汽轮发电机TSI装置安装与调试技术

1 引言

汽轮机监视保护系统（TSI系统）特指汽轮发电机组的振动、轴向位移、涨差、转速、零转速、偏心键相、缸涨等热控参数监控的总称，在机组启停及正常运行中，实时监测汽轮机组各项参数，并提供报警、停机保护等功能，对汽轮机组的安全运行起着重要作用。TSI系统功能的好坏直接取决于就地一次元件的安装：涡流传感器及前置器。希望通过本文对TSI系统各类探头的测量原理，以及安装、校验的方法，对热控人员的调试和日常维护工作起到帮助作用。

2 TSI系统的构成

TSI系统主要构成为：旋转机械监视保护系统及其配套的现场测量探头。均采用模块化设计，可在其框架内安装不同种类及数量的模件，完成各种测量，并通过柜内的继电器回路完成保护信号的输出。

汽机轴系上安装的探头主要分为以下几类：

a）汽机各部分位移测量：转子的轴向位移、转子与汽缸的相对膨胀（fg括高压胀差和低压账差）、汽缸的热膨胀（绝对膨胀）、偏心；

b）汽机轴状态测量：转子轴的振动（轴振）、轴承的振动（瓦振）、振动的相位角；

c）汽机转速测量：转速、零转速。

3 振动的测量与调试

汽轮机主要通过旋转运动来实现能量转换而完成预定的功能，转子是汽轮机的核心部件。因此当汽机功率的增大和转速的不断提高，振动所产生的应力、摩擦、转轴过度弯曲等情况，会引起一系列事故的发生。因此，振动的测量与监视越来越显得重要。    

3.1 振动的测量原理

对转子的振动，一般通过非接触的涡流传感器测量振动的位移量。此时测量的振动位移是转子轴表面相对于涡流传感器探头间的位置变化，因此又称作相对振动测量。有一个专用的测量路线实现电涡流位移测量：包括高频信号发生器和滤波电路等，这些电路均安装在前置器内（见图1）。

图1 振动信号测量原理

对于轴承座或缸体的振动，可以通过接触式的惯性速度传感器测量振动的变化速度，或者通过接触式的压电加速度传感器测量振动变化的加速度。测量的振动变化速度和加速度都是相对于大地这一固定的参照系度量的，因此又称作绝对振动测量。一般来说，人们习惯于将测量的振动速度值和加速度值通过积分变换成位移量。

3.2 振动探头的安装    

涡流传感器安装的一项重要工作是调整间隙电压，即调整传感器前端面与被测面表面的距离，使间隙处在线性范围之内，否则，在非线性段的灵敏度变化将带来测量上误差和波形失真。

调整时需将传感器探头接到前置器上，给前置器提供一24V电源，然后松开探头紧固螺母，调整探头并测量前置器输出电压在传感器

 特性曲线线性中点附近，一般调整至间隙电压为-8V～-12V之间即可。

4 位移的测量与调试

轴在运行中，由于各种因素，诸如负荷、温度等的变化使轴在轴向有所移动。这样转子和定子之前有可能发生动静摩擦，所以需要传感器测量转子相对于定子轴向位置的变化，即：轴在轴向相对于止推轴承的间隙。所以就需要涡流探头探测这一间隙的变化，通过检测传感器输出信号的直流间隙电压，就可以确定推力盘在轴承中的相对位置。由于参数的重要性通常设计3-4个探头同时探测一个对象。

5 位移的测量原理与安装

轴向位移是指转子在轴向与推力轴承的位置或位移的变化；胀差是指汽缸与转子间发生的热膨胀的差值。轴承座和汽缸沿横销和纵销作横向和纵向膨胀，通过横销和纵销的两条直线的交点称为汽缸的死点。转子以推力盘为死点，沿轴向前后膨胀。胀差是机组启停和正常运行时必须监测的重要参量。

对于目前的机组来说，利用涡流传感器除了能测量轴向振动外，根据间隙电压变化可以测量轴向位移及高、低压胀差的变化。由于轴向位移与高、低胀差存在正负方向，因此安装探头时一定要注意：    

a）如果转子轴向膨胀大于汽缸值，称为正胀差，反之称为负胀差。一般来说，在冷态启动过程中，主要表现为正胀差，在热态启动和停机过程中，主要表现为胀差往负向走。

b）有些国产引进机组高压胀差的被测面有一定的角度，因此在冷态安装时，注意查阅安装资料，确认被测面的倾斜角度值，通过计算调整其初始值与轴向位移相同。

c）在安装轴向位移探头之前，必须确定汽机的推力间隙，即K值；先推向工作面，再推向非工面，测出推力间隙（注意扣除瓦本身的位移），再推向工作面，此时将轴向位移值定为推力间隙值的一半。这就是“中间定零"的方式，即以K/2位置作为轴向位移的零点。靠近工作面为正，远离工作面为负。

另外还有两种定零方式：在冷态时将转子的推力盘推向推力瓦的工作瓦块（发电机侧），并与工作面靠紧，此时将轴向位移定为零位；或是推向非工作面，靠紧定零位，具体选哪一种看厂家要求。

d）如果轴向位移设计如上图（b）所示方式，那么相对于A、C探头来说，B、D探头内部组态中的“电压一距离"曲线必须进行取反，以保证在4个探头在初始安装时示值一样。

6 转速的测量与调试

目前大型火电机组汽轮机安装转速探头较多，DEH系统一般有独立的测量回路，用于机组的调速控制，而 TSI系统的转速测量多用于电超速保护。

一般情况下用磁感应传感器来测量机组的转速，就是利用侧速齿盘轮与测量探头之间的高、低电压的变化所形成的脉冲信号的数量，来获得实际的转速值。零转速是事先设定好的轴的旋转速度，当正在运行的机器需要停车时，机器的转速达到零转速的设置点，继电器触点的动作，使盘车的齿轮啮台，使轴可以持续慢速的旋转，以防止轴变得弯曲，来防止在开车的过程中因为轴的弯曲对机器产生损坏。测量链是由两个装在前箱的正对60°或者134°的齿盘的板件和传感器组成。汽机转速口的探头安装时可以利用塞尺来进行测量。转速的计算公式为：转速 =脉冲的频率（f）/齿的数量（z）×60（rpm）。 

7 绝对膨胀探头的安装

汽轮机在开机的过程中因为受热导致其汽缸膨胀，如果膨胀不够均匀便会造成汽缸的翘起或变斜，这类变形会使基础与汽缸之间产生出巨大的应力，因此出现不对中的现象，而这种现象一般是由滑销系统的“卡涩"现象所引起的。将LVDT传感器的汽缸与铁芯连接，在膨胀时，铁芯便会运动，出现成比例的电信号，输入测量板件并进行线性处理，显示并输出（4～20）mA的信号。在安装的时候，在机组的冷态下应将2只热膨胀传感器紧紧的装在热膨胀支架上，零点应是传感器上的指针指示为示零位置。

8 TSI系统探头现场安装、调试注意事项及解决方法

8.1 探头安装中注意事项

a）对应轴位移和涨差传感器的安装，应使探头的中心与有效被测面的中心对应或偏外一些。

b）在探头安装时为防止机械损坏，应把探头引线与延伸电缆分开，不能握住传感器引线旋转，应用工具夹住探头上的扳手平台紧固，探头引线随之旋转。

c）按要求紧固探头后，接好探头引线与延伸电缆接头，再捆扎好固定在箱体内，防止运行时损坏电缆。

d）每个传感器对于被测面都要求垂直，最大偏移角度<1.0。    

8.2 调试过程中遇到问题及解决方法

a）在振动出现异常时，注意油温变化、润滑油压，是不是汽轮发电机组的转动部分出现大轴弯曲或者动静摩擦，同时要注意发电机内部氢气温度的变化情况。

b）在低压差涨探头和高压差涨探头安装完成后，发现低压差涨、高压差涨偏离零位时，应先去现场充分了解低压缸的加热情况，再分析出现不正常现象的原因：探头安装的不太牢靠出现大轴零位移动或松动现象，然后再针对问题及时采取相应的解决措施。

c）当发现轴向的位移在增大，轴向位移值逐渐增至±0.89mm时，应检查蒸汽参数、凝汽器真空、负荷、密切的监视差涨变化、推力轴承金属温度并及时进行调整，应对进行表计检测，同时倾听机组是否出现异声，各轴承是否出现振动，注意低压缸的排气温度，主蒸汽及再热蒸汽的温度。

9 结语

TSI系统可以为机组系统的稳定运行提供重要的保障，我们要充分重视起TSI系统的安装调试工作，保证系统的正常运行。对TSI系统在安装与调试中遇到的问题进行深入的分析与研究，以求可以尽快排除故障，确保机组能够安全可靠的运行。