汽輪機(jī)軸承振動保護(hù)優(yōu)化改造

郭濤然

（江蘇大唐國際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 啟東 226246）

0 引言

呂四港電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、高中壓合缸、反動凝汽式汽輪機(jī)，型號是CCLN660-25/600/600。其汽輪機(jī)本體監(jiān)測（TSI）保護(hù)采用上海松源艾普工業(yè)電子有限公司生產(chǎn)的德國epro 公司MMS6000系列裝置。該裝置通過傳感器對汽輪機(jī)機(jī)組的轉(zhuǎn)速、偏心、軸位移、軸振動等進(jìn)行測量，通過雙通道設(shè)計的智能卡件輸出控制，當(dāng)任一軸振達(dá)到保護(hù)值250μm 則引發(fā)軸振大保護(hù)信號，若TSI 回路出現(xiàn)故障時，不可避免引起振動保護(hù)誤動[1]，對機(jī)組安全運(yùn)行造成極大的威脅。

目前國內(nèi)汽輪發(fā)電機(jī)組振動保護(hù)的投入方式不盡相同，甚至不投，嚴(yán)重危及機(jī)組的安全運(yùn)行，本文針對電廠的自身特點，設(shè)計了機(jī)組并網(wǎng)前和并網(wǎng)后不同的振動保護(hù)方案，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

1 項目提出的背景及優(yōu)化改造的必要性

1.1 項目提出的背景及存在的問題

呂四港電廠汽輪機(jī)組1-9 號軸承均安裝有X、Y 向振動探頭，探頭接入TSI 控制柜，在TSI 控制柜內(nèi)通過繼電器搭接汽機(jī)軸振大保護(hù)回路，在機(jī)組啟動并網(wǎng)前，任一軸振數(shù)值大于125μm TSI 控制柜則向DCS 輸出報警節(jié)點，任一軸振數(shù)值大于250μm 則向ETS 系統(tǒng)輸出兩個保護(hù)節(jié)點，跳閘汽輪機(jī)，機(jī)組并網(wǎng)后軸振大保護(hù)自動解除，未實現(xiàn)軸振保護(hù)全程投入。

呂四港電廠TSI MMS6000 系統(tǒng)，其中汽機(jī)振動保護(hù)為單點保護(hù)且僅在汽機(jī)啟停期間投入，未實現(xiàn)全程投入，且每一軸承的X、Y 方向公用一塊MMS6120 智能卡件，卡件不獨立，隨著運(yùn)行期限的增加，個別振動保護(hù)探頭會出現(xiàn)故障波動現(xiàn)象，可靠性降低。若不對原系統(tǒng)進(jìn)行改造而盲目對振動保護(hù)投入，則不利于機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。避免因汽機(jī)振動大而未及時停機(jī)造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子損壞的惡性事件，所以汽輪機(jī)振動保護(hù)的全程投入尤為重要。

1.2 進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化改造的必要性

汽輪機(jī)軸振大保護(hù)作為汽輪機(jī)的一項重要保護(hù)，對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的作用，而機(jī)組并網(wǎng)后軸振大保護(hù)則自動解除，僅靠運(yùn)行人員的監(jiān)盤和巡檢來發(fā)現(xiàn)汽機(jī)振動是否異常，不能準(zhǔn)確及時地起到軸振大保護(hù)汽輪機(jī)的作用。

根據(jù)《火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)案》中（附錄A.1 續(xù)第21 條）對保護(hù)可靠性優(yōu)化的意見，對汽輪機(jī)軸振大保護(hù)可做以下改造：機(jī)組并網(wǎng)后，汽輪機(jī)相鄰軸承軸振報警值和本軸承軸振保護(hù)值進(jìn)行“與”邏輯判斷，輸出保護(hù)節(jié)點跳閘汽輪機(jī)。

2 振動保護(hù)優(yōu)化改造方案

2.1 改造的硬件方面

在機(jī)組TSI 柜旁安裝一面新的控制柜，在新增加的控制柜內(nèi)增加9 塊軸振檢測卡（MMS6110）、兩塊24VDC 電源、TSI 背板、繼電器等，根據(jù)施工圖紙搭接內(nèi)部接線，將1-9 號軸承X、Y 向探頭引入新增加的18 塊軸振檢測卡上，在TSI 機(jī)柜內(nèi)重新配線，送出36 路報警及跳閘信號，在DCS 的ETS 控制柜內(nèi)增加4 塊SOE 卡件，負(fù)責(zé)接收各1-9號軸振的報警及跳閘信號，在DCS 中根據(jù)送過來的開關(guān)量信號自由組態(tài)，并將保護(hù)輸出節(jié)點送至ETS 系統(tǒng)。

本改造方案將每個軸承的X、Y 向振動探頭與卡件徹底獨立布置，且保護(hù)測點平均分配到ETS 控制柜的重新增加的4 塊SOE 卡件上，大大提高了設(shè)備的可靠性。

2.2 控制邏輯方面

汽輪機(jī)振動保護(hù)并網(wǎng)前保護(hù)方式不變，即未并網(wǎng)時任一軸X、Y向振動大于保護(hù)值（>250μm）汽輪機(jī)跳閘，只是原先為TSI 控制柜內(nèi)由繼電器搭接送至ETS，現(xiàn)為DCS 邏輯組態(tài)后輸出保護(hù)節(jié)點[2]，如圖1所示；在汽輪機(jī)并網(wǎng)后，軸振大保護(hù)動作方式如下：1-8 軸瓦X 或Y 向振動大于保護(hù)值（250μm）與上相鄰軸承任一軸振及本軸另一方向軸振大于報警值（125μm），輸出軸振大停機(jī)保護(hù)接點。9 號軸瓦處于發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)側(cè)，不參與保護(hù)，以第一組軸承為例，具體動作方式如圖2 所示；其余各軸保護(hù)邏輯依此類推。

圖1 機(jī)組并網(wǎng)前邏輯組態(tài)

圖2 機(jī)組并網(wǎng)后邏輯組態(tài)

3 試驗及兩種方式對比

3.1 保護(hù)試驗

在DCS 側(cè)，未連接TSI 卡件時，在ETS 柜內(nèi)相應(yīng)輸入點分別用短接線按照改進(jìn)后的振動保護(hù)控制邏輯進(jìn)行短接[1]，根據(jù)跳機(jī)的不同情況分別進(jìn)行試驗，每一控制回路皆動作正常。

硬件設(shè)備加裝好后，將相應(yīng)軸振的組態(tài)下裝MMS6110 卡件中后，然后通過對相應(yīng)TSI 振動卡件中各個報警值與保護(hù)值進(jìn)行強(qiáng)制，通過記錄繼電器動作情況和DCS畫面振動報警信號及ETS 振動保護(hù)邏輯信號，根據(jù)不同保護(hù)動作情況分別進(jìn)行邏輯試驗，最終振動保護(hù)正確動作。

3.2 對比

機(jī)組并網(wǎng)前，軸振大保護(hù)為任一軸X、Y 向振動大于保護(hù)值（>250μm）輸出保護(hù)節(jié)點汽輪機(jī)跳閘，設(shè)計重點從拒動角度考慮，一般機(jī)組檢修后汽輪機(jī)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)帶負(fù)荷過程中，為了避免因單一軸振大于保護(hù)值時汽輪機(jī)任運(yùn)行帶來的危害，因此當(dāng)任一軸X、Y 向振動大于保護(hù)值時則跳汽輪機(jī)，最大限度的保護(hù)汽輪機(jī)，該方式簡單、明了，且較容易設(shè)計。

機(jī)組并網(wǎng)后，軸振大保護(hù)動作方式如下：在同一組內(nèi)某軸承振動大于保護(hù)值（>250μm）與上相鄰軸承振動及本軸另一方向軸振大于報警值（>125μm），延時兩秒鐘輸出軸振大保護(hù)節(jié)點，設(shè)計重點先從誤動角度考慮，因此考慮與上相鄰軸承振動的報警值，同時為了避免拒動，當(dāng)本軸另一方向軸承振動大于報警值時，表明本瓦軸承振動已到跳機(jī)保護(hù)時，該方式組態(tài)較復(fù)雜，在與原系統(tǒng)完全匹配的情況下進(jìn)行改造，兼容性良好，對原系統(tǒng)進(jìn)行卡件獨立，最大限度的提高設(shè)備的可靠性，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 優(yōu)化改造分析

4.1 設(shè)備可靠性

按照上述方案進(jìn)行改造，考慮到保護(hù)測點獨立的設(shè)計原則，需將TSI 柜內(nèi)1-9 號軸振探頭獨立分布在18 塊軸振檢測卡上（MMS6110），而目前TSI 控制柜內(nèi)已有9 塊軸振檢測卡，仍需再安裝9 塊軸振檢測卡，而原TSI 控制柜內(nèi)空間有限，無法安裝，需在TSI 控制柜旁邊重新布置一面控制柜，內(nèi)部安裝電源、背板和9 塊軸振檢測卡（MMS6110），將1-9 號軸承Y 向振動探頭重新分配在新安裝的9 塊軸振檢測卡上，同時在新增加的控制柜內(nèi)通過繼電器送出36 路報警、跳機(jī)信號，并將該信號輸出至ETS 系統(tǒng)，然后在DCS 中根據(jù)上述保護(hù)邏輯自由組態(tài)。

改造優(yōu)化后將每個軸承的X、Y 向振動探頭與卡件徹底獨立布置，且保護(hù)測點平均分配到ETS 控制柜的重新增加的4 塊SOE 卡件上，大大提高了設(shè)備的可靠性。

4.2 改進(jìn)后達(dá)到的效果

實現(xiàn)汽輪機(jī)振動保護(hù)全程投入。振動探頭與卡件獨立，且通過卡件送出報警及跳閘信號，保護(hù)準(zhǔn)確及時可靠。通過采集每個軸承振動的報警及跳閘開關(guān)量信號，可以實現(xiàn)在DCS 中的汽輪機(jī)并網(wǎng)前和并網(wǎng)后的邏輯，提高設(shè)備可靠性，降低保護(hù)誤動率。

5 結(jié)論

改造完成后可實現(xiàn)振動保護(hù)全程投入，保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行；將振動探頭與卡件獨立，且通過卡件送出報警及跳閘信號，保護(hù)準(zhǔn)確及時，提高設(shè)備可靠性，并無環(huán)境污染問題。且可以實現(xiàn)在DCS 中的保護(hù)邏輯，提高設(shè)備可靠性，降低保護(hù)誤動率，消除了因TSI 系統(tǒng)誤動引起機(jī)組跳閘的不安全因素，提高了汽輪機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，因此此次電廠的汽輪機(jī)振動保護(hù)改造優(yōu)化是成功的。

［1］吳佼佼.王喆.600MW 汽輪機(jī)振動保護(hù)改進(jìn)[J].重慶電力高等專科學(xué)校學(xué)報，2010，4.

［2］陳尚兵，王會.汽輪機(jī)振動保護(hù)邏輯的優(yōu)化與探討[J].浙江電力，2008.