TSI系統(tǒng)概述-文檔資料

1、1TSI系統(tǒng)概述主講：孟慶國2TSI系統(tǒng)概述Turbine Supervisory Instrument System AndTurbine Emergency Trip System汽輪機(jī)安全監(jiān)視及保護(hù)系統(tǒng)汽輪機(jī)安全監(jiān)視及保護(hù)系統(tǒng)3TSI系統(tǒng)概述n汽輪機(jī)安全監(jiān)視及保護(hù)系統(tǒng)主要包括監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)（TSI）、危急遮斷系統(tǒng)（ETS）裝置、自動盤車操作裝置。 nTSI系統(tǒng)能連續(xù)地監(jiān)測汽輪機(jī)的各種重要參數(shù)，例如：可對轉(zhuǎn)速、超速保護(hù)、偏心、軸振、蓋（瓦）振、軸位移、脹差、熱膨脹等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，幫助運行人員判明機(jī)器故障，使得這些故障在引起嚴(yán)重?fù)p壞前能及時遮斷汽輪發(fā)電機(jī)組，保證機(jī)組安全。 4TSI系統(tǒng)概述nT

2、SI監(jiān)測信息提供了動平衡和在線診斷數(shù)據(jù)，維修人員可通過診斷數(shù)據(jù)的幫助，分析可能的機(jī)器故障，幫助提出機(jī)器預(yù)測維修方案，預(yù)測維修信息能推測出旋轉(zhuǎn)機(jī)械的維修需要，使機(jī)器維修更有計劃性，減少維修時間，其結(jié)果是減少了維修費用，提高了汽輪機(jī)組的可用率。5TSI的主要原理及功能nTSI系統(tǒng)主要由傳感器及智能板件組成 n傳感器是將機(jī)械振動量、位移、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量的機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。根據(jù)傳感器的性能和測試對象的要求，利用電渦流傳感器，對汽輪機(jī)組（純電調(diào)）的轉(zhuǎn)速、偏心、軸位移、軸振動、脹差進(jìn)行測量 n利用速度傳感器對蓋振進(jìn)行測量 n利用線性可變差動變壓器（LVDT）對熱膨脹進(jìn)行測量n利用差動式磁感應(yīng)傳感器來測量機(jī)組的

3、轉(zhuǎn)速 6電渦流傳感器 n工作原理：通過傳感器端部線圈與被測物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來測物體的振動相對位移量和靜位移的，它與被測物之間沒有直接的機(jī)械接觸，具有很寬的使用頻率范圍（從010Hz） 7電渦流傳感器n 在傳感器的端部有一線圈，線圈通以頻率較高（一般為1MHz2MHz）的交變電壓 ，當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出一渦流ie，而ie所形成的磁通鏈又穿過原線圈，這樣原線圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感，最終原線圈反饋一等效電感。而耦合系數(shù)的大小又與二者之間的距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)，當(dāng)材料給定時，耦合系數(shù)K1與距離d有關(guān)，K= K1（d），當(dāng)距離

4、d增加，耦合減弱，K值減小，使等效電感增加，因此，測定等效電感的變化，也就間接測定d的變化。8渦流傳感器原理簡圖9電渦流傳感器由于傳感器反饋回的電感電壓是有一定頻率（載波頻率）的調(diào)幅信號，需檢波后，才能得到間隙隨時間變化的電壓波形。即根據(jù)以上原理所述，為實現(xiàn)電渦流位移測量，必須有一個專用的測量路線。這一測量路線（稱之為前置器）應(yīng)包括具有一定頻率的穩(wěn)定的震蕩器和一個檢波電路等。渦流傳感器加上一測量線路（前置器），如框圖 所示：從前置器輸出的電壓Vd是正比于間隙d的電壓，它可分兩部分：一為直流電壓Vde，對應(yīng)于平均間隙（或初始間隙），一為交流電壓Vac，對應(yīng)于振動間隙。10前置器原理簡圖11速度傳

5、感器 n工作原理：基于一個慣性質(zhì)量和移動殼體，傳感器有一個永久磁鐵，它被固定在傳感器殼體上，圍繞著磁鐵是一個慣性質(zhì)量線圈，通過彈簧連在殼體上。測量時，將傳感器剛性固定在被測物體上，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(jī)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。 12速度傳感器簡圖 13LVDT傳感器n工作原理：利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，實質(zhì)上就是一個變壓器， 變壓器上初級線圈W和兩個參數(shù)完全相同的次級線圈W

6、1，W2組成，線圈中心扦入圓柱形鐵心，次級線圈W1和W2反極性串聯(lián)，當(dāng)初級線圈W加上交變電壓時，次級W1和W2分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢e1和e2，其大小與鐵心位置有關(guān)。14LVDT原理簡圖 15差動式磁感應(yīng)傳感器 n工作原理：利用一個差動式敏感元件。該元件由一塊永久性磁鐵上的兩個相互串聯(lián)的磁敏半導(dǎo)體電阻組成（這兩個半導(dǎo)體的材料及幾何尺寸相同）。在傳感器電路中，這兩個電阻組成一個差動電感電橋（如惠斯頓電橋）。當(dāng)磁鐵或鋼的觸發(fā)體接近或遠(yuǎn)離傳感器且相互成直角（即傳感器探頭表面磁鐵所產(chǎn)生的磁場與觸發(fā)體邊沿成直角）時，它干擾了傳感器內(nèi)部的磁場，使差動電感電橋失去平衡而輸出一電壓。通過對這一電壓測量，即能獲得被測

7、物（即觸發(fā)體）與傳感器探頭間的間隙變化。16差動式磁感應(yīng)傳感器n在TSI測量實際應(yīng)用中，我們一般用該磁感應(yīng)傳感器測量機(jī)組轉(zhuǎn)速，就是通過測量探頭與測速齒盤輪間的高、低電壓變化所形成脈沖信號的數(shù)量，來得到實際轉(zhuǎn)速值。17智能板件n各種測量板件接受相應(yīng)傳感器的電量信號后進(jìn)行整形、計算、邏輯處理等以后，顯示出精確、直觀的監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警指示。輸出標(biāo)準(zhǔn)的模擬量信號和繼電器接點。智能板件可對傳感器聯(lián)線和自身的運行情況進(jìn)行檢測，具有計算機(jī)通訊接口，可對測量范圍和邏輯輸出進(jìn)行組態(tài)，具有緩沖傳感器信號輸出等功能。對于重要的測量可進(jìn)行冗余的配置，增強(qiáng)了可靠性 18TSI測點分布圖19轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速n 轉(zhuǎn)速值顯示是汽輪

8、機(jī)組開車、停車以及穩(wěn)定運行時的重要參數(shù)，并且振動值與機(jī)器轉(zhuǎn)速的相關(guān)性對最終分析機(jī)器性能十分重要。例如：在機(jī)器停車過程中，轉(zhuǎn)速突然下降，會意味著機(jī)器內(nèi)部存在著大面積的金屬摩碰。而零轉(zhuǎn)速是預(yù)先設(shè)定的軸旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)運行的機(jī)器需停車時，機(jī)器轉(zhuǎn)速達(dá)到零轉(zhuǎn)速設(shè)置點，繼電器觸點動作，使盤車齒輪嚙合，使軸持續(xù)慢速旋轉(zhuǎn)，來防止軸產(chǎn)生彎曲，以避免在接踵而來的開車中由于軸彎曲對機(jī)器造成損壞 20轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速n測量鏈由兩只裝于前箱正對60（或134）齒盤的傳感器和板件組成， 當(dāng)機(jī)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(jìn)行計數(shù)、顯示，與設(shè)定值比較后，驅(qū)動繼電器接點

9、輸出。轉(zhuǎn)速的測量范圍：05000rpm；零轉(zhuǎn)速設(shè)定值：小于4rpm；轉(zhuǎn)速報警值：3240rpm。21轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速測量示意圖 脈沖頻率(f) 轉(zhuǎn)速 60(rpm) 齒數(shù)(z) 22超速保護(hù)n超速保護(hù)應(yīng)具有快速響應(yīng)和錯誤冗余表決邏輯，因此本測量鏈采用“三取二”方式。由三只裝于前箱、正對于60齒盤的渦流傳感器和三塊轉(zhuǎn)速表組成，設(shè)定值為3300rpm。與轉(zhuǎn)速測量同樣的原理，轉(zhuǎn)速值（脈沖頻率/齒數(shù)）60。各機(jī)組超速的測量范圍：05000rpm。23超速測量示意圖24軸振動n對旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，衡量其全面的機(jī)械情況，轉(zhuǎn)子徑向振動振幅，是一個最基本的指標(biāo)，很多機(jī)械故障，包括轉(zhuǎn)子不平衡、不對中、軸承磨損、轉(zhuǎn)子裂紋

10、以及磨擦等都可以根據(jù)振動的測量進(jìn)行探測。轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件，旋轉(zhuǎn)機(jī)械能否正常工作主要決定于轉(zhuǎn)子能否正常運轉(zhuǎn) 25軸振動n從轉(zhuǎn)子運動中去監(jiān)視和發(fā)現(xiàn)振動故障，比從軸承座或機(jī)殼的振動提取信息更為直接和有效。所以，目前軸振的測量越來越重要，軸振動的測量對機(jī)器故障診斷是非常有用的 26軸振動n根據(jù)振動學(xué)原理，由X、Y方向振動合成可得到軸心軌跡。在測量軸振時，常常把渦流探頭裝在軸承殼上，探頭與軸承殼變?yōu)橐惑w，因此所測結(jié)果是軸相對于軸承殼的振動。由于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

11、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，如下圖所示。當(dāng)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。機(jī)組軸振的測量范圍：0400m；報警值：125m；停機(jī)值：250m。27軸振測量示意圖28軸承振動（蓋或瓦振 ）n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(jī)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(jìn)行檢波和積分，變成位移值，并計算出相應(yīng)的峰-峰值位置信號如下圖所示。機(jī)組瓦振的測量范圍：0100m。29蓋振的測量示意圖 30偏心n轉(zhuǎn)子的偏心位置，也叫做軸的徑

12、向位置，是指轉(zhuǎn)子在軸承中的徑向平均位置，在轉(zhuǎn)軸沒有內(nèi)部和外部負(fù)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(jī)器承受一定的外部或內(nèi)部的預(yù)加負(fù)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(fù)方向的極值之差 31偏心的測量n偏心的測量可用來作為軸承磨損，以及預(yù)加負(fù)荷狀態(tài)（如不對中）的一種指示；轉(zhuǎn)子偏心（在低轉(zhuǎn)速時的彎曲）測量是在啟動或停機(jī)過程中，必不可少的測量項目，它可使你能夠看到由于受熱或重力所引起的軸彎曲的幅度。偏心監(jiān)測板接受兩個渦流傳感器信號輸入，如下圖所示。一個用于偏心的測量，另一個是鍵相器的測量，它用在峰-峰信號調(diào)節(jié)電路上。鍵相

13、探頭觀察軸上的一個鍵槽，當(dāng)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，就產(chǎn)生一個脈沖電壓，這個脈沖可用來控制計算峰-峰值。當(dāng)然，鍵相信號也可用來指示振動的相位，如下圖所示。當(dāng)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。機(jī)組偏心的測量范圍：0100m。報警值：大于原始值的30m。32振動相位測量示意圖33偏心測量示意圖34軸位移n軸在運行中，由于各種因素，諸如載荷、溫度等的變化會使軸在軸向有所移動。這樣轉(zhuǎn)子和定子之間有可能發(fā)生動靜磨擦，所以需用傳感器測量轉(zhuǎn)子相對于定子軸向位置的變化，即：軸在軸向相對于止推軸承的間隙35軸位移n由于所采用的監(jiān)測器可能把傳感器的失效作為軸

14、向位移故障而發(fā)出報警信號，由此可能引起機(jī)組誤停機(jī)。而根據(jù)API670標(biāo)準(zhǔn)要求，用兩個探頭同時探測一個對象，可以免發(fā)生誤報警 n 要求兩個探頭的安裝位置離軸上止推法蘭的距離應(yīng)10000h 可用率99.9。nETS裝置設(shè)有雙路電源切換回路，在某一電源出現(xiàn)故障時，自動切換到另一電源回路中繼續(xù)工作，如果主副電源同時故障，則輸出一交流電源失電報警信號 48功能na) 汽機(jī)超速 h) 手動停機(jī) b) 發(fā)電機(jī)跳閘 i) DEH故障nc) 鍋爐主燃料跳閘 j) 汽機(jī)軸承振動大nd) 軸向位移大 k) 軸瓦溫度高ne) EH油壓過低(3取2) l) 脹差超限nf) 凝汽器真空大(3取2) m) 備用(2路)ng

15、) 潤滑油壓過低(3取2) n 49盤車裝置n本汽輪機(jī)采用的盤車裝置為低速盤車，安裝在低壓缸B和發(fā)電機(jī)之間，電動機(jī)驅(qū)動，配置氣動操作機(jī)構(gòu)，主要特點：nA在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至零轉(zhuǎn)速時，既能遠(yuǎn)方操作，也能就地手動盤車。nB盤車裝置掀起電機(jī)后嚙合，盤車轉(zhuǎn)速為1.5轉(zhuǎn)/分。盤車裝置在汽輪機(jī)沖后自動退出。nC盤車裝置與頂軸油泵系統(tǒng)間設(shè)聯(lián)鎖，防止在油壓建立前投入盤車。50盤車控制柜簡圖1電流表 2電壓表 3盤車指示 4甩開到位指示5嚙合到位指示 6頂軸油壓正常指示7潤滑油壓正常指示 8盤車允許指示 9電機(jī)停止指示 10電源指示11盤車允許選擇開關(guān) 12手/自動選擇開關(guān)13試燈按鈕 14電磁閥動作按鈕15點動及

16、投入按鈕16停盤車按鈕 17檢驗及旁路按鈕18甩開按鈕51盤車裝置的控制原理圖 控制系統(tǒng)（PLC）軟起動器交流電機(jī)減速箱汽輪機(jī)盤車零轉(zhuǎn)檢測52盤車裝置功能n三相電源接入盤車裝置，經(jīng)控制回路的交流接觸器接入電機(jī)軟起動器，并由電機(jī)軟起動器輸出到盤車電機(jī)，驅(qū)動盤車電動機(jī)。由PLC根據(jù)控制要求對液壓機(jī)構(gòu)進(jìn)、排油的電磁閥及盤車電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。n本裝置可以滿足零轉(zhuǎn)速自動投入盤車、手動自動投入盤車、緊急投入盤車，并具備低油壓保護(hù)、遠(yuǎn)方控制等功能。53工作原理n根據(jù)盤車裝置系統(tǒng)邏輯要求：在正常情況下，必須使自動盤車操作裝置控制柜接收到頂軸油壓正常、潤滑油壓正常的壓力接點有效信號，即滿足外部允許盤車條件

17、。否則控制柜將拒絕啟動盤車電機(jī)。54零轉(zhuǎn)速自動投入盤車n在滿足外部允許盤車條件下，允許盤車并選擇自動盤車方式后，只要TSI發(fā)出零轉(zhuǎn)速信號到盤車控制柜，盤車控制柜的PLC在確認(rèn)已收到零轉(zhuǎn)速信號（通常，在收到穩(wěn)定的零轉(zhuǎn)速信號后會自動延時30秒左右才被系統(tǒng)確認(rèn)），自動接通電磁閥，使液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)與汽機(jī)盤車齒輪嚙合。盤車控制柜PLC在電磁閥通電后30秒開始檢測是否收到嚙合到位信號，如果未收到嚙合到位信號，盤車電機(jī)將周期性通過軟起動器短時間啟動電機(jī)正轉(zhuǎn)，使盤車電機(jī)微動，以利于齒輪間的嚙合 55零轉(zhuǎn)速自動投入盤車n如果收到嚙合到位信號，則電機(jī)將自動啟動并維持盤車電機(jī)的運行，同時電機(jī)運行10秒后，電磁閥自動斷

18、電，從而完成自動盤車投入。n任何時候按下“停盤車”按鈕，將停止盤車電機(jī)。停盤車按鈕在嚙合到位有效的情況下是一個交替式開關(guān)，以防止停盤車按鈕松開時，由于未甩開或嚙合到位信號仍然存在的情況下又自動啟動盤車電機(jī)。56手動自動盤車方式n在盤車允許條件下，選擇手動盤車方式，按下“電磁閥動作”按鈕后，使液壓機(jī)構(gòu)完成盤車齒輪嚙合，如果盤車控制裝置接收到嚙合到位信號后，將自動啟動盤車電機(jī)，并在10秒后斷開電磁閥電源。如果接收不到嚙合到位信號，說明盤車齒輪還未嚙合。以下為兩種方式方便盤車齒輪的嚙合，其一是與自動盤車方式相同，即裝置自動周期性定時微動盤車電機(jī)直至順利嚙合；其二是選擇“手/自動選擇開關(guān)”在中間位置，按“點動及投入”按鈕，完成手動微動盤車電機(jī)，如果嚙合到位，再將“手/自動選擇開關(guān)”打到手動位置，則會自動啟動盤車電機(jī)完成盤車投入。57手動自動盤車方式任何時候按下“停盤車”按鈕，將停止盤車電機(jī)。停盤車按鈕在嚙合到位有效的情況下是一個交替式開關(guān)，以防止停盤車按鈕松開時，由于未甩開或嚙合到位信號仍然存在的情況下又自動啟動盤車電機(jī)。58緊急投入