135MW汽轮机轴承振动保护逻辑的优化措施

摘要：通过回顾运河电厂135MW机组汽轮机轴承振动保护误动作的实例，分析本特利公司3300 TSI系统振动保护逻辑存在的缺陷，提出逻辑修改与优化方案，目的是在保证逻辑准确性的情况下，减少保护误动概率，保证汽轮机安全稳定运行。

关键词：汽轮机；轴承振动；保护；本特利3300

中图分类号：TK269文献标识码： A

一、现状概述

华能运河电厂一期及续建共四台135MW机组均采用的是本特利公司TSI 3300系列框架式监控系统，其中振动监视与保护采用的是3300/65电涡流振动探头传感器。自机组投产以来，因为振动保护的误动作，多次发生严重威胁机组运行的安全问题。2009年5月份，#3机组#6轴承Y相振动指示发生波动，超过报警值（125μm），最大达到203.1μm，轴承振动指示的异常，严重威胁机组的安全运行，虽及时解除该振动保护避免了非停事故，但安全隐患依然存在。在2013年6月，#2机组汽轮机#8轴承振动值出现波动，瞬间超过保护跳机值，ETS（汽轮机危急遮断系统）动作，汽机跳闸，ETS首出记忆#8轴承振动大跳机。原因分析：查阅历史曲线，#8轴承振动值超过保护跳机定值，相邻#7轴承振动值指示正常，无波动，初步判定#8轴承振动探头故障，信号误发导致汽轮机跳闸。#1、2机组与#3、4机组采用了两种不同的振动保护方式，下面将分别具体进行介绍。

1、#1、2机组轴承振动共8套测量装置，分别装于汽轮机#1-8瓦处。就地探头信号分别送至TSI机柜8块卡件。报警信号在TSI系统逻辑“或”后输出单路报警至DCS（分散控制系统）。TSI分别输出8路模拟量信号至DCS显示，分别输出8路开关量信号至ETS柜作为ETS动作条件。轴承振动保护原理框图如下：

通过以上原理框图，我们分析振动逻辑改造的必要性：

（1）8路振动信号至TSI机柜后，经过逻辑“或”输出单路报警至DCS，当任一路振动发出报警信号后，DCS即报警，当此报警未消除时，其它振动即使到达报警值也不会再触发报警，不能起到正常报警作用。（2）TSI输出8路开关量信号至ETS，ETS逻辑“或”运算，即任一路达到跳机值（254μm）时，汽机跳闸。根据目前情况和运行实践发现，该振动保护易因某个振动传感器故障引起误跳机。

#3、4机组从汽轮机首处到发电机励磁机处共有6道轴承，每道轴承在X、Y相分别装有一个本特利公司3300系列的电涡流振动传感器，12路就地探头信号分别送至TSI系统，经TSI 3300系统逻辑判断后输出开关量至ETS系统。设计时的振动保护逻辑为：6道轴承振动中任一轴承X或Y相振动达到跳机值时，即汽轮机跳闸。TSI另外分别输出12路模拟量信号至DEH（汽轮机数字电液监控系统）显示。

二、对策措施

针对上述两种不同特点的振动保护方式，依据《华能济宁发电公司机组检修工艺规程》和《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》要求，分别出具以下安全技术措施，其中#1、2机组振动报警及保护逻辑均做出修改，#3、4机组重点进行保护逻辑修改。

1、振动报警修改：

#1、2机组8路振动信号至TSI机柜后，经过逻辑“或”输出单路报警至DCS，当任一路振动发出报警信号后，DCS即报警，当此报警未消除时，其它振动即使到达报警值也不会再触发报警，不能起到正常报警作用。因此对振动报警逻辑进行了修改：（1）拆除TSI输出至DCS报警接线。（2）在DCS组态中分别将8路振动模拟量信号经限幅后输出报警，报警分别送至软光字牌实现声光报警。（3）#1、2机组是上海电机厂水冷发电机，#6轴承位于励磁机处，振动监测受励磁干扰，不能真实反应振动数值，依据山东电科院指导性建议，取消#6轴承振动保护，只作为显示，将#6振动报警定值改为220μm。

2、保护逻辑修改：

#1、2机组振动保护原设计为任一振动到达保护值即跳机，#3、4机组为任一振动的X或Y相到达保护值即跳机，均属于单点保护，如果振动监测出现故障易造成保护误动，不符合反措要求。现对轴承振动保护逻辑进行修改，#1、2机组改为任一振动到达保护值且其它任一振动值到达100μm即保护动作跳机，#3、4机组改为任一振动的X相振动值达到保护值（或达到125μm），且Y相振动值达到125μm（或达到保护值）即保护动作跳机，避免单点保护造成停机事故发生。

三、逻辑修改

1、#1、2机组部分：

（1）振动报警逻辑修改：#6轴承位于励磁机处，振动监测受励磁干扰，不能真实反映振动数值，因此取消#6轴承振动保护，只作为显示，将#6振动报警定值改为220um。

拆除TSI输出至DCS报警接线。在DCS组态中分别将8路振动模量信号经限幅后输出报警，报警分别送至软光字牌实现声光报警，8路单独报警避免了原逻辑一路报警导致其它报警发不出的缺陷。原理框图如下：

（2）振动保护逻辑修改：拆除ETS柜#1-8轴承振动保护接线。当一振动达到保护值，其它任一轴承振动达到报警值（不含#6轴承振动报警），两条件均满足延时3秒，ETS动作跳机，DCS输出硬接线至ETS原VB1跳机保护接线端子处，以VB1为例，原理框图如下：

2、#3、4机组部分：

（1）在DEH组态中做好振动保护逻辑，以#1轴承为例，具体逻辑如下：

首先对TSI传输到DEH的#1-6每个轴承的X相、Y相实时振动值，分别进行125μm、254μm的比较，大于后输出为“1”。

对每个轴承的X相遮断（或报警）和Y相报警（或遮断）进行“与”处理后，再进行“或”处理（详见上面逻辑示意图）。

对6路输出进行多路“或”处理，即任意轴承的X相振动值达到254μm（或达到125μm），且Y相振动值达到125μm（或达到254μm），“或”模块输出值为1，延时3秒，遮断跳汽轮机。

在DEH的DO输出和ETS的振动保护输入之间连接采用硬接线方式。

振动保护系统相关设备安装维护的一些要求

对汽轮机振动保护逻辑优化的同时，在设备安装维护方面还应注意以下一些要求，以保证振动测量的准确性，尽可能减小环境干扰的影响，减少误动作概率。

对处于高温环境的振动探头、延伸电缆应采取隔离保护措施，避免直接接触汽轮机外壁，防止高温烫毁。在实际应用中，我们发现汽轮机#2-8瓦（以#1、2机组为例）振动探头及延伸电缆所处环境温度较低，而#1瓦处由于轴封漏气量较大，环境温度较高，振动探头、延伸电缆长时间运行在这种环境中，易影响测量的稳定性和可靠性。建议更换探头传感器、延伸电缆为耐高温型号，同时现场加装隔离挡板，以减小测量的高温干扰。

对于安装于发电机处的振动探头，应在探头底座与发电机接触处使用绝缘垫片，保证绝缘良好，避免直接接触。

振动探头及延伸电缆应保持清洁，避免沾染油污。延伸电缆保护套管完好，防止重物挤压，延伸电缆与探头的结合处套好保护管，避免松动磨损。

前置器所处端子箱应接地良好，前置器输出电缆应有屏蔽层，并有备用芯用以接地。前置器与延伸电缆接口紧固，输出信号电缆接线紧固。

信号电缆的屏蔽部分应直接接至TSI 3300系统机架的接线端子处，屏蔽线接到机架的COM端子或者Shield端子上。

保护逻辑优化修改后，DCS及DEH系统参与到保护中来，要做到端子接线紧固，输出继电器动作良好。同时定期清灰，保证系统整洁，减少不必要的测量误差。

结束语

2013年6月，利用小修机会，对#2机组进行了汽轮机振动保护逻辑修改工作，通过这次逻辑的优化完善，使本特利TSI 3300系统的运行更加稳定可靠，在保证保护动作准确性、及时性的基础上，极大减少误动作概率，保证了汽轮机的安全运行。同时利用停机机会，完成运河电厂其他机组的逻辑修改工作，为全厂机组安全可靠运行打下良好的基础。