TSI火电厂热工保护教学课件

1、 随着汽轮机组容量的不断扩大，蒸汽参数越来越高，热力系统也越来越复杂，汽轮机本体及其辅助设备需要监测的参数和保护项目越来越多。汽轮机是在高温、高压下工作的高速旋转机械，为提高机组的热经济性，大型汽轮机的级间间隙、轴封间隙选择的都比较小。在启、停和运行过程中，如果操作、控制不当，很容易造成汽轮机动静部件互相摩擦，引起叶片损坏、主轴弯曲、推力瓦烧毁甚至飞车等严重事故。为保证汽轮机组安全、经济运行，必须对汽轮机及其辅助设备、系统的重要参数进行正确有效的严密监视。当参数越限时，发出热工报警信号；当参数超过极限值危及机组安全时，保护装置动作，发出紧急停机信号，关闭主汽门，实现紧急停机。 Turbing

2、Supervisory Instrumentation第1页，共49页。监 测 与 保 护 项 目 (1)轴向位移监测与保护； (2)缸胀、胀差监测与保护； (3)转速监测与超速保护； (4)汽轮机振动监测与保护； (5)主轴偏心度监测与保护； (6)轴承温度监测与保护； (7)润滑油压、油位及油温监测与保护； (8)凝汽器真空监测与保护； (9)推力瓦温度监测与保护； (10)高压加热器水位监测与保护； (11)汽缸热应力监测； (12)汽轮机进水保护等。第2页，共49页。 大型汽轮机组普遍安装成套的汽轮机监测仪表系统(Turbine Supervisory Instrumentation，

3、简称TSI)。主要包括: 本特利公司的7200、3300系列；德国菲力浦公司的RMS700系列；国产5000、8000和9000系列等； 这些系列TSI系统，以其高可靠性，为大型汽轮机组的安全运行提供了保证。 Turbing Supervisory Instrumentation第3页，共49页。轴向位移监测与保护 汽轮机是以高温、高压过热蒸汽为动力的高速旋转机械，为防止汽轮机动静部件之间发生碰撞和摩擦，叶片与喷嘴之间、轴封动静之间及叶轮与隔板之间必须保持适当轴向间隙。 过热蒸汽在膨胀作功时，使汽轮机转子产生巨大轴向推力，正常情况下，轴向推力由推力瓦承受，当推力过大时将破坏油膜，转子发生窜动，

4、轴向位移增大，汽轮机动静部件发生摩擦、碰撞，造成严重事故，如：叶片断裂、主轴弯曲和叶轮碎裂等。 轴向位移监测与保护即当位移超过报警值时发出报警信号，提醒运行人员处理；位移超过危险值时，保护装置动作，关闭主汽门、调速汽门和抽汽逆止门，实现紧急停机。 电涡流式轴向位移传感器将转子轴向位移转换为电压信号，进行指示、报警和停机保护。 电涡流传感器结构简单、灵敏、线性范围大、抗干扰能力强及不受油污影响等优点，广泛用于轴向位移、振动、主轴偏心度、转速等重要参数的测量。第4页，共49页。电 涡 流 传 感 器 一、结构与工作原理 传感器的线圈L由高频信号激励，它产生一个高频交变磁场1。当传感器接近导体表面时

5、，导体内就会产生高频感应电流ie。由于此电流在导体内是闭合的，所以称为电涡流。同时，电涡流又将产生一个交变磁场e，反作用于线圈L上。当被测导体与传感器线圈的距离d改变时，使线圈的等效电感L、等效阻抗Z和品质因Q数值均发生变化。电感量L的变化大小与线圈的外形尺寸r、被测距离d、金属材料的电阻率 、导磁率、激励电流i、及频率f等因素有关，即:L=F(r,d,I,f) 第5页，共49页。电 涡 流 传 感 器 二、等效电路分析 根据基尔霍夫定律，由图写出方程组: 解方程组, 可得: 等效损耗电阻为: 等效损耗电感为: 一般被测导体与线圈的距离d 减小，互感M增大，等效电感L减小。 具体地，当被测导体

6、为磁性材料时，磁路的有效磁导随导体与线圈的距离d的减小而增大，即L1增大；若被测导体为非磁性材料，则磁路的有效磁导率与d无关，即L1不变。式中第二项与电涡流效应有关，它使线圈的等效电感减小。所以当被测导体为非磁性材料或硬磁性材料时，d减小则线圈的等效电感减小；当被测导体为软磁材料时，以静磁效应为主，d减小则线圈的等效电感增大。 第6页，共49页。电 涡 流 传 感 器 三、测量方法 常用的测量方法可分为：稳频调幅式、变频调幅式和调频式三种。 ui为稳频稳幅高频信号LC为谐振回路UI=(R+jL/j/c)I谐振时（假设d很大）LC回路等效阻抗最大，E最大当d减小时，谐振被破坏，LC回路等效阻抗减

7、小，E减小，经放大、滤波后的U0即反映了d的变化。第7页，共49页。缸胀、胀差监测与保护 汽轮机在启动、暖机、升速和停机过程中，或在运行工况发生较大变动时，都会由于温度大幅度或快速变化，引起汽缸和转子不同程度的热膨胀。 汽轮机高、中、低压缸对应滑销死点(即汽轮机基础)的膨胀称为缸胀；转子与汽缸之间的相对膨胀差值，称为胀差(或差胀)。转子膨胀量大于汽缸膨胀量为正胀差：原因：启动时，暖机时间不够，升速过快；负荷变动时，升负荷速度过快等。汽缸膨胀量大于转子膨胀量为负胀差：原因：减负荷速度过快；突然甩全负荷；空负荷或低负荷运行时间过长；主蒸汽温度过低或突降；发生水冲击；停机过程中，用轴封蒸汽冷却汽轮机

8、速度过快；凝汽器真空急剧下降，排汽温度迅速上升时，造成低压缸负胀差增大等。 金属材料的绝对膨胀, 可以用以下公式表示:式中, -材料的线膨胀系数, 1/ -温度增量, -计算截面与计算参考点的距离, 基 本 概 念第8页，共49页。 由于汽轮机轴封和动静叶之间的轴向间隙都设计的很小，在汽轮机启、停或运行过程中，如果胀差过大超过允许值时，就会使动静部分产生摩擦、碰撞，引起机组强烈振动，甚至造成叶片断裂等严重事故。为保证汽轮机机组安全，必须装设汽轮机缸胀和胀差监测保护装置，当缸胀和胀差超限时，立即发送热工信号，进行声光报警；当超过危险值时，送出停机保护指令。 停机保护一般只在机组启停过程中和低负荷

9、运行时投入，这是因为在正常运行时，胀差一般变化不大。 缸胀、胀差监测与保护 目 的 及 意 义CE (Case Expansion,缸胀)DE (Differential Expansion,差胀）第9页，共49页。缸胀、胀差监测与保护 线性差动变压器(LVDT，Linear Voltage Differential Transformer) 线性差动变压器LVDT的结构示意图如图4-7所示。它由一个振荡器、一个激励绕组W0和2个输出绕组W1、W2组成。振荡器为激励绕组提供振荡频率为lkHz的激励电压，输出绕组W1、W2反向串接，将铁芯的位移d线性地转换为交流输出电压，经解调器检波、放大及滤波

10、等环节处理后，输出直流电压。LVDT的输出电压与铁芯位置呈线性关系。 右图为直流500HR、1000HR和2000HR三种型号的LVDT输出特性曲线， LVDT结构示意图 LVDT输出特性曲线 第10页，共49页。缸胀、胀差监测与保护 LVDT传感器07V的直流电压信号l，送到输入阻尼器2（电压跟随放大器），实现输入输出阻抗转换。其输出一路经阻尼器3向面板接线插座提供传感器的输出信号；另一路送到信号调整放大器4。信号调整放大器4将输出电压转换为0-10V，然后供指示仪表5指示缸胀，同时经驱动器6驱动外接记录仪表记录缸胀。指示仪表的零刻度对应0V，满刻度对应-10V。 缸胀监视器内设有OK电路，

11、用于检验输入到监视器的传感器信号是否正常。当信号不正常时，OK电路发出一个“非OK”信号，该信号使监视器前仪表盘上的OK发光二极管熄灭，使信号盘上的系统状态“非OK”指示灯亮。 胀差DE监视器与CE监视器相比，增设有报警电路和停机保护电路。 缸胀监视器组成框图 OK电路原理图 第11页，共49页。汽轮机振动监测与保护 一、振动的原因与危害 (1)汽轮机启动时，暖机时间不够，升速或升负荷太快，引起汽缸受热膨胀不均匀，或滑销系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀，使汽缸与转子轴线不对中；(2)凝汽器真空下降，使排汽温度上升，后轴承上抬，使汽轮机轴线前后不一致； 、(3)靠背轮安装不正确，中心未对准；(4)

12、汽轮机进汽温度不满足设计要求范围，使缸胀和胀差加大；(5)由于叶片断裂、脱落、结垢、平衡块安放不当等原因使转子质量不平衡；(6)主轴弯曲；(7)轴承油膜不稳或被破坏；(8)汽轮机内部动、静部分摩擦； (9)蒸汽带水进入汽轮机，发生水冲击等。 在启动，运行过程中，振动过大可能会造成严重危害，直接威胁机组的安全运行。因此，大型汽轮机组必须安装振动监测保护装置，严密监视机组的振动情况。当振动超过报警值时，发送声光报警信号；当振动超过危险值时，发送停机保护信号。 第12页，共49页。汽轮机振动监测与保护二、振动的监测方法 振动监测包括：轴承座的绝对振动、主轴与轴承座之间的相对振动和主轴的绝对振动。监测

13、参数包括：测振点的振动幅值、相位、频率和频谱图等。振动测量传感器可分为：接触式又可分为：磁电式、压电式等。非接触式又可分为：电容式、电感式和电涡流式等。 第13页，共49页。汽轮机振动监测与保护磁电式振动传感器 电磁式振动传感器结构示意图 传感器振动力学模型 l-引线；2-外壳，3-线圈；4-永久磁钢 1-质量块：2-弹簧；3-阻尼器： 5-芯轴；6-阻尼环；7-弹簧片 4-传感器外壳 磁电式振动传感器利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈的感应电动势。振动传感器的力学模型可用一个集中质量、集中弹簧和集中阻尼的二阶系统来表示，当用速度传感器测量振动位移时，由于位移与速度之间为积分关系，所以需采

14、用积分电路。积分电路的输出与有效振动幅值成正比。 第14页，共49页。汽轮机振动监测与保护电涡流式振动传感器 前面介绍的电涡流位移测量方法均可用于测量振动。目前国内、外广泛采用电涡流式传感器用于测量振动，并且有替代磁电式振动传感器的发展趋势。 右图为用电涡流振动传感器测量汽轮机主轴振动的安装示意图。传感器探头2通过支架4固定在机体5上，传感器的位置尽量靠近轴承座附近。当主轴振动时，周期性的改变主轴与传感器探头的距离，采用前面介绍的测量方法，即可将振动位移线性地转换为电压、频率等信号，经处理后供显示、报警和保护电路或记录仪表使用。以稳频调幅测量法为例，测量电路将振动位移转换为直流电压信号。 电涡

15、流振动传感器1-主轴 2-传感器 3、4支架 5-机体 第15页，共49页。汽轮机振动监测与保护复合式振动传感器 单个振动传感器一般只能监测汽轮机轴承座的振动及主轴与轴承座的相对振动。复合式振动传感器即可用于主轴振动的测量。复合式振动传感器由电涡流式传感器和一个速度式传感器组成，两者安装在汽轮机的同一测点上，如右图所示。 电涡流式传感器用于测量主轴与轴承座的相对振动，速度式传感器用于测量轴承座的绝对振动。主轴的绝对振动是两者的矢量和。 第16页，共49页。汽轮机振动监测与保护振动分析的基本原理 振动是十分复杂的，不仅要测量振动的幅值，而且要测量振动的频率和相位。 振幅是指振动幅度的峰峰值，是表

16、征机组振动严重程度的重要指标；振动频率一般是指同步振动，常以转子转速(频率)的倍数形式来表示的，如lx(1倍频)、2x(2倍频)、x分频等；振动相位是描述转子在某一瞬间所在位置的一个物理量，在转子作动平衡试验、确定临界转速及作故障诊断、分析时，离不开精确的相位测量。相位测量通常采用键相位法，即在主轴上作一标记(如键槽等)，利用电涡流传感器监测标记位置，主轴每转动一转传感器发出一个脉冲，并以此脉冲作为相位测量的参考基准。 左图为振动信号相对于同步脉冲的相位图。(a)表示振动探头、键相器探头、键相标记、振动高点的相对位置图。(b)为检测到的振动信号同步分量的波形图和键相器监测到的键相脉冲波形图。振

17、动相位定义为从同步信号(键相脉冲)前缘到振动高点之间的相位角。 位移传感器的输出信号以及键相传感器的键相脉冲信号可用于连续检测振动信号相对于同步脉冲的相位、转子的转速以及经滤波后的振幅。 振动信号相位图1-转子；2-振动高点; 3，4-振动探头5-键相记号第17页，共49页。监测轴承温度的目的在于监视轴承的工作状态，防止轴承、轴瓦温度过高，造成支持轴承和推力轴承烧毁事故。1导压管、2波纹管、3杠杆、4刀支架、5拨动开关、6中间继电器磁阻传感器组成由永久磁钢和感应线圈组成。转速测量方法（磁敏式）当出现严重超速时，就很可能造成严重的设备损坏事故，甚至造成“飞车”恶性事故。7200系列典型TSI系统

18、单个振动传感器一般只能监测汽轮机轴承座的振动及主轴与轴承座的相对振动。于是感应线圈的磁通随之发生交变，感应线圈产生交变感应电动势第(6)(11)项功能是由外部信号送到保护系统的遥控接口实现的；高、中、低压缸胀差保护；通过矢量滤波器还可以提供振动的幅值和相角等数据，以供故障诊断使用。转速测量方法（电涡流式）实际上，转子的弹性弯曲经常发生在调节级范围内。可见监测润滑油温度十分必要。第三种是采用焊在管子上的新型快速热电偶测温，这种热电偶的相应时间很快，大大小于套管式热电偶的响应时间。它可以跟踪液位的变化，这种探测系统还在试验中。05MPa时，启动交流备用油泵；当转速高于整定值(如600rmin)时，

19、报警继电器动作，其动合(常开)触点闭合，用于接通排汽缸冷却喷水装置；汽轮机转速监测与保护 转速监测的目的 汽轮机在设计时，转动部件的强度裕量是有限的。由于离心力与转速的平方成正比，当转速增加时，离心力就会急剧增大。当出现严重超速时，就很可能造成严重的设备损坏事故，甚至造成“飞车”恶性事故。 为保证汽轮机组安全运行，必须严密监测汽轮机的转速，并装设超速保护装置。大型汽轮机均设有多重超速保护装置：危急保安器(或称危急遮断器，一般设置两套)超速保护装置、附加超速保护装置、电气式超速保护装置等。 危急保安器属于机械液压式超速保护装置，当转速超过额定转速的1012时，危急保护器动作，同时关闭主汽门和调速

20、汽门，实现紧急停机。附加超速保护装置实际是一个滑阀，当超速l012时，危急保安器应动作而未动作，超速继续升高到14一15时，附加超速滑阀动作，使危急保安器动作，实现紧急停机。 电气式超速监测保护装置由转速测量部分和保护部分组成。当转速超速超过危险值时(不同机组的整定值不同)，电气式监测保护装置动作，发出紧急停机保护信号。 另外，大型汽轮机组均设有零转速监测装置，用于在停机过程中监视零转速状态，以确保盘车装置及时投入，防止在停机过程中造成主轴永久性弯曲。 第18页，共49页。汽轮机转速监测与保护汽轮机超速的主要原因(1)由于电网、主变压器或发电机组发生故障，致使发电机油断路 器跳闸，汽轮机甩全负

21、荷；(2)由于发电机侧电气故障，造成有功功率突降；(3)单台机组带负荷时，负荷突降；(4)正常停机过程中，机组解列时或解列后空负荷运行时，调节不当；(5)汽轮机启动过程中，闯过临界转速后应定速时，或定速后空负荷运行时，调节不当；(6)危急保安器做超速试验时；(7)运行人员违规操作，如：负荷调控速率过快，停机过程中带负荷解列，开启主汽门速度过快等； (8)调速器或功频电液调节装置故障。 第19页，共49页。汽轮机转速监测与保护转速测量方法（磁阻式）磁阻式测速传感器由测速齿轮和磁阻传感器组成，在被测轴上安装一个由导磁材料制成的齿轮，正对齿轮顶方或侧方安装一个磁阻传感器。磁阻传感器组成由永久磁钢和感

22、应线圈组成。当汽轮机轴带动测速齿轮转动时，磁阻传感器与齿轮间磁路的磁阻产生交变。于是感应线圈的磁通随之发生交变，感应线圈产生交变感应电动势 磁阻式测速传感器1一感应线圈；2软铁磁轭； 3一永久磁钢；4一支架式中W-线圈匝数,-磁通,Z-齿轮齿数, n-转速,r/min。感应电动势的交变频率为: 磁阻式测速具有简单、可靠和测量精度较高等优点，在汽轮机测速中得到广泛使用。第20页，共49页。汽轮机转速监测与保护转速测量方法（磁敏式） 磁敏电阻是磁敏式测速传感器的核心部件，它由半导体材料制成(即霍尔片)。当半导体电阻受到与电流方向垂直的磁场作用时，其电阻率和电阻值增大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻

23、效应制成的电阻称为磁敏电阻。 磁敏式测速装置l测速齿轮；2一传感器；3一磁敏电阻；4一稳压器；5一触发电路；6 放大电路 结构测量电路 磁敏式测速传感器内装有永久磁钢及两个串联的磁敏电阻。当导磁材料测速齿轮旋转时，传感器内部的磁场产生交变，引起磁敏电阻阻值发生大小交替变化。经电桥及电压比较电路输出与齿轮同步的脉冲信号，菲力浦RMS700系列中的转速测量装置即属于磁敏式测速装置。它由磁敏式测速传感器和60齿测速齿轮组成，它产生与转速成正比的脉冲信号，由数字表进行转速显示；也可以通过-转换电路输出010V或0420mA的直流信号，对外供显示、记录使用；还可以通过继电器回路，送出超速报警和保护逻辑信

24、号。这种磁敏式测速装置的测量范围很宽，为020kHz。 第21页，共49页。汽轮机转速监测与保护转速测量方法（电涡流式） 电涡流式速度传感器与电涡流式位移、振动传感器的工作原理是一致的。用电涡流传感器测速时，需在被测轴上开若干条槽(称为标记)，或在轴上安装一个带齿的圆盘。每当一个槽或齿经过传感器位置时，传感器探头测量线圈的等效电感就会发生变化，测量电路的输出电压随之发生变化，该电压经过整形后转换为脉冲信号。当主轴转动时，轴上的开槽或圆盘上的齿周期性地经过传感器位置，于是就会产生一系列的脉冲信号。将此脉冲信号送人频率测量电路，测出频率值。由于开槽数或圆盘齿数是固定的，测得的频率值就代表了被测转速

25、的大小。这就是电涡流速度传感器的测速原理。 第22页，共49页。汽轮机转速监测与保护转速测量方法（数字式转速表） 数字式转速表的测量原理一般为测频法，即在一定的时间间隔内对被测脉冲信号进行计数，计数值与计数时间间隔之比即为频率。 这种数字式测频方法，由于计数值N存在个字的固有量化误差，当被测转速很低时，相对误差很大。因此，数字式转速表有一个最低转速测量值。例如本特利7200和3300系列数字转速表(或称转速监视器)，当被测转速低于300时(标记为1个)，最低转速闭锁电路产生闭锁信号，数字表显示空白，而模拟信号和记录信号钳制为最小值。 如果在低速时采用测周法，则可克服上述缺点。 第23页，共49

26、页。汽轮机转速监测与保护转速测量方法（零转速检测） 汽轮机在启、停过程中的低转速状态(如300)称为零转速。零转速测量采用测周期法，即先测得被测信号的周期，然后再求被测频率。由于晶体振荡器振荡频率较高，所以测得的被测周期、频率具有较高的测量精度。 在停机过程中，当被测脉冲周期大于预定的报警值时，说明转速已经很低，为防止主轴弯曲，必须启动盘车装置。此时，零转速测量装置通过报警控制电路，使报警继电器动作，送出转速低信号，用于报警和(或)启动盘车装置。 本特利公司的7200系列转速监测装置由电涡流传感器、前置放大器和转速表组成，并可提供010V和。010V的直流信号，供对外输出和记录使用。转速表内有

27、两个报警回路，用于低速报警和超速报警。3300系列的转速监测装置，与7200系列基本相同。它是以微处理器为基础的，是7200系列的更新换代产品。 德国菲力浦RMS700系列转速监测装置采用磁敏电阻方法进行转速测量。传感器输出的脉冲信号，通过双通道转速继电器控制，一路继电器用于监视零转速，另一路继电器当转速大于600时其触点闭合，使记录器由记录偏心度切换到记录转速。另外，传感器的脉冲信号通过数字转速表显示转速。 第24页，共49页。主轴偏心度监测与保护主轴弯曲的原因与危害 (1)主轴与静止部件之间发生摩擦。由于摩擦主轴产生高热而膨胀使主轴弯曲。当热应力小于主轴材料的弹性极限时，主轴在冷却后仍能恢

28、复原状，弯曲变形是暂时的，称作弹性弯曲；当应力大于主轴材料的弹性极限时，主轴在冷却后不能恢复原状，这种弯曲称为永久性弯曲。(2)制造和安装不良引起的弯曲。制造过程中，因热处理不当或加工不良，使主轴内部还存在残余应力。在运行中，这种残余应力消失，致使主轴弯曲。安装过程中，叶轮安装不当、变形或膨胀不均都会使主轴弯曲。(3)检修不当引起弯曲。通汽部分轴向间隙调整不当，隔板与叶轮或其他部分产生单向摩擦，主轴产生局部过热，而造成弯曲；轴封、汽封间隙不均匀或过小，与主轴产生摩擦，造成主轴弯曲；转子中心未对正，滑销系统未清理干净或转子质量不平衡，在启动过程中产生较大的振动，造成主轴与静止部件摩擦，致使主轴弯

29、曲；汽封门或调速汽门检修不良，在停机过程中造成漏汽，造成主轴局部弯曲。 (4)操作不当引起弯曲。机组停转后，由于转子和汽缸的冷却速度不同，以及上下汽缸的冷却速度不同，转子上下形成温差，转子上部比下部热，转子下部收缩地较快，致使转子向上弯曲。这种弯曲属于弹性弯曲。停机后，如果弹性弯曲尚未恢复又再次启动，而暖机时间不够，主轴仍处于弯曲状态，此时机组将发生较大振动。严重时，会造成主轴与轴封片发生摩擦，使轴局部受热产生不均匀的膨胀，而导致永久弯曲。(5)汽轮机发生水冲击引起弯曲。在运行过程中，如果汽轮机发生水冲击，转子推力就会急剧增大，产生不平衡的扭力，使转子剧烈振动，造成主轴弯曲。 汽轮机主轴弯曲后

30、，使主轴的重心偏离运转中心，会造成转子转动不稳定，振动增大。 当弯曲严重时，就会引起或进一步加大动、静部件之间的摩擦、碰撞，以致造成设备损坏的严重事故。主轴弯曲严重影响汽轮机组的安全运行，所以大型汽轮机组都装设偏心度监测保护装置。 第25页，共49页。主轴偏心度监测与保护偏心度的监测与保护主轴偏心度测量示意图 l-传感器：2-轴承；3-主轴 主轴偏心度的监测通常有电感式、变压器式和电涡流式等类型。目前，采用最多的是电涡流式。 偏心度传感器，一般安装在主轴的轴颈上或轴向位移传感器处的测量圆盘上进行测量。测量位置的偏心度并非最大值。最大偏心度可由测得的偏心度值、轴的长度、轴承与测点的距离进行估算:

31、 Em 测得的偏心度值；L两轴承之间的转子长度；l测点与轴承之间的长度。 实际上，转子的弹性弯曲经常发生在调节级范围内。根据比例关系可知，由上式估算出的数值比实际的偏心度要大。因此，以此估算值监视控制转子的弹性弯曲，有较大的安全裕度，可以有效地实现主轴弯曲监控。偏心度监测，一般都采用电涡流式测量原理。德国菲力浦RMS700系列、 本特利7200、3300系列偏心度监测系统都由电涡流式偏心度传感器、键相器和监视器组成，用于监测主轴偏心度的峰一峰值、瞬时值第26页，共49页。 轴承安全监测与保护 汽轮机轴承故障的原因与危害 汽轮机轴承包括支持轴承和推力轴承。支持轴承用于支撑转子，并保持转子的转动中

32、心与汽缸的中心一致。推力轴承用于承受转子的轴向推力，保持转子在汽缸内的相对位置，使汽轮机的动、静部分保持适当间隙，防止动、静部件发生摩擦、碰撞。 汽轮机是高速旋转机械，为减小轴颈与轴承的摩擦并产生大量热量。必须向轴承连续提供一定压力、温度的专用润滑油。在轴颈与轴承之间形成油膜，防止直接发生金属摩擦；同时用于将热量带走，冷却轴承，防止因轴承内温度过高而造成烧毁轴瓦的事故。 因润滑油系统故障，引起油膜不稳或破坏的原因有： (1)润滑油压过低； (2)润滑油温过高； (3)润滑油中断； (4)油质不良； (5)润滑油中含水； (6)轴瓦与轴颈之间的间隙过大； (7)乌金脱落； (8)发电机或励磁机漏

33、电等。 当油膜出现不稳定或被破坏乃至汽轮机轴承发生烧瓦事故时，轴承润滑油温、推力瓦温度和轴承温度将迅速升高。大型汽轮机组均装设轴承温度、推力瓦温度，润滑油压以及润滑油温、润滑油油箱油位监测与保护装置，作为紧急停机保护条件。 第27页，共49页。轴承安全监测与保护 润滑油压的监测与保护 正常运行时，由汽轮机主轴带动的离心式主油泵为各轴承提供润滑用油。为保证轴颈、轴瓦之间能建立良好的油膜，并保证有足够的流量来冷却各轴瓦，润滑油压必须保持一定的压力。 润滑油压的监测装置有很多种，如：电接点压力表、润滑油压控制器、波纹管式压力继电器、压力开关等。 润滑油压低保护系统框图 当润滑油压低于I值时，启动交流

34、备用油泵，以恢复油压；若润滑油压继续下降，低于值时，启动直流备用油泵；当润滑油压低于值时，发出停机保护信号；当润滑油压低于值时，若机组处于盘车状态，则停止盘车。 有些机组的保护系统，在启动直流备用油泵的同时，跳闸停机。例如：对N300165565565型汽轮机，保护条件为：润滑油压低于0.08MPa时，发出润滑油压低报警信号；低于0.055MPa时，启动交流备用油泵；低于0.04MPa时，启动直流润滑油泵；低于0.02MPa时，停止盘车。对N200-130535535型汽轮机，保护条件为：润滑油压低于0.05MPa时，启动交流备用油泵；低于0.04MPa时，启动直流润滑油泵，同时停止停机；低于

35、0.03MPa时，停止盘车。 第28页，共49页。轴承安全监测与保护 润滑油温监测 润滑油温监测包括冷油器出口温度和轴承的回油温度监测。一般情况下，冷油器的出门温度应保持在3545，轴承回油温度应低于70。如果润滑油温度过高会使油的粘度降低，引起油膜不稳定或破坏；如果润滑油温过低，则不能建立起正常的油膜。这两种情况都会引起汽轮机组振动增大，甚至发生轴承烧瓦事故。通过监测轴承回油温度，可以监视轴承的工作状态。 造成轴承回油温度升高的原因一般有两个：一是转子轴向推力增大,发生轴承烧瓦事故；二是冷油器发生故障。可见监测润滑油温度十分必要。 冷油器出口温度和轴承的回油温度监测，可采用一般常用铠装热电偶

36、或热电阻。当被测温度超出规定范围时，监测装置发出报警信号，以采取相应措施，防止发生烧瓦事故或防止事故进一步扩大。 第29页，共49页。轴承安全监测与保护 轴承、推力瓦温度监测 监测轴承温度的目的在于监视轴承的工作状态，防止轴承、轴瓦温度过高，造成支持轴承和推力轴承烧毁事故。 对于支持轴承，在每个支持轴承上都装有测温元件，如铜电阻、铂电阻或热电偶。测温信号，一般送到数字巡回检测仪或巡回报警仪上，进行显示或报警。 对于推力轴承，由于监测推力瓦的温度，比监测推力轴承的回油温度更能有效地监视推力轴承的工作状态，所以一般只监测推力瓦的温度。推力轴承上有工作推力瓦和非工作推力瓦各l0块(或12块)。每个工

37、作推力瓦上都装有一个测温元件，分别通过耐油耐热绝缘电缆引出到机壳外的接线盒上然后接到数字巡回检测仪或巡回报警仪上，进行显示或报警。同样，常用测温元件有铜电阻、铂电阻或热电偶。 第30页，共49页。凝汽器真空监测与保护 凝汽器设备的任务及工作原理 凝汽器设备是汽轮机的重要组成部分，任务是：在汽轮机排汽口建立和维持规定的真空度；将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水。 由于蒸汽凝结成水时体积骤然缩小，所以凝汽器内会形成高度真空，同时再用空气泵不断地将漏入凝汽器的空气抽走，以免漏入凝汽器的不凝结的空气逐渐聚集，使凝汽器内压力升高。蒸汽汽轮机发电机汽轮机排汽抽气器凝汽器循环水泵凝结水泵冷却水凝结水对凝汽器设

38、备的要求：冷却水管应有较高的传热系数，获得较高的真空；凝结水温度应不低于排汽压力对应的饱和温度，以免增加凝结水的过冷度；蒸汽在冷却管中的流动阻力要小，以降低排汽口的压力和减小凝结水的过冷度；与空气一起被抽出的蒸汽量要尽可能少，以降低抽汽器的耗功冷却水在凝汽器中流动阻力要小，以降低循环水泵的耗功。第31页，共49页。空负荷或低负荷运行时间过长；主轴的绝对振动是两者的矢量和。因此，以此估算值监视控制转子的弹性弯曲，有较大的安全裕度，可以有效地实现主轴弯曲监控。电气式超速监测保护装置由转速测量部分和保护部分组成。金属材料的绝对膨胀, 可以用以下公式表示:冷却水在凝汽器中流动阻力要小，以降低循环水泵的

39、耗功。(1)双通道位移监视器(DVTP)。(2)润滑油温过高；转速测量方法（磁阻式）用于连续监测转子的转速。数字式转速表的测量原理一般为测频法，即在一定的时间间隔内对被测脉冲信号进行计数，计数值与计数时间间隔之比即为频率。-温度增量, 汽轮机紧急跳闸保护系统第项则是在操作盘上手动实现的。当跳闸母管压力迅速下跌后，关闭所有蒸汽阀门(自动主汽门TV、主调门GV、中压自动主汽门SV、中压调节门IV)。当超过危险值时，送出停机保护指令。凝汽器真空监测与保护凝汽器真空下降的原因及危害 一、凝汽器真空下降的原因较多，主要有以下几个方面： (1)循环水泵发生故障，使冷却水量减少或中断； (2)抽气装置发生故

40、障，不能正常抽气； (3)凝汽器水位升高，淹没了部分铜管和抽气口； (4)凝汽器铜管脏污，使传热效率降低或铜管堵塞； (5)真空系统不严密，漏人空气等。二、凝汽器真空下降主要有以下危害(1)使汽轮机组的热经济性和出力下降；(2)使排汽温度增高，造成低压缸热膨胀变形和低压缸后面的轴承上抬，破坏机组的中心，使振动增大；(3)使凝汽器铜管的内应力增大，破坏凝汽器的严密性；(4)使汽轮机内蒸汽焓降减少，增大级的反动度，使轴向推力增大，可能造成推力瓦损坏。 第32页，共49页。凝汽器真空监测与保护真空的监测与保护 由于凝汽器真空下降时往往不宜立即找到原因，且下降速度较快，易造成严重事故，所以必须设置真空

41、低保护装置。 以300MW机组为例，凝汽器真空下降的处理过程为：正常运行时，真空应大于90kPa；降至86kPa时，发出预报报警信号；若继续下降，应启动备用循环泵和备用抽气器；降至86kPa时，应减负荷：每降1.3kPa，减负荷30MW降至70kPa，减负荷至0；降至63kPa时，发出危险信号，立即关闭主汽门和抽气逆止门，实现紧急停机。 凝汽器上还装设有安全门。当凝汽器真空降至危险值，而低真空保护装置不动作，则排汽压力进一步上升。当排汽压力大于24kPa表压力时，凝汽器上等薄膜式安全门被冲开，汽轮机向外排汽，避免凝汽设备因低压缸排汽温度和压力上升而损坏。 监视凝汽器真空的一般方法：1、汞柱式真

42、空表。汞柱高度可直接指示凝汽器真空大小；2、触电式真空表。处指示功能外，能根据设定值进行触发报警；3、指示式真空表。用来监视凝汽器真空。4、指示记录信号真空表。由真空变换器转换为电信号，由电子电位差计指示和记录，带有信号接点，能根据设定值进行触发报警；5、金属波纹管式真空低保护装置。只作保护使用。6、压力控制器式真空保护装置。由两个组成，一个发真空下降报警信号，另一个用作发真空低保护停机信号。第33页，共49页。凝汽器真空监测与保护压力控制器式真空低保护装置指针标尺调节杆锁紧螺帽出线套接线端子拨动开关拨臂刀支架杠杆刀波纹管室接头套筒真空压力控制器结构示意图差动旋钮拉伸弹簧1导压管、2波纹管、3

43、杠杆、4刀支架、5拨动开关、6中间继电器压力控制器式真空保护装置工作原理示意工作原理 ：真空压力控制器通过导压管1与凝汽器连接，拨动开关5的触头与控制回路的中间继电器6连接。正常运行时，真空较高，波纹管2受压缩，拨动开关触头、处于闭合状态， 、处于断开状态，当凝汽器真空下降到第一限值时，波纹管伸长，通过杠杆使、闭合，继电器6动作，接通信号报警电路；当真空下降到第二限值时，接通保护控制电路，自动跳闸停机。第34页，共49页。防止汽轮机进水保护 进水事故的危害 (1)叶片的损伤和断裂。当水进入汽轮机的流通部分时，动叶片特别是较长叶片 受到水冲击而损伤或断裂。(2)动静部件摩擦、碰撞。当水或冷蒸汽进

44、入汽轮机时，使机组发生剧烈振动， 汽缸变形，涨差增大，导致汽轮机内部动静部件发生径向或轴向摩擦或碰 撞。径向碰撞严重时，会造成大轴弯曲事故。(3)引起金属产生裂纹。机组在启动时，如果经常出现进水、进冷蒸汽，汽轮机 动静部件由于反复受到急剧冷却，在交变热应力的作用下，就会产生裂纹。(4)使阀门与汽缸的结合面漏汽。由于阀门和汽缸受到急剧冷却，使金属产生永 久变形，造成漏汽。(5)推力瓦烧毁。当进水或进冷蒸汽时，使轴向推力急剧增大，推力轴承超载， 造成推力瓦上的乌金烧熔。造成汽轮机进水、进冷蒸汽的原因是多方面的，如设计缺陷、运行操作不当、安装维修不当、对相关参数没有监测手段或监测不当等。可能造成汽轮

45、机进水、进冷蒸汽的部位，也有很多。任何与汽轮机连接的接口管道都有可能造成汽轮机进水。 第35页，共49页。防止汽轮机进水保护汽轮机进水事故的防止 近年来，国内外都很重视汽轮机进水的诊断技术，目前已有三种探测方法。(1)热电偶监测方法。常用三种方法：第一种是采用表面式热电偶接在外壁测量壁温; 第二种是采用套管式热电偶测温；第三种是采用焊在管子上的新型快速热电偶测温，这种热电偶的相应时间很快，大大小于套管式热电偶的响应时间。采用热电偶监视汽轮机是否进水，关键是要提高热电偶的响应速度。热电偶式监测系统的响应速度较慢，这是因为从管道进水或进入冷蒸汽到金属温度显著降低需要一定的时间。(2)有源声探测传感

46、器。 电力研究所根据超声听音原理研制的探测传感器，具有很高的灵敏度，而且不需把传感器插入管道内，只需把传感器安装在管道的两侧，属于非接触测量方法。当管道内流动的介质不含水时，传感器输出信号很弱；当管道内流动的介质含水时，传感器输出信号迅速增强。该传感器可以安装在主蒸汽管道、再热蒸汽管道以及各段抽汽管道上，以快速监视管道内是否进水。(3)电子液位系统。它可以跟踪液位的变化，这种探测系统还在试验中。我国也非常重视汽轮机进水的诊断技术的研究，在参照国外诊断技术的基础上，制订了预防汽轮机进水事故导则，规定在管道的每一个低位点应装设疏水装置，这些疏水装置包括疏水罐、防堵式节流装置、自动疏水阀以及水位测量

47、、报警装置等。通过不断提高汽轮机进水的诊断技术和应用水平，以确保汽轮机的安全运行。 第36页，共49页。汽轮机紧急跳闸保护系统 大型汽轮机组均装设紧急跳闸保护系统(Emergency Trip System，简称ETS)，当机组出现异常情况并危及汽轮机组安全时，为防止损坏设备造成严重事故，跳闸保护系统动作，立即进行紧急停机。 早期大型汽轮机组的紧急跳闸保护系统的构成、功能较为简单，控制电路由继电器实现。保护信号通过控制电磁解脱线圈，使解脱错油门动作，或者通过控制磁力断油门的电磁线圈，使磁力断路油门动作，关闭自动主汽门和各调速汽门，实现紧急停机。近年来大型汽轮机组的紧急跳闸保护系统，在构成、功能

48、和实现方式上有了很大变化。控制电路通常由可编程控制器(PLC)、分散控制系统(DCS)或继电器实现。汽轮机紧急跳闸保护系统，是汽轮机组在危急情况下的保护系统，它与汽轮机安全监测仪表系统(TSI)、数字电液调节系统(DEH)一起构成了汽轮机组的监控系统。 系统简介第37页，共49页。汽轮机紧急跳闸保护系统国产300MW机组汽轮机组紧急跳闸保护系统 紧急跳闸保护系统逻辑框图 由图可知，系统提供8项保护功能，它们分别是：轴向位移保护；高、中、低压缸胀差保护；超速保护；润滑油压低保护；支持轴承温度保护；推力轴承温度高保护；凝汽器真空低保护；发电机内部故障保护。 当满足以上任何一种跳闸条件时，保护系统动

49、作，通过磁力断路油门迅速将自动主汽门和各调速汽门关闭，并联锁关闭各段抽汽逆止门，跳发电机断路器。保护系统的控制逻辑由继电器实现，其继电器控制逻辑图此处略。 第38页，共49页。汽轮机紧急跳闸保护系统300MW引进机组紧急跳闸保护系统 (1)超速保护；(2)轴向位移保护；(3)轴承油压低保护；(4)EH油压低保护；(5)凝汽器真空低保护；(6)17号轴承振动保护；(7)MFT主燃料跳闸停机保护；(8)DEH失电停机保护；(9)胀差越限保护；(10)高压缸排汽压力高停机保护；(11)发电机内部故障停机保护；(12)手动停机保护。 其中，第(1)(5)项功能是由各自通道接受控制继电器或压力开关触点信

50、号实现的；第(6)(11)项功能是由外部信号送到保护系统的遥控接口实现的；第项则是在操作盘上手动实现的。当上述12个跳闸条件中的任何一个满足时，跳闸保护系统动作，通过双通道自动跳闸电磁阀(AST电磁阀)，关闭汽轮机的所有进汽阀，使汽轮机紧急跳闸停机。 第39页，共49页。紧急跳闸保护系统有下列部分组成：一个装设自动跳闸电磁阀和压力开关的危急跳闸控制块、三个装有压力开关和试验电磁阀的试验跳闸块、轴向位移传感器、转速传感器、装设电气和电子元件的控制柜和遥控试验操作盘。汽轮机安全监测仪表系统(TSl)的胀差超限、17号轴承座的振动超限触点以及FSSS的MFT停机、DEH失电、汽轮机高压缸排汽压力高和

51、发电机内部故障等电气触点是通过遥控接口与ETS系统连接的。各传感器的开关信号或电触点信号送到跳闸控制柜，柜中的继电器按逻辑动作，决定是否通过AST电磁阀将跳闸系统油母管的回油泄掉，实现自动停机。当机组正常运行没有跳闸条件存在时，AST电磁阀都处于带电状态而关闭，堵住跳闸油母管的回油，保持母管中油压的建立。当有任何一个跳闸条件存在时，控制继电器或压力开关的相应触点断开，控制AST电磁阀断电，使泄油阀打开，泄掉跳闸母管回油。当跳闸母管压力迅速下跌后，关闭所有蒸汽阀门(自动主汽门TV、主调门GV、中压自动主汽门SV、中压调节门IV)。实际上，AST电磁阀共有4只，它们相互串联和并联，形成双通道。自动

52、跳闸保护系统采用双通道控制方式，以降低误动率和拒动率，从而提高了保护系统动作的可靠性。对于超速、轴承油压低，EH油压低和凝汽器真空低等保护功能，都可以进行在线试验，可以在机组运行时对各通道进行可靠性试验，在试验时系统仍具有连续保护功能。 汽轮机紧急跳闸保护系统紧急跳闸保护系统第40页，共49页。汽轮机安全监测仪表系统 为保证汽轮机组的安全运行，我国大型汽轮机组均装设了汽轮机安全监测仪表系统，简称TSI。TSI系统是一种监测大型旋转机械运行参数的多路监控系统，用于全面、连续地监测汽轮机组转子、汽缸、轴承等部件的重要机械量运行参数，提供显示、记录、报警、保护信号，还可提供用于故障诊断的各种测量数据

53、。目前，火电机组的TSI系统主要有： 本特利公司的7200、3300系列，德国菲力浦RMS700系列及国产5000、8000系列等。本节简要介绍应用最为广泛的本特利7200、3300系列的组成、功能及特点。 系统简介第41页，共49页。汽轮机安全监测仪表系统 本特利7200系列 本特利7200系列汽轮机监测仪表系统，广泛应用于我国300MW、600MW汽轮机组上，用于连续监测汽轮机组的运行状态。 主要的监测参数有：转子轴向位移、汽缸的绝对膨胀、胀差、汽轮机转速与零转速、轴承座的绝对振动峰一峰值、转子相对于轴承座的相对振动峰一峰值、转子的绝对振动峰一峰值、主轴偏心度峰一峰值和瞬时值，以及经矢量滤波器监测的振动幅值、相位或振动矢量的正交分量、同步分量等。1传感器 7200系列汽轮机监测仪表系统的传感器分三大类：电涡流式传感器、线性差动变压器(LVDT)和速度(地震)传感器。 电涡流式传感器用于测量轴向位移、转速、零转速、振动、相位角，并与速度传感器组合成复合探头振动传感器，用于测量主轴的绝对振动、相对振动和轴承座的绝对振动。 LVDT用于测量位移量，如汽缸的绝对膨胀、胀差及油动机行程等。 速度传感器用于测量振动的幅值、速度及加速度。 第42页，共49页。汽轮机安全监测仪表系统7200系列TSI系统监视器(1)7200系列TSI