TSI系统在电厂应用中的故障分析与建议
本文通过对火电厂TSI系统运行中存在问题的归类，从问题的原因进行详细分析，在深入研究的基础上，并提出建议，以便提高电厂TSI系统安全稳定运行。
标签： TSI;汽轮机监测保护系统;建议
1.前言
汽轮机监测保护系统（Turbine Supervisory Instrumentation简称TSI系统）是汽轮机最重要的监测保护系统之一。正常运行中，它监视汽轮机机械参数的变化，一旦参数越限即发出报警信号，若参数达到限值时则动作保护系统驱动汽轮机跳闸。但为保证机组的安全经济运行，要求TSI系统的动作必须可靠。
然而随着使用的年限加长，火电厂TSI系统问题增多情况也在呈上升趋势，影响到了发电机组安全稳定运行。经过对电厂最近出现的TSI问题收集、分析以及处理，我提出了一些TSI系统常出现问题的处理办法及日常维护注意事项，希望能对同行有所帮助。
2. TSI系统运行中存在的问题及原因分析
目前电厂在线运行的TSI系统，主要是本特利3300装置，德国epro公司的数字式MMS6000系统，经对我厂TSI系统运行情况的分析，在运行过程中引起测量显示异常甚至导致保护系统误动的主要原因有：
2.1绝对振动单点信号保护误动概率大
汽机振动保护，多采用单点绝对振动信号作为动作的触发信号。绝对振动（AS）是利用安装在轴承处的涡流探头测轴的相对振动（RS），利用安装在轴承上的速度（加速度）探头测轴承的绝对振动（AB），然后将轴的相对振动信号与轴承的绝对振动信号叠加得到。即：
AS=AB+RS（探头位于相同侧）
AS=AB-RS（探头位于相对侧）
由于轴的相对振动是一个位移量，因此需要把轴承的绝对振动（假设轴承的绝对振动用速度表示）经过一次积分转换成所需的位移信号，通常通过以下公式换算所得：
D=1000V/3.14*F
其中：D——位移，mm（峰值）
V——速度，mm/s（峰值）
F——频率，Hz
由上面的公式可以看出，首先在积分过程中，速度信号会被与频率有关的增益所放大。对于低频来说增益大，而对于高频来说增益小。在速度信号中，所有低频成分，在积分成位移量后，都有较大的幅值。因此外部电磁场的任何变化都会产生错误的振动速度输出信号;其次如果速度信号瞬间受到低频干扰积分出一个比较大的值，那么，即使轴的相对振动没有变化，最终复合出的值也是比较大的。由于绝对振动信号瞬间突变，导致保护动作的情况时有发生。
2.2延伸电缆至前置器的接头松动、污染
延伸电缆、前置器等随着时间的推移，原先紧固的接头和接线，可能会因气候、氧化等因素而引起松动造成接触不良，使信号出现波动。模块电源故障
对TSI系统来说，一个探头对应一根延伸电缆和一个前置器，三者是一个测量整体，有相应的阻抗和特性曲线。一旦测量系统的阻抗和特性曲线发生变化，会引起信号异常。如3号机组1号小机在运行过程中，1瓦复合振振动示值波动较大，检查就地接线，探头延伸电缆与前置器的接头无松动，前置器及TSI柜内卡件也无异常现象。但是将探头延伸电缆与前置器的接头松开时，发现延伸电缆和前置器的接头中有杂质，将杂质清理干净后，信号恢复正常。其原因就是接头中的杂质或油污，造成该测量系统的阻抗不匹配，改变了该测量系统的特性，使得信号发生波动。
2.3接地不规范，干擾信号串入
对于大多数TSI系统来说都有严格的接地要求。不正确的接地方式直接影响系统的抗干扰能力。此外延伸电缆的屏蔽层，如果安装敷设途经未做好防护，电缆屏蔽层因振动等原因在运行过程磨损，导致两点或多点接地，或者连接电缆屏蔽层未接地的话，也将会引起信号跳变。因为不同的地网会产生电势差，在屏蔽层产生环流，叠加在信号上就会引起模拟量波动或突变。
2.4周围环境影响，导致信号异常
TSI系统的一次元件采用的的是涡流探头和速度探头。涡流探头中有一线圈，前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入该线圈产生一个轴向磁场，当被测金属体靠近这个磁场时切割磁力线产生电涡流，电涡流的强弱随探头与被测体表面之间间距的变化而变化，并经延伸电缆送至前置器检波、放大转化成随机械位移（间隙）变化的电压信号。当有外部磁场影响该线圈产生的磁场时，电涡流的强弱就不能正确地反映探头与被测物间的间距，引起测量显示异常。
除了外部磁场对探头的影响，测量回路电缆的老化也是一个不容忽视的问题。如#3机组汽泵轴承振动不定期的发生测量值波动的现象。检查就地接线、前置器、探头和TSI柜卡件均无异常。更换卡件和前置器后，这一现象仍然存在。经过反复的排查后认为可能是该测量回路就地环境温度较高导致线路老化引起。将测量线路走向远离高温区后，信号恢复正常。
3.提高TSI装置运行可靠性建议
保证TSI系统参数测量准确，动作信号可靠，提高机组设备运行的安全经济性，成为我分场一个主要工作。我通过对上述问题原因分析研究，对引起TSI系统异动的原因有了比较清楚的了解，本着“既要防止拒动，也要防止误动”的原则，提出以下几点建议：
3.1完善系统供电
TSI系统的供电应采用双电源供电，但仍有TSI系统采用单电源供电，或虽采用了双路电源但电源模块仍为单个。虽然到目前为止还没出现过因电源失去，使整个系统瘫痪的情况，但对于TSI系统的可靠运行来说，单电源供电对系统运行始终也是个安全隐患，因此应进行以下完善：
1）TSI系统应配置两路可靠的AC220V电源冗余供电（切换时间应不大于5ms，保证TSI装置不会初始化），和至少两块电源模块实现装置电源间的无隙切换。原设计一路电源或二路电源切换时间达不到要求的，应进行相应地改造或优化。2）当保护电源采用厂用直流电源时，应有确保寻接地故障时不造成保护误动的措施。
3.2优化TSI系统报警信号与保护逻辑
根据上述故障的分析，优化TSI系统报警与保护逻辑，减少单点信号保护引起机组误动的概率，是提高TSI系统运行的可靠性的一项主要措施，我们提出以下几点措施：
1）TSI系统的动作跳机信号宜采用常开信号（闭合跳机）
2）采用轴承的相对振动作为振动保护的信号源，并将逻辑优化为：本轴承的Y向相对振动达到跳机值，本轴承振动保护信号动作。（在车头面向汽机方向，如转子顺时针转动，取左侧探头为X向;如转子逆时针转动，则取右侧探头为X向。）
3）汽机轴向位移保护，原为单点信号或为二选二逻辑的，通过增加探头并配置四个探头，组成二对二取二与逻辑后再组成或逻辑输出。
4）汽机高低压胀差为单点信号保护的，宜增加10秒延时;如为双信号组成与逻辑作为保护的，则最好将TSI输出量程改小，设置为110%的跳机动作值大小，以加强坏点剔除保护功能。
3.3提高TSI系统连接线路的可靠性
连接线路问题是影响TSI系统运行可靠性的另一个重要原因。为有效减少TSI系统的异常发生，建议在安装、检修、运行、维护中，注意满足以下要求：
1）安装或检修后，要有可靠措施以确保延伸电缆的固定与走向不会出现损伤电缆的可能，信号要远离强磁场和高温区。
2）安装前置放大器的金属盒应选择在较小振动并便于检修的位置，盒体要可靠接地。
3）前置放大器应安装于金属盒中，接口和接线应检查紧固，屏蔽线原则上在机柜侧接地，并尽量靠近框架处破开屏蔽层，使露出屏蔽层的接线尽可能的短。与其他系统连接时，应清晰其接地情况并保证单点接地。
4）检查DCS系统中I/O模块COM端与屏蔽的连接方式，检查ETS系统中I/O模块COM端与屏蔽的连接方式，确保TSI输出信号连到其他系统时屏蔽层单点接地。
3.4加强对TSI系统运行的维护
为保证TSI系统的安全可靠运行，合理的逻辑和可靠的回路环境是基础，及时的检修和维护是保证。因此需加强对TSI系统的部件、装置、电缆运行中出现的异常现象的及时检修、运行、维护和管理：
1）TSI的涡流探头系统校验时，应保证探头、延长电缆和前置器成套进行，校验周期随机组A级检修进行，但振动探头校验周期应每二年一次。
2）运行时对振动等信号应定期检查历史曲线，若有信号跳跃现象，应引起高度重视，及时检查传感器的各相应接头是否有松动或接触不良，电缆绝缘层是否有破损或接地，屏蔽层接地是否符合要求等，并进行处理。
3）联锁试验时对每个轴振保护进行一一确认（对既有硬逻辑又有软逻辑的保护系统，联锁试验单上要特别注明，并分别进行试验）。
4）汽机或风机启动或运行中，一旦出现TSI信号异变，应立即通知热工人员，检查原因并保存异常现象曲线，注明相关参数后归档。
4.结束语
通过上述的问题的分析和提高TSI装置运行可靠性建议，将会更快捷、方便TSI系统的检修及维护。确保TSI系统的稳定运行。从而减少检修时间，提高工作效率，使运行机器维修更有计划性，更好的保证机组长周期的安全稳定运行，大大提高经济效益。
作者簡介：苏敬芳，女，1994年参加发电厂热控方面工作，在华电能源哈尔滨第三发电厂热工分场。

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