TSI、ETS培训教材(终)

DDDEEEAAA东方电气自动控制工程有限公司培训教材汽轮机安全监视及保护系统TurbineSupervisoryInstrumentSystemAndTurbineEmergencyTripSystem第一版中国东方电气集团东方电气自动控制工程有限公司内容提要本教材是针对我公司生产的汽轮机安全监视及保护系统的培训而编写的，基本原理可用于135MW、200MW、300MW、600MW等机组，但各测点的测量范围、报警值、停机值以及TSI测点图，各型机组都有差异，具体内容在培训时由专业技术人员进行讲解。详细内容可参阅“汽轮机启动运行说明书”。本教材着重介绍安全监视及保护系统的原理、系统构成、功能、安装和调试等。本书适用于电厂运行、维修人员学习使用，也适用于我公司经营、服务、管理、生产人员学习使用。主编：陈广斌主审：尚小林徐正华责任校对：王炜责任编辑：秦晴前言由于随着科学技术的不断发展，电能需求的日益增加，单机容量的不断扩大等原因，大型发电机组要求有更高的可靠性和自动化水平，否则它的事故将给电网造成巨大的损失。因此，目前很多公司都在积极开发可靠性更高、操作更简便、更能适应DCS的发展需要的安全监视及保护系统。东方电气自控公司（原东方汽轮机厂自控开发处）为适应大机组提高自动化水平的迫切要求，从上个世纪八十年代起就在借鉴国外先进系统的基础上设计生产了安全监视及保护系统，至今已有百余台投入商业运行，用户反映良好。为了给安装、检修及运行人员提供安全监视及保护系统的基础知识，特编写此教材。本教材仅供培训用，不能代替相关技术资料及图纸。编者二00二年十二月目录概述.........................................................................................................1第一章TSI介绍....................................................................................3第二章ETS介绍.................................................................................22第三章TSI现场安装及调试..............................................................25第四章ETS现场安装及调试.............................................................30第五章传感器现场安装注意事项.....................................................31概述1概述汽轮机安全监视及保护系统主要包括监视保护系统（TSI）、危急遮断系统（ETS）装置、自动盘车操作装置。为了让电厂热工人员更深入的了解各装置的具体情况，首先必须知道我公司安全监视保护部分各图纸构成情况，以便于同设计院的图纸进行比对。下面列出各图纸的名称供参考。汽轮机安全监视装置汽轮机危急遮断跳闸装置自动盘车操作装置汽轮机电气监视保护系统图汽轮机电气监视保护系统图（轴系）汽轮机电气监视保护系统图（油压真空）汽轮机电气监视保护系统图（温度）汽轮机电气监视保护系统图（辅机）汽轮机电气监视保护系统图（ETS）用户电器接口图在以上列出的装置图纸中，已对机柜的数量、外形尺寸和安装尺寸、输入/输出端子排情况、详细的配置要求等都进行注明；在电气监视系统图中列出了主机、辅机、自控等专业的电气控制具体要求、逻辑关系和信号去向；在用户电器接口图中列出了就地各接线盒的位置及电气监视各系统中相关设备的接口参数、接线方式。而设计院是根据以上所列各图进行相应图纸的转化。对TSI装置、ETS装置及自动盘车控制柜，在我公司安装接线完毕后要进行严格地通电测试及功能检测，并把具体的数据填入相应的出厂证明书中，经质检合格后才能发往现场。现场安装时可根据我公司出厂证明书对概述2板件、传感器编号进行核对，并根据编号和参数进行对应安装。第一章TSI介绍3第一章TSI介绍1.1TSI的使用目的由于随着科学技术的不断发展，电能需求的日益增加，单机容量的不断扩大等原因，大型发电机组要求有更高的可靠性和自动化水平，否则它的事故将给电网造成巨大的损失，因此，在大型机组中，监测和保护系统（TSI和ETS）是非常重要的。它不仅可以提高劳动生产率和电能质量，还能降低发电成本，改善劳动条件，并为大型机组的安全、经济运行提供了可靠的保证。TSI系统能连续地监测汽轮机的各种重要参数，例如：可对转速、超速保护、偏心、轴振、盖（瓦）振、轴位移、胀差、热膨胀等参数进行监测，帮助运行人员判明机器故障，使得这些故障在引起严重损坏前能及时遮断汽轮发电机组，保证机组安全。另外TSI监测信息提供了动平衡和在线诊断数据，维修人员可通过诊断数据的帮助，分析可能的机器故障，帮助提出机器预测维修方案，预测维修信息能推测出旋转机械的维修需要，使机器维修更有计划性，减少维修时间，其结果是减少了维修费用，提高了汽轮机组的可用率。1.2TSI的主要原理及功能因为TSI系统主要由传感器及智能板件组成。首先应该知道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。根据传感器的性能和测试对象的要求，利用电涡流传感器，对汽轮机组（纯电调）的转速、偏心、轴位移、轴振动、胀差进行测量，如BN公司的8mm、11mm、25mm、50mm传感器，epro公司的PR6423、PR6424、PR6426传感器；利用速度传感器对盖振进行测量，如BN公司9200传感器，epro公司PR9268传感器；利用线性可变差动变压器（LVDT）对热膨胀进行测量，如国产TD-2传感器，第一章TSI介绍4epro公司PR6320传感器。另外，还可利用差动式磁感应传感器来测量机组的转速，如epro公司的PR9376传感器。1.2.1电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）。电涡流传感器的变换原理简要介绍如下：在传感器的端部有一线圈，线圈通以频率较高（一般为1MHz～2MHz）的交变电压（见图1-1），当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出一涡流ie，而ie所形成的磁通链又穿过原线圈，这样原线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感。而耦合系数的大小又与二者之间的距离及导体的材料有关，当材料给定时，耦合系数K1与距离d有关，K=K1（d），当距离d增加，耦合减弱，K值减小，使等效电感增加，因此，测定等效电感的变化，也就间接测定d的变化。图1-1涡流传感器原理简图由于传感器反馈回的电感电压是有一定频率（载波频率）的调幅信号，需检波后，才能得到间隙随时间变化的电压波形。即根据以上原理所述，为实现电涡流位移测量，必须有一个专用的测量路线。这一测量路线（称之为前置器）应包括具有一定频率的稳定的震荡器和一个检波电路等。涡第一章TSI介绍5流传感器加上一测量线路（前置器），如框图1-2所示：从前置器输出的电压Vd是正比于间隙d的电压，它可分两部分：一为直流电压Vde，对应于平均间隙（或初始间隙），一为交流电压Vac，对应于振动间隙。图1-2前置器原理简图1.2.2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，围绕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。如图1-3所示。图1-3速度传感器简图第一章TSI介绍61.2.3LVDT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，如图1-4所示。变压器上初级线圈W和两个参数完全相同的次级线圈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，当初级线圈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。图1-4LVDT原理简图1.2.4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相同）。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（即传感器探头表面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。在TSI测量实际应用中，我们一般用该磁感应传感器测量机组转速，就是通过测量探头与测速齿盘轮间的高、低电压变化所形成脉冲信号的数量，第一章TSI介绍7来得到实际转速值。1.2.5智能板件各种测量板件接受相应传感器的电量信号后进行整形、计算、逻辑处理等以后，显示出精确、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。智能板件可对传感器联线和自身的运行情况进行检测，具有计算机通讯接口，可对测量范围和逻辑输出进行组态，具有缓冲传感器信号输出等功能。对于重要的测量可进行冗余的配置，增强了可靠性。1.3测点及传感器安装位置介绍根据纯电调各机组的具体情况，测点配置及传感器安装位置见图1-5～图1-8所示，下面就各测点进行详细说明。第一章TSI介绍8图1-5135MW汽轮机TSI测点图第一章TSI介绍9图1-6200MW汽轮机TSI测点图第一章TSI介绍10图1-7300MW汽轮机TSI测点图第一章TSI介绍11图1-8600MW汽轮机TSI测点图第一章TSI介绍121.3.1转速及零转速机器转速的测量，长期以来已成为一项必须进行的标准程序，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，并且振动值与机器转速的相关性对最终分析机器性能十分重要。例如：在机器停车过程中，转速突然下降，会意味着机器内部存在着大面积的金属摩碰。而零转速是预先设定的轴旋转速度，当运行的机器需停车时，机器转速达到零转速设置点，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，以避免在接踵而来的开车中由于轴弯曲对机器造成损坏。测量链由两只装于前箱正对60（或134）齿盘的传感器和板件组成，如图1-9所示当机器旋转时，齿盘的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地改变输出信号，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进行计数、显示，与设定值比较后，驱动继电器接点输出。转速的测量范围：0～5000rpm；零转速设定值：小于4rpm；转速报警值：3240rpm。脉冲频率(f)转速＝×60(rpm)齿数(z)图1-9转速及零转速测量示意图1.3.2超速保护对于蒸汽透平机组，超速是最危险的情况之一，如不加以控制，会造第一章TSI介绍13成机组重大的事故，导致飞车的危险。最坏的超速情况之一是机组甩负荷时，造成转速飞升。机组甩负荷时转速飞升小于108％额定转速，否则应自动打闸停机。根据美国石油学会标准API612要求，超速保护应具有快速响应和错误冗余表决逻辑，因此本测量链采用“三取二”方式，如图1-10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。与转速测量同样的原理，转速值＝（脉冲频率/齿数）×60。各机组超速的测量范围：0～5000rpm。图1-10超速测量示意图1.3.3轴振动对旋转机械来说，衡量其全面的机械情况，转子径向振