TSI系統(tǒng)知識全面介紹

惜緣cbdfmnnsbv 2024-05-02 發(fā)布于黑龍江

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1、TSI系統(tǒng)的意義

大型機組的不斷增加和容量不斷擴大，甚至出現(xiàn)多座在建和已建千萬兆瓦級機組，談?wù)揟SI的意義更加重要。

大容量機組的系統(tǒng)復(fù)雜，監(jiān)控范圍大，項目繁多，運行人員的操作和監(jiān)視必須必須被可靠的安全監(jiān)視系統(tǒng)代替，減少誤操作的可能性。同時，對于汽輪機這種高速旋轉(zhuǎn)的精密機械，任何閃失都將付出慘重代價。一套合格可靠的監(jiān)視系統(tǒng)，就能夠避免誤操作和意外的發(fā)生，保證汽輪機這一大主機的財產(chǎn)安全。今天講的TSI系統(tǒng)呼之欲出。

2、TSI系統(tǒng)概述

TSI(Turbine Supervisory Instrument )即汽輪機監(jiān)測儀表系統(tǒng)，是一種可靠的多通道監(jiān)測儀表，能連續(xù)不斷地測量汽輪機-發(fā)電機組轉(zhuǎn)子和汽缸的機械運行參數(shù)，顯示機器的運行狀況，提供輸出信號給信號儀，并在超過設(shè)定的運行極限時發(fā)出報警甚至使汽機自動停機。另外，TSI還能提供用于故障診斷的測量信號，配合其他系統(tǒng)進行故障分析等。（本文以上汽NK600-24.2/566/566 型 600MW 超臨界中間再熱兩缸兩排汽空冷凝汽式汽輪機為例進行講解）

3、TSI監(jiān)測項目

3.1、軸承振動

振動按檢測體的相對位置可分為：軸的絕對振動、軸承座的絕對振動、軸和軸承座的相對振動三種。根據(jù)振動學原理，由X、Y方向振動合成可得到軸心軌跡。軸在垂直方向與水平方向并沒有必然的內(nèi)在聯(lián)系，亦即在垂直方向（Y方向）的振動已經(jīng)很大，而在水平方向（X方向）的振動卻可能是正常的，因此，在垂直與水平方向各裝一個探頭。由于水平中分面對安裝的影響，實際上兩個探頭安裝保證相互垂直即可。當傳感器端部與轉(zhuǎn)軸表面間隙變化時的傳感器輸出一交流信號給板件，板件計算出間隙變化（即振動）峰-峰（P-P）值。

在軸振動的測量中已說明了大軸的振動可以傳遞到軸承殼上，利用速度傳感器測量機殼相對于自由空間的運動速度，板件把從傳感器來的速度信號進行檢波和積分，變成位移值，并計算出相應(yīng)的峰-峰值位置。

本文汽輪機共有7組振動測點，每組測點包括X向，Y向軸振和相應(yīng)的瓦振。X向軸振單獨方向安裝（參與保護）、Y向軸振和瓦振安裝在同一個方向構(gòu)成復(fù)合振動也參與保護。振動報警值為125um，跳機值為254um。

振動安裝示意圖

3.2、軸向位移

通常采用四個趨近式的探頭測量，安裝在4瓦處的推理盤處。這四支傳感器兩個一組，對稱于轉(zhuǎn)子安裝。每組中的兩個傳感器是“與”的關(guān)系，保證某一通道失效時不會給出錯誤信號。兩組測量傳感器的結(jié)果是相互獨立的，即“或”的關(guān)系，以便有效的保護汽輪機組的安全。報警值為±0.9mm，跳機值為±1.0mm。

軸向位移安裝圖

3.3、高壓脹差和低壓脹差

脹差也被稱為相對膨脹，脹差的監(jiān)測是為了預(yù)防轉(zhuǎn)子和氣缸之間可能產(chǎn)生的磨擦。轉(zhuǎn)子膨脹大于汽缸膨脹為正方向，反之為負方向。

脹差探頭分為高壓脹差和低壓脹差，高壓脹差有2支探頭，相向安裝，根據(jù)2支探頭測出的電壓差，經(jīng)計算得到差脹信號值；低壓差脹是一個LVDT型的測量裝置，能直接測出電壓計算后得到低壓差脹信號值。高壓脹差報警值為9.5mm，跳機值為10.3mm；低壓脹差報警值為15.2mm，跳機值為16mm。

低壓脹差安裝圖

高壓脹差安裝圖

3.4、汽缸絕對膨脹

缸脹也被稱為汽缸的絕對膨脹，為了防止由于汽缸受熱不均，發(fā)生卡澀或動靜摩擦事故，必須對缸脹進行監(jiān)測，確保機組安全。

缸脹的測量：把傳感器的鐵芯與汽缸連接，當膨脹時，鐵芯運動，產(chǎn)生成比例的電信號，輸入測量板件進行線性處理，顯示輸出4～20mA信號。缸脹不參與保護。

缸脹安裝圖

3.5、偏心和鍵相

偏心即軸的彎曲，也即軸的徑向位置，在轉(zhuǎn)軸沒有內(nèi)部和外部負荷的正常運轉(zhuǎn)情況下，轉(zhuǎn)軸會在油壓阻尼作用下，在設(shè)計確定的位置浮動，然而一旦機器承受一定的外部或內(nèi)部的預(yù)加負荷，軸承內(nèi)的軸頸就會出現(xiàn)偏心，其大小是由偏心度峰-峰值來表示，即軸彎曲正方向與負方向的極值之差。

所謂鍵相器，即在軸上開一鍵槽(或加一個凸起鍵)，再用一個普通測振探頭對準鍵。當探頭探到鍵時，前置器輸出一脈沖信號，兩個脈沖信號之間即為一轉(zhuǎn)。鍵相信號也可用來指示振動的相位。當知道了測振探頭與鍵相探頭的夾角時，就可找出不平衡質(zhì)量的位置，即轉(zhuǎn)子高點的位置。這對軸的平衡是很重要的。

兩個測點垂直安裝的是偏心測點，另一個是鍵相測點。

偏心和鍵相安裝圖

3.6、汽輪機轉(zhuǎn)速和零轉(zhuǎn)速

汽輪機在高速旋轉(zhuǎn)中，如果轉(zhuǎn)動力矩和反動力矩出現(xiàn)不平衡，轉(zhuǎn)速就會變化，當轉(zhuǎn)速失控時，就會發(fā)生超速損壞零部件，嚴重時甚至會發(fā)生“飛車”的惡性事故。

為了保證安全，必須嚴格監(jiān)視汽輪機轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速達到設(shè)定值時報警并采取保護措施。當停機中出現(xiàn)零轉(zhuǎn)速時，確保盤車及時投用。

當機器旋轉(zhuǎn)時，齒盤的齒頂和齒底經(jīng)過探頭，探頭將周期地改變輸出信號，即脈沖信號，板件接收到此脈沖信號進行計數(shù)、顯示，與設(shè)定值比較后，驅(qū)動繼電器接點輸出。轉(zhuǎn)速的測量范圍：0～5000rpm；零轉(zhuǎn)速設(shè)定值，小于1rpm。

汽輪機轉(zhuǎn)速和零轉(zhuǎn)速安裝圖

4、TSI監(jiān)測儀表的組成

TSI監(jiān)測儀表由傳感器、前置器和監(jiān)視器組成。

4.1、傳感器類別、工作原理及型號

本文講述汽輪機用到電渦流傳感器、加速度傳感器、線性差動變送器以及磁阻式傳感器。

4.1.1、電渦流傳感器工作原理

金屬導體置于變化的磁場中，導體內(nèi)就會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這種電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，通常稱為電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而使激勵線圈的阻抗發(fā)生變化。電渦流式傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。

4.1.2、加速度傳感器工作原理

速度傳感器適用于測量軸承座、機殼等的振動速度和振動位移(經(jīng)積分后)。

工作原理如下：剛性固定在被測物體上的傳感器殼體上固定有一個永久磁鐵，一個慣性質(zhì)量線圈圍繞著磁鐵并通過彈簧連在殼體上。測量時，隨著被測物振動，磁鐵運動，使其產(chǎn)生磁場運動。而線圈因固定在彈簧上，具有較大的慣性質(zhì)量，即相對高頻振動的物體，其是相對靜止的。這樣，線圈在磁場中作直線運動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與線圈運動的線速度（即：機殼的速度）成正比。通過對感應(yīng)電動勢的檢測，即能獲得被測物體的線速度。

4.1.3、磁阻式傳感器工作原理

磁阻傳感器是基于磁阻效應(yīng)工作原理，其核心部分采用一片特殊金屬材料，其電阻值隨外界磁場的變化而變化，通過外界磁場的變化來測量物體的變化或狀況。磁阻傳感器具有高精度、高靈敏度、高分辨率、良好穩(wěn)定性和可靠性、無接觸測量及寬溫度范圍的特點，可進行動態(tài)和靜態(tài)測量。

4.1.4、傳感器類別型號

監(jiān)測項目	傳感器類別	傳感器+前置器型號	安裝數(shù)量
軸振	電渦流傳感器	TQ412+IQS452	14
軸位移	電渦流傳感器	TQ402+IQS452	4
瓦振（1瓦）	加速度傳感器	CA202+IPC704	1
瓦振（2-7瓦）	加速度傳感器	CE680	6
偏心	電渦流傳感器	TQ402+IQS452	1
鍵相	電渦流傳感器	TQ402+IQS452	1
轉(zhuǎn)速	磁阻式傳感器	BEF1210	5
零轉(zhuǎn)速	電渦流傳感器	TQ402+IQS452	1
高壓差脹	電渦流傳感器	TQ403+IQS453	2
缸體膨脹	電渦流傳感器	AE119	1

4.2、TSI監(jiān)視器的組成

該TSI監(jiān)視系統(tǒng)采用韋伯瑞華的Vibro-Meter 600系統(tǒng),該框架包括：

模件名稱	模件型號	模塊數(shù)
CPU模件	CPU M	1
通訊模件	MPC4+IOC4T	9
電源模件	RPS 6U	2
繼電器模件	RLC 16	1

4.2.1、VM600系統(tǒng)卡件概覽

CPU-M：即通訊網(wǎng)關(guān)，用于就地顯示、組態(tài)和通訊。保存全部的系統(tǒng)組態(tài)數(shù)據(jù)，帶就地顯示 (棒圖、數(shù)顯及工程單位)，可以顯示每個通道的實時值。提供靈活的通訊連接，RS-232/422/485和以太網(wǎng)，支持TCP/IP和MODBUS等通訊協(xié)議，提供與運行VM600 MPS或CMS軟件的主計算機進行高速數(shù)據(jù)連接。切記，不支持熱插拔！

MPC4:6通道輸入模塊（4通道輸入+2通道轉(zhuǎn)速/鍵相），用于機器監(jiān)測保護。一個模塊即可接受所有傳感器的輸入，包括渦流傳感器、加速度傳感器、速度傳感器、轉(zhuǎn)速探頭及其它通用傳感器。

CMC16:16通道輸入，用于狀態(tài)監(jiān)測。前4 個通道可輸入鍵相或其他過程信號，后12個通道可輸入其他過程信號。

RPS6U：電源模塊。為整個框架提供5V和±12V電源，可選擇冗余電源模塊。