胀差为单点信号保护的，宜增加10秒延时；如为双信号组成与逻辑作为保护的，则最好将TSI输出量程改小，设置为110%的跳机动作值大小，以加强坏点剔除保护功能。5）    汽机缸胀为单点信号保护，建议限消该保护。3.3          提高TSI系统连接线路的可靠性连接线路问题是影响TSI系统运行可靠性的另一个重要原因。为有效减少TSI系统的异常发生，建议在安装、检修、运行、维护中，注意满足以下要求：1）安装或检修后，要有可靠措施以确保延伸电缆的固定与走向