崇电660MW机组TSI讲解复习课程.ppt

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1、崇电660MW机组TSI讲解崇 信 电 厂 TSI 监 测 与 保 护 项 目 (1)轴向位移监测与保护；(2)低压缸胀差监测与保护；(3)转速监测与超速保护；(4)汽轮机相对振动监测与保护；(5)汽轮机绝对振动监测；(6)主轴偏心度监测；(7)高压缸绝对膨胀监测；(8)键相监测；大型汽轮机组普遍安装成套的汽轮机安全监测仪表系统(Turbine Supervisory Instrumentation，简称TSI)。主要包括:美国本特利公司的7200、3300系列；德国菲力浦公司的MMS6000系列；国产5000、8000和9000系列等；这些系列TSI系统，以其高可靠性，为大型汽轮机组的安全运

2、行提供了保证。我厂用德国菲力浦MMS6000系统。Turbing Supervisory Instrumentation一、轴向位移监测与保护 汽轮机是以高温、高压过热蒸汽为动力的高速旋转机械，为防止汽轮机动静部件之间发生碰撞和摩擦，叶片与喷嘴之间、轴封动静之间及叶轮与隔板之间必须保持适当轴向间隙。过热蒸汽在膨胀作功时，使汽轮机转子产生巨大轴向推力，正常情况下，轴向推力由推力瓦承受，当推力过大时将破坏油膜，转子发生窜动，轴向位移增大，汽轮机动静部件发生摩擦、碰撞，造成严重事故，如：叶片断裂、主轴弯曲和叶轮碎裂等。轴向位移监测与保护即当位移超过报警值时发出报警信号，提醒运行人员处理；位移超过危险

3、值时，保护装置动作，关闭主汽门、调速汽门和抽汽逆止门，实现紧急停机。电涡流式轴向位移传感器将转子轴向位移转换为电压信号，进行指示、报警和停机保护。电涡流传感器结构简单、灵敏、线性范围大、抗干扰能力强及不受油污影响等优点，广泛用于轴向位移、振动、主轴偏心度、转速等重要参数的测量。一：轴向位移 我厂轴向位移共四个，装在汽轮机机头的推理轴承箱内的轴向位移支架上，其布置为1、3在机头侧，2、4在高压缸侧。组成：探头PR6424电涡流传感器、前置器类型CON 021-2/-18V、卡件类型MMS6210。安装：将汽轮机大轴推到工作端，1、3的安装电压为-10.56，2、4电压为-9.44.由于2、4反向

4、测量，最终4个轴向位移均为+0.14.量程：-2mm+2mm 报警值：0.9mm 跳机值：1.0mm 注：注：1或或3与上与上2或者或者4发跳机信号发跳机信号缸胀、胀差监测与保护缸胀、胀差监测与保护 汽轮机在启动、暖机、升速和停机过程中，或在运行工况发生较大变动时，都会由于温度大幅度或快速变化，引起汽缸和转子不同程度的热膨胀。汽轮机高、中、低压缸对应滑销死点(即汽轮机基础)的膨胀称为缸胀；转子与汽缸之间的相对膨胀差值，称为胀差(或差胀)。转子膨胀量大于汽缸膨胀量为正胀差：转子膨胀量大于汽缸膨胀量为正胀差：原因：启动时，暖机时间不够，升速过快；负荷变动时，升负荷速度过快等。汽缸膨胀量大于转子膨胀

5、量为负胀差：汽缸膨胀量大于转子膨胀量为负胀差：原因：减负荷速度过快；突然甩全负荷；空负荷或低负荷运行时间过长；主蒸汽温度过低或突降；发生水冲击；停机过程中，用轴封蒸汽冷却汽轮机速度过快；凝汽器真空急剧下降，排汽温度迅速上升时，造成低压缸负胀差增大等。金属材料的绝对膨胀,可以用以下公式表示:式中,-材料的线膨胀系数,1/-温度增量,-计算截面与计算参考点的距离,基 本 概 念 由于汽轮机轴封和动静叶之间的轴向间隙都设计的很小，在汽轮机启、停或运行过程中，如果胀差过大超过允许值时，就会使动静部分产生摩擦、碰撞，引起机组强烈振动，甚至造成叶片断裂等严重事故。为保证汽轮机机组安全，必须装设汽轮机缸胀和

6、胀差监测保护装置，当缸胀和胀差超限时，立即发送热工信号，进行声光报警；当超过危险值时，送出停机保护指令。停机保护一般只在机组启停过程中和低负荷运行时投入，这是因为在正常运行时，胀差一般变化不大。缸胀、胀差监测与保护缸胀、胀差监测与保护 目 的 及 意 义CE(Case Expansion,缸胀)DE(Differential Expansion,差胀）二、低压缸胀差监测与保护 我厂低压缸胀差测量为双锥面测量，倾斜角度14,共两个探头两个变送器一个卡件。其安装于低压缸与发电机之间的4、5号轴承箱内支架上。组成：探头类型PR6426电涡流传感器、前置器类型CON 021-4/-20V、卡件类型MM

7、S6210。安装：探头1安装于发电机端，探头2安装于低压缸端，安装电压-12V.量程：-41mm+41mm 报警值：21mm21mm和和-2mm-2mm 跳机值：21.8mm21.8mm和和-2.8mm-2.8mm汽轮机转速监测与保护汽轮机转速监测与保护 转速监测的目的 汽轮机在设计时，转动部件的强度裕量是有限的。由于离心力与转速的平方成正比，当转速增加时，离心力就会急剧增大。当出现严重超速时，就很可能造成严重的设备损坏事故，甚至造成“飞车”恶性事故。为保证汽轮机组安全运行，必须严密监测汽轮机的转速，并装设超速保护装置。大型汽轮机均设有多重超速保护装置：危急保安器(或称危急遮断器，一般设置两套

8、)超速保护装置、附加超速保护装置、电气式超速保护装置等。危急保安器属于机械液压式超速保护装置，当转速超过额定转速的1012时，危急保护器动作，同时关闭主汽门和调速汽门，实现紧急停机。附加超速保护装置实际是一个滑阀，当超速l012时，危急保安器应动作而未动作，超速继续升高到14一15时，附加超速滑阀动作，使危急保安器动作，实现紧急停机。电气式超速监测保护装置由转速测量部分和保护部分组成。当转速超速超过危险值时(不同机组的整定值不同)，电气式监测保护装置动作，发出紧急停机保护信号。另外，大型汽轮机组均设有零转速监测装置，用于在停机过程中监视零转速状态，以确保盘车装置及时投入，防止在停机过程中造成主

9、轴永久性弯曲。汽轮机转速监测与保护汽轮机转速监测与保护汽轮机超速的主要原因(1)由于电网、主变压器或发电机组发生故障，致使发电机油断路 器跳闸，汽轮机甩全负荷；(2)由于发电机侧电气故障，造成有功功率突降；(3)单台机组带负荷时，负荷突降；(4)正常停机过程中，机组解列时或解列后空负荷运行时，调节不当；(5)汽轮机启动过程中，闯过临界转速后应定速时，或定速后空负荷运行时，调节不当；(6)危急保安器做超速试验时；(7)运行人员违规操作，如：负荷调控速率过快，停机过程中带负荷解列，开启主汽门速度过快等；(8)调速器或功频电液调节装置故障。汽轮机转速监测与保护汽轮机转速监测与保护转速测量方法（磁阻式

10、）磁阻式测速传感器由测速齿轮和磁阻传感器组成，在被测轴上安装一个由导磁材料制成的齿轮，正对齿轮顶方或侧方安装一个磁阻传感器。磁阻传感器组成由永久磁钢和感应线圈组成。当汽轮机轴带动测速齿轮转动时，磁阻传感器与齿轮间磁路的磁阻产生交变。于是感应线圈的磁通随之发生交变，感应线圈产生交变感应电动势 磁阻式测速传感器1一感应线圈；2软铁磁轭；3一永久磁钢；4一支架式中W-线圈匝数,-磁通,Z-齿轮齿数,n-转速,r/min。感应电动势的交变频率为:磁阻式测速具有简单、可靠和测量精度较高等优点，在我厂用于DEH转速测量中。汽轮机转速监测与保护汽轮机转速监测与保护转速测量方法（电涡流式）电涡流式速度传感器与

11、电涡流式位移、振动传感器的工作原理是一致的。用电涡流传感器测速时，需在被测轴上开若干条槽(称为标记)，或在轴上安装一个带齿的圆盘。每当一个槽或齿经过传感器位置时，传感器探头测量线圈的等效电感就会发生变化，测量电路的输出电压随之发生变化，该电压经过整形后转换为脉冲信号。当主轴转动时，轴上的开槽或圆盘上的齿周期性地经过传感器位置，于是就会产生一系列的脉冲信号。将此脉冲信号送人频率测量电路，测出频率值。由于开槽数或圆盘齿数是固定的，测得的频率值就代表了被测转速的大小。这就是电涡流速度传感器的测速原理。三、转速与超速 我厂汽轮机TSI转速测量共5个，其中3个是超速测量、1个是转速、1个零转速。其中转速

12、零转速安装于2、3号轴承箱，3个超速安装于4、5轴承箱。组成：转速、零转速探头型号霍尔效应传感器PR9376，无前置器，卡件类型MMS6312；超速探头型号电涡流传感器PR6423,前置器型号CON 021-4/-20V，卡件类型MMS6312.安装：探头安装间隙1mm,先用塞尺塞进0.9mm以保证塞尺能够拔出即可，转速零转速就安装1mm即可，超速在安装1mm后，在将前置器电压调至-8V即可。量程：（04000）rpm 报警值：200rpm转速低报警、1rpm零转速报警、30903090rpmrpm超速报警 停机值：33103310rpm rpm 三选二三选二汽轮机振动监测与保护汽轮机振动监测

13、与保护 一、振动的原因与危害(1)汽轮机启动时，暖机时间不够，升速或升负荷太快，引起汽缸受热膨胀不均匀，或滑销系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀，使汽缸与转子轴线不对中；(2)凝汽器真空下降，使排汽温度上升，后轴承上抬，使汽轮机轴线前后不一致；、(3)靠背轮安装不正确，中心未对准；(4)汽轮机进汽温度不满足设计要求范围，使缸胀和胀差加大；(5)由于叶片断裂、脱落、结垢、平衡块安放不当等原因使转子质量不平衡；(6)主轴弯曲；(7)轴承油膜不稳或被破坏；(8)汽轮机内部动、静部分摩擦；(9)蒸汽带水进入汽轮机，发生水冲击等。在启动，运行过程中，振动过大可能会造成严重危害，直接威胁机组的安全运行。因此，

14、大型汽轮机组必须安装振动监测保护装置，严密监视机组的振动情况。当振动超过报警值时，发送声光报警信号；当振动超过危险值时，发送停机保护信号。汽轮机振动监测与保护汽轮机振动监测与保护二、振动的监测方法 振动监测包括：振动监测包括：轴承座的绝对振动、主轴与轴承座之间的相对振动和主轴的绝对振动。监测参数包括：监测参数包括：测振点的振动幅值、相位、频率和频谱图等。振动测量传感器可分为：振动测量传感器可分为：接触式又可分为：磁电式、压电式等。非接触式又可分为：电容式、电感式和电涡流式等。汽轮机振动监测与保护汽轮机振动监测与保护电涡流式振动传感器 前面介绍的电涡流位移测量方法均可用于测量振动。目前国内、外广

15、泛采用电涡流式传感器用于测量振动，并且有替代磁电式振动传感器的发展趋势。右图为用电涡流振动传感器测量汽轮机主轴振动的安装示意图。传感器探头2通过支架4固定在机体5上，传感器的位置尽量靠近轴承座附近。当主轴振动时，周期性的改变主轴与传感器探头的距离，采用前面介绍的测量方法，即可将振动位移线性地转换为电压、频率等信号，经处理后供显示、报警和保护电路或记录仪表使用。以稳频调幅测量法为例，测量电路将振动位移转换为直流电压信号。电涡流振动传感器1-主轴 2-传感器 3、4支架 5-机体 汽轮机振动监测与保护汽轮机振动监测与保护振动分析的基本原理 振动是十分复杂的，不仅要测量振动的幅值，而且要测量振动的频

16、率和相位。振幅是指振动幅度的峰峰值，是表征机组振动严重程度的重要指标；振动频率一般是指同步振动，常以转子转速(频率)的倍数形式来表示的，如lx(1倍频)、2x(2倍频)、x分频等；振动相位是描述转子在某一瞬间所在位置的一个物理量，在转子作动平衡试验、确定临界转速及作故障诊断、分析时，离不开精确的相位测量。相位测量通常采用键相位法，即在主轴上作一标记(如键槽等)，利用电涡流传感器监测标记位置，主轴每转动一转传感器发出一个脉冲，并以此脉冲作为相位测量的参考基准。左图为振动信号相对于同步脉冲的相位图。(a)表示振动探头、键相器探头、键相标记、振动高点的相对位置图。(b)为检测到的振动信号同步分量的波

17、形图和键相器监测到的键相脉冲波形图。振动相位定义为从同步信号(键相脉冲)前缘到振动高点之间的相位角。位移传感器的输出信号以及键相传感器的键相脉冲信号可用于连续检测振动信号相对于同步脉冲的相位、转子的转速以及经滤波后的振幅。振动信号相位图1-转子；2-振动高点;3，4-振动探头5-键相记号 四、汽轮机相对振动 我厂汽轮机17轴每轴安装X、Y振动各一个，X、Y垂直安装于轴承箱内。组成：探头型号电涡流传感器PR6423、前置器型号CON 021-4/-20V、卡件类型MMS6110.安装：将探头传感器的零位电压安装-12V即可。量程：（0-500）um 报警值：125um125um 停机值：250u

18、m 250um 注：17轴共14个测振有一个超250um即跳机 五、汽轮机绝对振动 我厂汽轮机绝对振动共七个，安装于7个轴承箱的箱盖上面。组成：探头类型电动式传感器PR 9268、无前置器、卡件类型MMS6120.安装：垂直安装，垂直于水平面，每个轴承箱盖上都有固定的卡槽，直接安装于卡槽内即可。量程：(0200）um 报警值：125 um125 um 停机值：200 um 200 um 注注:TSI:TSI设计了停机值，但是值输出，设计了停机值，但是值输出，ETSETS未接收。未接收。主轴偏心度监测与保护主轴偏心度监测与保护主轴弯曲的原因与危害(1)主轴与静止部件之间发生摩擦。主轴与静止部件之

19、间发生摩擦。由于摩擦主轴产生高热而膨胀使主轴弯曲。当热应力小于主轴材料的弹性极限时，主轴在冷却后仍能恢复原状，弯曲变形是暂时的，称作弹性弯曲弹性弯曲；当应力大于主轴材料的弹性极限时，主轴在冷却后不能恢复原状，这种弯曲称为永久性弯曲永久性弯曲。(2)制造和安装不良引起的弯曲。制造和安装不良引起的弯曲。制造过程中，因热处理不当或加工不良，使主轴内部还存在残余应力。在运行中，这种残余应力消失，致使主轴弯曲。安装过程中，叶轮安装不当、变形或膨胀不均都会使主轴弯曲。(3)检修不当引起弯曲。检修不当引起弯曲。通汽部分轴向间隙调整不当，隔板与叶轮或其他部分产生单向摩擦，主轴产生局部过热，而造成弯曲；轴封、汽

20、封间隙不均匀或过小，与主轴产生摩擦，造成主轴弯曲；转子中心未对正，滑销系统未清理干净或转子质量不平衡，在启动过程中产生较大的振动，造成主轴与静止部件摩擦，致使主轴弯曲；汽封门或调速汽门检修不良，在停机过程中造成漏汽，造成主轴局部弯曲。(4)操作不当引起弯曲。操作不当引起弯曲。机组停转后，由于转子和汽缸的冷却速度不同，以及上下汽缸的冷却速度不同，转子上下形成温差，转子上部比下部热，转子下部收缩地较快，致使转子向上弯曲。这种弯曲属于弹性弯曲。停机后，如果弹性弯曲尚未恢复又再次启动，而暖机时间不够，主轴仍处于弯曲状态，此时机组将发生较大振动。严重时，会造成主轴与轴封片发生摩擦，使轴局部受热产生不均匀

21、的膨胀，而导致永久弯曲。(5)汽轮机发生水冲击引起弯曲。汽轮机发生水冲击引起弯曲。在运行过程中，如果汽轮机发生水冲击，转子推力就会急剧增大，产生不平衡的扭力，使转子剧烈振动，造成主轴弯曲。汽轮机主轴弯曲后，使主轴的重心偏离运转中心，会造成转子转动不稳定，振动增大。当弯曲严重时，就会引起或进一步加大动、静部件之间的摩擦、碰撞，以致造成设备损坏的严重事故。主轴弯曲严重影响汽轮机组的安全运行，所以大型汽轮机组都装设偏心度偏心度监测保护装置。主轴偏心度监测与保护主轴偏心度监测与保护偏心度的监测与保护主轴偏心度测量示意图 l-传感器：2-轴承；3-主轴 主轴偏心度的监测通常有电感式、变压器式和电涡流式等

22、类型。目前，采用最多的是电涡流式。偏心度传感器，一般安装在主轴的轴颈上或轴向位移传感器处的测量圆盘上进行测量。测量位置的偏心度并非最大值。最大偏心度可由测得的偏心度值、轴的长度、轴承与测点的距离进行估算:Em 测得的偏心度值；L两轴承之间的转子长度；l测点与轴承之间的长度。实际上，转子的弹性弯曲经常发生在调节级范围内。根据比例关系可知，由上式估算出的数值比实际的偏心度要大。因此，以此估算值监视控制转子的弹性弯曲，有较大的安全裕度，可以有效地实现主轴弯曲监控。偏心度监测，一般都采用电涡流式测量原理。德国菲力浦MMS6000系列、美国本特利7200、3300系列偏心度监测系统都由电涡流式偏心度传感

23、器、键相器和监视器组成，用于监测主轴偏心度的峰一峰值、瞬时值 六、主轴偏心度 我厂主轴偏心度安装于机头的推力轴承箱内。组成：探头型号电涡流传感器PR6423、前置器型号CON 021-4/-20V、卡件类型MMS6220.安装：将探头传感器的零位电压安装-12V即可。量程：（0-300）m 报警值：75 um75 um 七、高压缸绝对膨胀 我厂汽轮机高压缸绝对膨胀共两个，一个安装于推力轴承箱左侧下面，一个安装于推力轴承箱右侧下面。组成：探头型号电感式传感器PR 9350、无前置器，卡件类型MMS6410.安装：用笔记本连上卡件在线调零。即活动拉杆使组态上显示0 mm时，将传感器固定即可。量程：

24、（050）mm 无报警值及停机值，只做监视。八、键相 我厂键相探头安装于1号轴承箱和推力轴承箱内。组成：探头型号电涡流传感器PR6423、前置器型号CON 021-4/-20V、卡件类型MMS6312.安装：探头安装间隙1mm,先用塞尺塞进0.9mm以保证塞尺能够拔出即可，在将前置器电压调至-8V即可。键相是大轴每转一周发一个脉冲，配合偏心测量。电电 涡涡 流流 传传 感感 器器 结构与工作原理 传感器的线圈L由高频信号激励，它产生一个高频交变磁场1。当传感器接近导体表面时，导体内就会产生高频感应电流ie。由于此电流在导体内是闭合的，所以称为电涡流。同时，电涡流又将产生一个交变磁场e，反作用于

25、线圈L上。当被测导体与传感器线圈的距离d改变时，使线圈的等效电感L、等效阻抗Z和品质因Q数值均发生变化。电感量L的变化大小与线圈的外形尺寸r、被测距离d、金属材料的电阻率、导磁率、激励电流i、及频率f等因素有关，即:L=F(r,d,I,f)德国菲利浦德国菲利浦MMS6910软件操作软件操作1、进入软件 点击软件图标MMS6910 进入软件，弹出登录画面 用户名：first,密码：user.输入用户名和密码后进去组态软件。2、软件连接选项设置 点击软件对话框上面的选项 ，然后进入属性，将端口号改成和连接的USB端口一致即可。然后选择RS 232.3、电脑与卡件连接 先将数据线连接到要连接的卡件,

26、如轴向位移卡件.先将软件打开轴向位移组态6210双通道测量 打开轴向位移后点击连接 按钮，与卡件连接。也可以点击总线扫描 直接不用打开软件，但是总线扫描有个弊端，总线扫描后有可能造成数据的丢失，不建议点击总线扫描。4、组态的接收与下装 电脑与卡件连接以后，点击接收组态 ，可以查看组态信息。点击 组态 可以对里面的参数进行修改，修改完以后点击发送组态 ，就将组态好的信息组态到卡件中。注：所有组态信息均已调试好，均不能修改，切注：所有组态信息均已调试好，均不能修改，切忌不能连接后直接点击发送组态。忌不能连接后直接点击发送组态。完完此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢