1汽轮机监测系统TSI资料

汽轮机监控与疼惜黄桂梅2023年4月汽轮发电机组监控疼惜监视：汽轮机监测仪表系统TSI疼惜：危急遮断疼惜系统ETS§1概述一、汽轮机安全监控的必要性二、汽轮机安全监控的意义三、汽轮机安全监控措施四、汽轮机安全监视的内容一、汽轮机安全监控的必要性(1)大容量机组系统简洁，监控范围大、工程繁多，操作也越益简洁，常规监视仪表已越来越不适应，为了避开操作人员的疏忽大意以致误操作，建立一种完善的、保证机组安全的新的监视体系已成为必要。

(2)汽轮机是一种大容量高速旋转的周密机械，任何意外都将引起不良的后果，必定对机组安全提出更高的要求。〔防止意外〕(3)高参数大容量机组价格昂贵，事故涉及面大，对经济和社会的影响重大，一种有效的对机组的安全监视体系，对保证人身和设备的安全，削减负面影响，具有重要的意义。〔保证经济性〕二、汽轮机安全监控的意义对机组的运行状态进展连续、准确和牢靠的在线监控，也是一种对机组安全的疼惜，它除了向把握系统发出把握和安全信息外，还可帮助操作人员准时把握机组的运行信息，了解机组的安全、经济状态，避开事故的发生和加强科学治理；依据参数监控对机组进展在线诊断，为进展和丰富一种更为完善的智能监控专家系统，开拓了宽阔的前景。这种技术的运用和进展，将使得设备的修理方式从传统的“事故修理”和“定期修理”过渡到现在的“预知性修理”，从而大大提高了设备的可利用率，削减停机修理时间，降低修理费用，同时也压缩了备件的库存量可以削减意外事故的发生和不必要的铺张、损耗，提高对机组设备的疼惜。

提出问题如何对汽轮机进展监控疼惜呢？对汽轮机系统及其帮助设备的重要参数严密监视。参数越限，发出报警信号，当超过极限值，发出紧急停机信号，关闭主汽门，实现紧急停机。三、汽轮机安全监控措施广义上说汽轮机安全监控措施有以下几方面：通过TSI进展参数检测与监视，当参数到达报警值时发出报警信息，当参数到达危急值时送出疼惜信息给ETS。通过DEH对各种参数进展监视和把握，当超速或消逝甩负荷以及负荷不平衡时，由OPC进展转速限制和疼惜。ETS则是当消逝危急状况时实现汽轮机的紧急跳闸疼惜。此外还有机械超速疼惜和后备疼惜等。四、汽轮机安全监控的内容大型汽轮机热工疼惜涉及的内容〔1〕汽轮机本体机械参数监控。轴向位移，振动参数，胀差……〔2〕汽轮机防进水疼惜。〔3〕汽轮机辅机疼惜〔凝汽器真空、除氧器水位等〕。〔4〕汽轮机紧急跳闸疼惜。〔ETS〕§2、汽轮机监测仪表系统TSITSI(TurbineSupervisoryInstrument)系统即汽轮机轴系监测系统，是一种牢靠的多通道监测仪表，能连续不断地测量汽轮机发电机组转子和汽缸的机械运行参数和相关参数，显示机器的运行状况，供给输出信号给信号显示、记录仪；并在超过设定的运行极限时发出报警，甚至使汽机自动停机以及供给可用于故障诊断的测量。一、TSI的作用汽轮机监视仪表(turbinesupervisoryinstru-ment，TSI)是为了疼惜汽轮机的安全而设计的监视装置，是汽轮机的重要组成局部。作用是对运行中的汽轮机的重要参数进展有效而准确的监视，并将测量信号送至二次仪表和数据采集系统，以供实时显示和打印记录，以及历史数据积存和运行状态分析;参数越限时，还可以发出信号供报警和驱动疼惜系统。二、汽轮机监测仪表的组成从功能方面来看，TSI包括以下两大局部：汽轮机本体参数监视和故障分析和专家决策系统从构造方面来看，TSI包括以下三大局部：传感器、前置器、监视器〔显示器〕

传感器系统将机械量〔如转速，轴位移，差胀，缸胀，振动和偏心等〕转换成电参数〔频率f，电感L，品质因素Q，阻抗Z等〕，传感器输出的电参数信号经过现场连线送到监测系统，由监测系统转换为测量参数进展显示、记录及相关的信息处理

1.传感器目前应用广泛的传感器有：电涡流传感器，电感式速度传感器，电感式线性差动变压器和磁阻式测速传感器等等。对于应用得最多的电涡流传感器系统来说，它由探头、接长电缆和前置器组成。2.前置器前置器具有一个电子线路，它可以产生一个低功率无线电频率信号〔RF〕，这一RF信号，由延长电缆送到探头端部里面的线圈上，在探头端部的四周都有这一RF信号。假设在这一信号的范围之内，没有导体材料，则释放到这一范围内的能量都会回到探头。假设有导体材料的外表接近于探头顶部，则RF信号在导体外表会形成小的电涡流。这一电涡流使得这一RF信号有能量损失。该损失大小是可以测量的。导体外表距离探头顶部越近，其能量损失越大。传感器系统可以利用这一能量损失产生一个输出电压，该电压正比于所测间隙。由高频振荡器、检波器、滤波器、直流放大器、

线性网络及输出放大器等组成前置器3.监测系统监测系统又称为框架，一个框架由三局部组成：电源、系统监测器和监测表。电源为装在框架内的监测表及相应的传感器供给规定的电源，电源总被放在框架的第一位置；系统检测器检验供电水平以确保系统正常运行，同时，它还具有把握系统“OK”的功能。“OK”〔正常工作〕说明系统的传感器及现场接线是在规定的水平上进展。系统检测器也把握报警点的设置和系统复位。系统检测器总被放在框架的其次位置；监测表不仅可以显示传感器系统是否正常运行，还可以指示传感器的测量值，并在越限时报警。三、汽轮机本体参数监视内容

机械参数的监视各处温度的监视包括1.对汽轮机本体机械参数的主要监视内容

轴向位移;汽缸热膨胀;转子与汽缸的热膨胀差;转速和零转速;轴承振动和轴振动;偏心度；相位2.TSI对温度的监视汽轮机组本体参数的检测尚有推力轴瓦金属温度，缸体、法兰螺栓等金属温度和发电机定子和绕组温度，轴承金属温度和润滑油温度等，这些监视均应在机组设计制造时一并考虑配备。四、故障分析和专家决策系统

对于大型汽轮机，一般都配有汽轮机数据采集和故障分析计算机系统，它利用特地的汽轮机故障分析软件和专家决策软件，对采集到的参数进展分析和推断。汽轮机故障分析软件通过实时、自动、连续地采集和存储汽轮发电机轴系的振动振幅、相位等数据，供给给操作员和工程师一个实时的轴系运行档案，包括表征轴系是否正常运转的可承受区域图，以及轴系的轴心轨迹图、颇谱图、波德图、级联图等多种形式的分析画面和数据，用以支持轴系的早期故障诊断和猜测修理。续专家决策软件是一个实时的专家系统，包括专门用于汽轮机故障分析的学问库和相应的推理规律软件.它可以依据汽轮机监视系统采集到的数据来检查汽轮机的运行状态，并依据学问库软件中存储的阅历数据对设备进展自动地故障诊断和机械信息治理，最后给出带有严峻程度的故障结果和推举的改正措施.关于专家系统专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的学问与阅历，能够利用人类专家的学问和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的特地学问与阅历的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，依据某领域一个或多个专家供给的学问和阅历，进展推理和推断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的简洁问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。专家系统的根本构造如以以下图，其中箭头方向为数据流淌的方向。专家系统通常由人机交互界面、学问库、推理机、解释器、综合数据库、学问猎取等6个局部构成。学问库学问库用来存放专家供给的学问和阅历。人工智能中的学问表示形式大多数是以IF…THEN…ORELSE…的形式消逝，就像BASIC等编程语言里的条件语句一样，IF后面跟的是条件〔前件〕，THEN后面的是结论〔后件〕，条件与结论均可以通过规律运算AND、OR、NOT进展复合。在这里，产生式规章的理解特殊简洁：假设前提条件得到满足，就产生相应的动作或结论。其它组成局部作用推理机针对当前问题的条件或信息，反复匹配学问库中的规章，获得新的结论，以得到问题求解结果。人机界面是系统与用户进展沟通时的界面。综合数据库特地用于存储推理过程中所需的原始数据、中间结果和最终结论，往往是作为临时的存储区。解释器能够依据用户的提问，对结论、求解过程做出说明，因而使专家系统更具有人情味。学问猎取是专家系统学问库是否优越的关键，也是专家系统设计的“瓶颈”问题，通过学问猎取，可以扩大和修改学问库中的内容，也可以实现自动学习功能。五、TSI的产品美国本特利3300系列、3500系列、7200系列：本钱低。德国爱普MMS6000系列：监测模块为双通道，内含振动分析功能，瑞士韦伯VM600系列：全数字化TSI系统，只用一种模块MPC4即可，削减备件及维护量。德国飞利浦公司RMS700系列ABB的TSI(用CMM模件组成)ABB公司开发的TSI近年来，ABB公司开发了多功能的四通道CMM状态监视模件，用它组成TSI汽轮机疼惜系统，统一集成在ABB的SYMPHONY系统中，去监测汽轮机轴系除转速外的各项参数，如轴承振动、大轴振动、偏心、串轴、胀差和确定膨胀，并输出报警和停机信号。关于CMM模件CMM从其端子单元采集涡流传感器、加速度传感器、速度传感器、直流LVDT及声波传感器等工业标准传感器的现场信号。经过滤波，鉴别和计算后，通过模件扩展总线与BRC把握器实现通讯，使机组有关的状态参数送到统一的数据库中，这样不仅在DCS〔或DEH〕的操作员站上可供给机组的各种轴系参数，产生于与DCS时标同步的报警清单，还可借助贮存在上级计算机中的振动分析软件和专家系统生成多种振动分析报表，并完成汽轮机的故障诊断，在指导机组安全牢靠运行的同时，猜测机组的安康状况，为状态检修作预备。§3传感器系统

TSI系统主要由传感器及智能板件组成。传感器是将机械振动量、位移、转速转换为电量的机电转换装置。各种智能测量板件承受相应传感器的电量信号后进展整形、计算、规律处理等以后，显示出准确、直观的监测数据和报警指示。输出标准的模拟量信号和继电器接点。传感器种类电涡流传感器，对汽轮机组的转速、偏心、轴位移、轴振动、胀差进展测量；速度传感器对盖振进展测量；线性可变差动变压器〔LVDT〕对热膨胀进展测量；差动式磁感应传感器来测量机组的转速。一、涡流传感器电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体〔导电体〕间的间隙变化来测物体的振动相对位移量和静位移的，它与被测物之间没有直接的机械接触，具有很宽的使用频率范围〔从0～10Hz〕。电涡流式传感器原理

它能实现非接触测量，如位移、振动、厚度、转速、应力、硬度等参数。这种传感器还可用于无损探伤。原理如以以以下图示。这是一种建立在涡流效应原理上的传感器。1.构造原理与特性如左图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。电涡流的产生必定要消耗一局部能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。依据阻抗变化即可测量被测参数。一般讲，线圈的阻抗变化与导体的电导率、磁导率、几何外形，线圈的几何参数，鼓舞电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。假设把握上述参数中的一个参数转变，而其余参数恒定不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如其他参数不变，阻抗的变化就可以反映线圈到被测金属导体间的距离大小变化。2.电涡流式传感器的复阻抗利用涡流效应原理制造的传感器。等效电阻R等效电感L原理图等效电路等效阻抗距离互感M

我们可以把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环，这样就可得到如图5-16的等效电路。图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。依据等效电路可列出电路方程组：通过解方程组，可得I1、I2。因此传感器线圈的复阻抗为：

线圈的等效电感为

：

〔5-12〕〔5-13〕由式〔5-12〕和〔5-13〕可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗、电感都是该系统互感平方的函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的变化而转变的。

3、电涡流传感器的类型高频反射式电涡流传感器低频透射式电涡流传感器〔1〕高频反射式电涡流传感器金属物体

高频反射式电涡流传感器利用线圈与金属导体之间的磁性耦合程度的变化测量距离。金属物体的电导率越高，测量灵敏度越高。线圈框架框架衬套固定螺母电缆a.高频反射式电涡流传感器的构造由一个固定在框架上的扁平线圈组成。为了充分有效地利用电涡流效应，对于平板型的被测体则要求被测体的半径应大于线圈半径的1.8倍，否则灵敏度要降低。当被测物体是圆柱体时，被测导体直径必需为线圈直径的3.5倍以上，灵敏度才不受影响。b、高频反射式电涡流传感器的原理电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁性耦合，电涡流传感器是利用这种耦合程度的变化来进展测量的。因此，被测物体的物理性质，以及它的尺寸和开关都与总的测量装置特性有关。一般来说，被测物的电导率越高，传感器的灵敏度也越高。c.高频反射式电涡流传感器的应用(测距离〕这种传感器的构造很简洁，主要由一个固定在框架上的扁平线圈组成。线圈可以粘贴在框架的端部，也可以绕在框架端部的槽内。以以以下图为某种型号的高频反射式电涡流传感器。〔2〕低频透射式电涡流传感器〔测厚度〕接收线圈发射线圈涡流及磁场金属板越厚，接收侧磁场越弱，接收线圈的感应电压u2越小。发射线圈的电源频率取1kHz左右。发射磁场接收侧磁场4、电涡流式传感器的应用〔a〕测量位移被测零件涡流传感器被测零件涡流传感器动态位移测量4、电涡流式传感器的应用〔b〕测量振动涡流传感器机械轴振形图测量机械轴〔c〕测量转速被测零件涡流传感器被测零件涡流传感器设测出脉冲频率为f〔Hz〕，被测零件齿数为N，则轴的转速为：〔转/分〕〔d〕测量厚度涡流传感器1涡流传感器2测出距离x1测出距离x2预置距离D〔e〕测量温度测出等效电感变化测出谐振频率变化温度变化变化

电感变化谐振频率变化

ⅰ.零件计数

〔f〕其他测量ⅱ.连续油管的椭圆度测量CoiledTubeEddySensorReferenceCircleⅲ.无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。二、速度传感器它的工作原理是基于一个惯性质量和移动壳体，传感器有一个永久磁铁，它被固定在传感器壳体上。速度传感器工作原理围围着磁铁是一个惯性质量线圈，通过弹簧连在壳体上。测量时，将传感器刚性固定在被测物体上，随着被测物振动，磁铁运动，使其产生磁场运动。而线圈因固定在弹簧上，具有较大的惯性质量，即相对高频振动的物体，其是相对静止的。这样，线圈在磁场中作直线运动，产生感应电动势，其大小与线圈运动的线速度〔即：机壳的速度〕成正比。通过对感应电动势的检测，即能获得被测物体的线速度。恒定磁通式磁电传感器构造原理图〔a〕动圈式；(b)动铁式磁通式磁电传感器〔测振动〕磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈〔动圈式〕，也可以是磁铁〔动铁式〕，动圈式〔图6-1〔a〕〕和动铁式〔图6-1(b)〕的工作原理是完全一样的。当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件质量相对较大，当振动频率足够高〔远大于传感器固有频率〕时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸取，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势.图6.2是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度。〔a)图为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。1.永久磁铁2.软铁3.线圈4.测量齿轮5.被测旋转体图6.2变磁通式磁电传感器构造原理图(a)开磁路变磁通式磁电传感器〔测速度〕三、LVDT传感器

其工作原理是利用电磁感应中的互感现象，实质上就是一个变压器，如以以下图。LVDT传感器原理变压器上初级线圈W和两个参数完全一样的次级线圈W1，W2组成，线圈中心扦入圆柱形铁心，次级线圈W1和W2反极性串联，当时级线圈W加上交变电压时，次级W1和W2分别产生感应电势e1和e2，其大小与铁心位置有关。差动变压器工作原理当铁心位于正中，当铁心左移，E2增大原边副边1副边2***++--注意同名端当铁心右移，E2减小因两个副边反向串联原边副边1副边2铁心四、差动式磁感应传感器差动式磁感应传感器的工作原理是利用一个差动式敏感元件。该元件由一块永久性磁铁上的两个相互串联的磁敏半导体电阻组成〔这两个半导体的材料及几何尺寸一样〕。差动式磁感应传感器原理在传感器电路中，这两个电阻组成一个差动电感电桥〔如惠斯顿电桥〕。当磁铁或钢的触发体接近或远离传感器且相互成直角〔即传感器探头外表磁铁所产生的磁场与触发体边沿成直角〕时，它干扰了传感器内部的磁场，使差动电感电桥失去平衡而输出一电压。通过对这一电压测量，即能获得被测物〔即触发体〕与传感器探头间的间隙变化。磁电式振动传感器磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要帮助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。磁电式振动传感器的构造原理图5-18磁电式振动传感器的构造原理图1-壳体2-永久磁铁3-阻尼器4-引线5-芯杆6-外壳7-线圈8-弹簧片根本工作原理：该传感器在使用时，把它与被测物体紧固在一起，当物体振动时，传感器外壳随之振动，此时永久磁铁、阻尼环和芯杆的整体由于惯性而不随之振动，因此它们与壳体产生相对运动，位于磁路气隙间的线圈就切割磁力线，于是线圈就产生正比于振动速度的感应电动势。该电动势与速度成一一对应关系，可直接测量速度，经过积分或微分电路便可测量位移或加速度。

振动监测

压电式加速度传感器

压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。压电式加速度传感器具有高频响应以及动态响应特性好的特点。压电式加速度传感器基座基座压电片质量块m压簧壳体压阻式加速度传感器

基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞试验、测试仪器、设备振动监测等领域。电容式加速度传感器图示为差动式电容加速度传感器构造图。它有两个固定极板〔与壳体绝缘〕,中间有一用弹簧片支撑的质量块,此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板〔与壳体电连接〕。当传感器壳体随被测对象在垂直方向上作直线加速运动时,质量块在惯性空间中相对静止,而两个固定电极将相对质量块在垂直方向上产生大小正比于被测加速度的位移。此位移使两电容的间隙发生变化,一个增加,一个减小,从而使C1、C2产生大小相等,符号相反的增量,此增量正比于被测加速度。电容式加速度传感器的主要特点是频率响应快和量程范围大,大多承受空气或其它气体作阻尼物质。§4测点及传感器安装位置

1.转速及零转速检测与超速疼惜2.轴振动与轴承振动〔盖或瓦振〕3.偏心4.轴位移5.热膨胀与胀差6.相位1.转速及零转速检测与超速疼惜

转速值显示是汽轮机组开车、停车以及稳定运行时的重要参数。转速的测量范围：0～5000rpm；转速报警值：3240rpm。零转速是预先设定的轴旋转速度，当运行的机器需停车时，机器转速到达零转速设置点，继电器触点动作，使盘车齿轮啮合，使轴持续慢速旋转，来防止轴产生弯曲，以避开在接踵而来的开车中由于轴弯曲对机器造成损坏。零转速设定值：小于4rpm；测量装置由两只装于前箱正对60〔或134〕齿盘的传感器和板件组成，如上图所示当机器旋转时，齿盘的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地转变输出信号，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进展计数、显示，与设定值比较后，驱动继电器接点输出。超速疼惜应具有快速响应和错误冗余表决规律，因此测量装置承受“三取二”方式，如上图所示。由三只装于前箱、正对于60齿盘的涡流传感器和三块转速表组成，设定值为3300rpm。测量轴振时，常常把涡流探头装在轴承壳上，探头与轴承壳变为一体，2.轴振动