因汽輪機監視儀表（TSI）系統問題導致機組跳閘的情況近2a呈上升趨勢，引起了各大發電公司的關注。為此，對浙江省內和一些省外發電機組的TSI系統運行情況進行了調研，歸類統計和分析了引起故障的主要原因，探討了提高TSI系統運行可靠性的技術改進措施。
　　
　　一、TSI系統故障原因分析與處理
　　
　　通過對近60臺機組運行情況的統計，將引起TSI系統異常的主要原因、處理措施及可能存在的隱患歸納如下。
　　
　　1.1測量部件故障
　　
　　這類故障現象多數表現為信號突然變化，但影響機組的結果不同，如某30OMW機組4號軸承y方向振動信號，突然跳變超過保護動作設定值（高Ⅱ值）而導致停機（見圖1）。檢查未發現任何異常情況，更換探頭、前置器后，系統恢復正常。　　
　　另一臺60OMW機組沖轉過程中，6號軸承Y方向軸承振動信號突然由30μm增大直到報警設定值（高Ⅱ值），停機后仍在μm至80μm間周期性波動（見圖2）。先后更換卡件、前置器和延伸電纜，波動末消除，更換探頭后恢復正常。　　
　　1.2振動信號易受干擾
　　
　　振動信號由安裝在軸承處的探頭測得的軸相對振動信號和安裝在軸承上的速度（加速度）探頭測得的軸承振動信號疊加得到。據統計振動單點信號作保護，導致機組誤跳閘的概率大，如某機組1號軸承Y方向振動信號突變，查閱DCS歷史曲線（見圖3），該軸的振動信號（圖中蘭線，紅線為X方向相對振動信號）瞬間超過高Ⅱ值，持續時間約4s，但未停機，當時無設備啟停操作，測量系統無異常。調閱本特利公司3500裝置記錄與組態，發現通道接線與組態不符，跳機輸出信號實際未送出。　　
　　某機組11號軸承振動信號誤發跳機，查閱DCS記錄:跳機前4min，該軸的振動值開始明顯增大直至超過高Ⅱ值;機組跳閘后4min內，該軸的振動峰值一度出現500μm并大幅振蕩;轉速下降至2420r/min時振蕩消失，波動仍繼續存在，但上述時間段內相關參數均無異變。
　　
　　振動信號之所以導致保護系統誤動作概率大，是因為振動（用速度表示）需經過一次積分轉換成所需的位移信號，以本特利公司產品為例，其換算公式為:
　　
　　D=1000V/3.14f
　　
　　式中D為位移（峰值），mm;V為速度（峰值），mm/s;f為頻率，Hz。
　　
　　由于積分過程中，速度信號會受到與頻率有關的增益影響，低頻增益大，高頻增益小。當速度探頭受到低頻干擾時，有可能會影響輸出信號發生突變，復合后將輸出一個較大的振動虛假信號，增大了保護誤動作的概率。
　　
　　1.3單點信號保護邏輯易誤動作
　　
　　為保證動作的及時性，TSI系統保護信號原設計多采用單點且不加延時。但由于TSI系統運行在強電磁場環境，來自其內部的異常和外部環境因素產生的干擾都可能引發保護系統誤動作。統計表明TSI系統的異常動作，因被監控參數真實變化導致的很少，因TSI裝置本身故障造成的比例也不高，多數是外部因素誘導下的誤發信號（通常維持時間低于5s）引起，且很多時候無法通過試驗重現故障。如某機組軸向位移信號瞬間突變至滿量程，導致機組跳閘（0.5s后該信號恢復正常），經查無異常，機組重新啟動后也一切正常。
　　
　　1.4接地與電纜防護不規范
　　
　　不同的地網間會產生電勢差，在屏蔽層產生環流，疊加在信號上會引起模擬量波動或突變，因此，可靠的接地和電纜防護措施對抑制干擾非常重要，統計中的不少實例證實了這一點:
　　
　　某機組在75OMW運行時，3號瓦振動持續跳變，原因是電纜的屏蔽線沒有接地;
　　
　　某脫硫系統的增壓風機停運時，振動信號一直跳變甚至超過高Ⅱ值，原因是現場測量機柜接地虛焊;
　　
　　某60OMW機組基建調試階段，脫硫增壓風機因振動信號跳變導致跳閘，經仿真試驗，原因是電焊機在TSI測量機柜附近焊接，機柜處于電焊機接地點與焊接點間，焊接時機柜附近接地線上產生的電勢差經電場耦合進入信號線后，導致卡件與前置器損壞;
　　
　　某60OMW機組4號軸承振動信號跳變和某30OMW機組汽輪機轉速信號跳變，分別引起機組跳閘，經查原因都是連接電纜安裝敷設時未做好防護，其屏蔽層因振動等原因磨損，造成2點或多點接地引起。
　　
　　1.5連接接頭松動或污染
　　
　　延伸電纜接頭、前置器及機柜接線在安裝檢修時未緊固，或隨時間推移及氣候、氧化等因素影響，原先緊固的接頭和接線也會出現松動或接觸不良，引起信號波動。如某機組的軸向位移，顯示由0.lmm瞬間跳變為-1.67mm，后又自行恢復，此情況反復出現，查明原因是探頭延伸電纜與前置器的接頭松動引起。另一機組轉子靜止情況下汽輪機轉速信號跳變，測量間隙電壓在12-15V波動，原因是測速探頭線連接延伸電纜的接頭接觸不良引起。
　　
　　對于TSI系統，探頭、延伸電纜和前置器，三者是一個測量整體，有相應的阻抗和特性曲線，一旦因外界因素導致其變化，也會引起信號異常。如某機組運行中8號軸承Y方向振動信號波動大，原因是前置器連接延伸電纜的接頭內有雜質引起。
　　
　　1.6運行環境影響
　　
　　外部磁場影響會引起測量信號異常。如某機組6號軸承振動大報警，原因是該軸承上方漏雨，運行人員用塑料布覆蓋并用磁鐵固定，結果干擾了振動測量。另一機組靠發電機側的5號瓦振動信號故障，檢查探頭支架帶有20V交流電壓，原因是該瓦軸承接地電刷接觸不良引起。
　　
　　測量回路電纜老化也是一個不容忽視的問題。某機組汽泵軸承振動不定期的顯示波動，原因是就地電纜因環境溫度高老化引起。另一新建機組投產運行不到la，軸向位移信號誤發，導致保護動作跳機，原因是回路中使用了橡皮電纜，接觸油后老化，絕緣層開裂引起。
　　
　　1.7內部軟件設置不當
　　
　　為減少TSI系統單點信號作保護引起的保護系統誤動作，有的機組增加證實信號，保護邏輯修改為二選二。但如果TSl內部軟件設置不當和維護不及時，同樣會導致機組誤跳閘。
　　
　　某機組運行中，3號軸承振動高Ⅱ值信號誤發跳機，檢查保護邏輯為本軸承的相對振動x向高Ⅱ值信號和Y向高Ⅱ值信號組成"與"邏輯，按理不應動作停機。但檢查裝置輸出設置為"閉鎖"（信號消失后需人工復位），再檢查歷史記錄，發現3號軸承Y向振動信號1個月前曾達高Ⅱ值，因未復位輸出信號被保持。當3號軸承X向相對振動通道故障時，"與"邏輯條件滿足導致跳機。
　　
　　1.8保護定值偏大
　　
　　國內發電杭組汽輪機的軸承振動信號，都統一設計高Ⅱ值為125μm，高Ⅱ值為25Oμm，有多次汽輪機本體異常情況下裝置未起到保護作用。如某60OMW機組運行時振動信號發生突變，振動數據分析判斷有物飛落，經查中-低靠背輪的螺栓蓋板半個飛脫，但振動zui大值也剛到高Ⅱ值。另一臺60OMW機組運行在358MW負荷時，因鍋爐原因跳機，機組重啟后其低壓轉子振動信號明顯增大，當時進行了動平衡處理。1a后機組檢修時發現低壓轉子圍帶飛脫嚴重，其中低壓轉子第3級動葉片圍帶均有多段發生損壞或脫落，但異常情況發生時的振動值離高1值相差甚遠。
　　
　　1.9電源系統未冗余
　　
　　目前仍有機組的TSI系統為單電源供電，或雖然采用了雙路電源但電源模塊仍為單個。盡管至今還未出現因電源失去使TSl系統癱瘓的情況，但單電源供電始終是安全隱患。
　　
　　二、提高可靠性的技術措施
　　
　　據上分析，如果在增加一些容錯設計，將單點保護信號改為三選二邏輯，或限于現場條件僅加入證實條件改為二選二邏輯，甚至增加一點延時（但要充分論證可能帶來的后果）的同時，規范TSI系統安裝、線路的連接及運行維護管理，則保護系統誤動作次數都將會大大減少。為此，本著保護系統要"杜絕拒動，防止誤動"的原則，提出以下技術改進措施，供TSI系統檢修和運行維護中參考。
　　
　　2.1電源
　　
　　（l）TSI系統應配置2路可靠的AC220V電源冗余供電和2塊電源模塊，切換時間應保證TSI裝置不會初始化。
　　
　　（2）當保護電源采用廠用直流電源時，在查找接地故障時應有確保不會造成保護誤動作的措施。
　　
　　2.2保護邏輯及定值優化
　　
　　（1）裝置輸出的跳機信號宜采用常開且2路輸出至ETS系統組成"或"邏輯，防止輸出繼電器故障、接線松動、汽輪機緊急跳閘系統（ETS）輸入通道等故障造成保護拒動。原設計振動信號作保護信號源的，改用相對振動信號代替。
　　
　　（2）軸承相對振動保護邏輯宜優化為:本軸承的X向振動信號高Ⅱ值和相鄰軸承的x向振動信號高Ⅰ值、本軸承的x向振動信號高Ⅱ值和Y向的高Ⅰ值分別組成"與"邏輯，再將所有"與"邏輯輸出信號組成"或"邏輯（在汽輪機車頭處面向汽輪機，轉子順時針轉動時取左側探頭為X向;逆時針轉動時取右側探頭為X向）。
　　
　　（3）保護邏輯優化后，為防止保護拒動宜減小振動信號的高1值（由原設計的12m改為100am甚至更小），同時應結合運行時和機組啟動過臨界時的振動信號值，綜合考慮其高1值的定值。
　　
　　（4）汽輪機或30OMW及以上機組小汽輪機的軸向位移保護，原為單點信號或為二選二邏輯的，當條件許可時宜增加探頭改為三選二邏輯或具備同等判斷功能的邏輯輸出。
　　
　　（5）汽輪機高、中、低壓脹差，如單點信號作保護的可設置10~20s延時。為加強信號壞點剔除保護功能，脹差信號顯示量程可取跳機值的110%。如有2點脹差信號，其保護信號宜采用"與"邏輯。此外，汽輪機缸脹應有報警信號，如設計單點信號作保護則宜取消。
　　
　　（6）超速保護均應采用3路獨立的轉速信號，進行三取二邏輯判斷。
　　
　　（7）為避免機組啟動中過臨界轉速時人為投切保護，應充分利用裝置的定值倍增或自適應功能。
　　
　　（8）TSI的輸入信號通道應設置"斷線自動退出保護"的判斷功能。
　　
　　（9）在DCS內對振動信號設置偏差報警。
　　
　　2.3安裝與線路連接
　　
　　（1）外置探頭應安裝防電磁干擾保護罩。新安裝或檢修更換探頭時，應選擇一體化且全程帶金屬皚裝保護的探頭電纜;否則要有可靠措施，確保延伸電纜接頭處的絕緣，其固定與走向應無損傷電纜的隱患。汽輪機引出處無毛刺損壞電纜并確保密封;至接線盒的沿途信號電纜應遠離強電磁干擾源和高溫區，并有可靠的全程金屬防護措施。
　　
　　（2）軸向位移、差脹探頭的檢修和調試應在機務配合下進行，并共同在探頭間隙傳動記錄中簽字。
　　
　　（3）安裝前置器的金屬箱應固定在較小振動并便于檢修的位置，箱體底座墊lOmm左右橡皮后，固定牢固并可靠接地。本特利公司的前置器在箱內務必浮空安裝（MMS6000系列和VM600系列產品沒有此要求），接口和接線確保緊固。輸出信號屏蔽電纜宜采用0.5—1.Ocm2的普通三芯，其屏蔽層在汽輪機側絕緣浮空;若采用四芯，備用芯應在機柜端接地。電纜屏蔽層應直接延伸到機架的接線端子旁，將屏蔽線直接接到機架的COM端或Shield端上。
　　
　　（4）COM端與機架電源的地線，出廠時缺省設置為導通，所以整個TSI系統通過電源地接地。當連接其他系統時，應把TSI系統和被連接系統作為一個整體來考慮，并保證屏蔽層一點接地。如通過記錄儀輸出信號與第3方系統連接時，其COM端若浮空則可保持各自的獨立接地;若末浮空則TSI側的COM端需浮空。
　　
　　（5）TSI系統的報警和跳閘輸出，選擇總線輸出方式時，應進行斷開檢查確認。
　　
　　2.4運行維護管理
　　
　　（l）TSI探頭第且次安裝前，或校驗周期到期后的檢修安裝前，應有具有檢定資質的機構出具的正式檢驗合格報告。
　　
　　（2）振動探頭處應貼有警示牌，嚴禁磁性物體接近探頭或在探頭5m內使用步話機通話。
　　
　　（3）TSI系統的電渦流探頭、延長電纜和前置器，須成套校驗并隨機組大修進行，但瓦振探頭的校驗周期不宜超過2a。為消除軸向位移、差脹探頭浸油后特性的少許變化，探頭宜放在潤滑油里浸泡1~2d后再進行線性校驗。
　　
　　（4）任何時候一旦出現信號異變，或運行中定期檢查信號記錄曲線發現異常，應及時檢查與處理，并將曲線歸檔保存。
　　
　　（5）TSI保護信號進入ETS邏輯的同時，又通過硬邏輯連接至跳閘回路的，聯鎖試驗單上要特別注明，試驗時需分別進行。卡件故障后重新下載組態前，應確認系統可以自動更新組態;否則應人工確認組態參數的版本正確。
　　
　　（6）機組停機期間，緊固外置TSI探頭的安裝套筒;偏離標準間隙電壓較大的探頭，在條件允許的情況下重新安裝調試。
　　
　　三、結語
　　
　　為保證TSI系統的安全可靠運行，合理的邏輯和可靠的測量系統環境是基礎，及時的檢修和維護是保證，基于這一思想提出的上述技術措施，已作為浙江省能源公司《提高TSI系統運行可靠性的若干技術要求》，正在浙江省各電廠實施并取得效果。