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660MW汽轮机TSI系统重要保护隐患分析及措施

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：车金刚

[导读] 摘要：本文主要介绍了660MW汽轮机EPRO TSI系统控制柜存在的保护卡件集中在同一背板，容易产生保护误动或拒动的隐患。

        (江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司江苏南通 226246)
        摘要：本文主要介绍了660MW汽轮机EPRO TSI系统控制柜存在的保护卡件集中在同一背板，容易产生保护误动或拒动的隐患。提出针对性的改造方案，将重要保护卡件分散独立，使TSI系统的保护更加可靠。
        关键词：TSI，隐患，保护，分散
        0 引言
        汽轮机监视仪表(turbine supervisory instruments，TSI)系统用来连续测量汽轮机的转速、振动、膨胀、偏心、轴向位移等机械参数，并将测量结果送入控制、保护系统。其一方面，供运行人员监视、分析旋转机械的运转情况;另一方面，在参数越限时执行报警和保护功能。以其所监视的轴向位移为例，汽轮机轴向位移过大时，轻则可能造成烧瓦、轴颈局部弯曲事故，重则会导致汽轮机发生摩擦、碰撞，从而造成叶片折断、大轴弯曲、隔板和叶轮碎裂等恶性事故。因此，TSI 系统对于机组的安全运行起着至关重要的作用。同时，对TSI 系统的稳定性提出了更高的要求。[1]
        本文以某厂660MW汽轮机TSI系统卡件配置及存在的隐患，通过改造将660MW汽轮机TSI系统轴振卡件、超速卡件、轴位移卡件的分散在不同背板上，保证每个汽轮机TSI系统测量元件从源头开始，到最终逻辑组态，都是独立，大大提高汽轮机轴振保护、超速保护、轴位移保护的可靠性，为汽轮机系统的安全运行提供了重要保障。
        1 改造前TSI系统卡件配置及隐患分析
        1.1 改造前TSI系统卡件配置
        原TSI系统设置两个机柜，一个TSI机柜，一个TSI拓展柜，机柜都有单独的电源系统。每个机柜有两路电源供电，一路交流220V UPS电源，一路交流220V保安段电源，两路电源进柜后分设一级大空开，经空开后进入24V直流电源模块，24V电源模块出口经端子排汇接后供背板供电，每个背板是双电源同时供电（见图6）。每个机柜内有两个背板，TSI机柜内卡件配置情况见图1，TSI拓展柜内卡件配置情况见图2。

图1 原TSI柜卡件配置及背板

        图2 原TSI拓展柜卡件配置及背板
        1.2 改造前TSI系统存在的隐患
        TSI重要保护信号共用一个背板，1-9瓦X/Y向轴承振动分别共用一个背板，轴向位移和三个电超速信号共用一个背板，见图1、2。某厂曾在2017年4月2号机组发生当个探头故障，导致整个背板内所有测点变坏点，险些引起机组非停。
        每个机柜系统都是24V电源模块出口经端子排汇接后送每个背板供电（见图6），这样一个背板故障，将会影响另一个背板电源正常供电。各个机柜的电源报警取至电源模块上的常闭接点，设置不合理，如果电源模块输出24V故障，报警不一定能输出。
        汽轮机振动保护是任一瓦的X向或Y向的保护值与上该瓦另一向的报警值或相邻瓦的报警值，输出跳机信号，此逻辑是在DCS逻辑中实现的。如果相邻瓦的振动在同一背板上，单一背板故障容易引起振动保护的误动，甚至是拒动。
        汽轮机轴位移保护是轴位移1和轴位移2保护值相与，轴位移3和轴位移4相与，之后再相或，这种“两与一或”逻辑是通过继电器硬回路搭接实现的，最后继电器输出两个信号至汽轮机ETS机柜，在DCS逻辑中实现两个信号相或的逻辑。这种实现方式，若盘柜间的电缆故障短路，会引起保护误动，同时故障也不容易查出，同时就地接线较多，引起故障点也较多，接线易松动，保护可能出现拒动。
        汽轮机超速保护是超速1、超速2、超速3三个信号三取二输出，这种“三取二”逻辑是通过继电器硬回路搭接实现的，最后继电器输出两个信号至汽轮机ETS机柜，在DCS逻辑中实现两个信号相或的逻辑。这种实现方式，若盘柜间的电缆故障短路，会引起保护误动，同时故障也不容易查出，同时就地接线较多，引起故障点也较多，接线易松动，保护可能出现拒动。
        综上所述，汽轮机轴振大保护、轴向位移大、TSI超速保护作为汽轮机的主重要保护，一旦TSI机柜电源失去，或者同一背板、接线故障，存在机组非停的风险，甚至是保护拒动，造成汽轮机严重损坏的事故。鉴于TSI上述保护及电源系统存在的隐患，必须采取相应的改造措施，提高TSI系统保护的可靠性，保证汽轮机的安全稳定运行。
        2 TSI卡件分散独立及背板、电源优化
        在汽轮机TSI机柜内，将原1-9号轴承X向探头卡件重新分散组合，将1X、3X、5X、7X、9X卡件布置在一排背板上，2X、4X、6X、8X卡件布置在另一排背板上；轴向位移1、轴向位移4分别布置在TSI机柜的两排背板上，超速1、超速2以此类推，将重要保护的轴位移、超速卡件分散在不同背板上。见图3所示。

图3 优化后TSI柜卡件配置及背板
在汽轮机TSI扩展柜，在柜内增加卡槽、TSI背板、背板供电电源空开等，根据施工图纸搭接内部接线，将原1-9号轴承Y向探头卡件重新分散组合，保留1Y、3Y、5Y、7Y、9Y卡件，2Y、4Y、6Y、8Y引入新增加的卡槽背板上，这样就避免了相邻瓦的振动在同一背板上。同时将轴向位移2、轴向位移4卡件分别布置在TSI扩展柜的两排背板上，超速3也布置在TSI扩展柜内，将重要保护的轴位移、超速卡件分散在不同背板上。如图4所示。

图4优化后TSI拓展柜卡件配置及背板
重新布置卡件后，TSI机柜及扩展柜内需重新配线，送出模拟量及跳闸信号，送至汽轮机ETS控制柜相应卡件，负责接收各卡件的模拟量及跳闸信号，进行ETS逻辑组态。取消原超速三取二搭接的硬回路（见图5）输出回路（ZJ15是超速1输出继电器，ZJ16是超速2输出继电器，ZJ17是超速3输出继电器，ZJ14是超速三取二输出继电器，其它数字、字母是相应继电器的接点、线圈），及轴位移“两与一或”硬回路（通过卡件直接勾接硬回路，再通过继电器输出），直接继电器输出送干接点至汽轮机ETS机柜。

图5 原超速保护三取二硬回路
原TSI机柜和扩展柜的背板电源都是一路220V UPS电源，一路220V保安段电源，经一级空开后进入24VDC电源模块，后经端子排汇接后直接送往每个底板。见图6。由图6两路24VDC电源模块直接给背板供电，若其中某一背板接线等其他故障导致电源短路时，会造成所有背板电源失电，重要保护参数将失去监视甚至保护误动。因此，在24V电源模块出口增加二级空开Z1、Z2、Z3、Z4,见图7，避免越级跳闸现象，扩大事故的影响。同时将原来电源失电报警从电源模块上的常开点，改为在二级空开后，并将同类电源的通过继电器串联，实现UPS供电的24V电源失电报警和保安供电的24V电源失电报警，这样可以更早的检测到电源的失电状态，提早报警，提醒技术人员。

图6 原TSI机柜电源配置走线图(TSI扩展柜类似)

        图7 对TSI机柜电源增加二级空开（TSI扩展柜类似）
        3 总结
        在汽轮发电机组中，TSI 系统是汽轮机轴系检测保护的重要装置，因而近年来受到越来越多的重视。但是，就目前的实际情况来看，TSI 系统从控制柜组装出厂，就带有原始缺陷，使TSI系统运行的可靠性存在大大的隐患，不仅会影响该系统的正常运行，也大大地削弱了该系统的保护功能。因此，需要设备厂家及使用维护人员，积极采取有效的措施，不断促进 TSI 系统运行可靠性的提升[2]。
        参考文献:
        [1] 姜烈伟. Epro MMS6000 应用于 TSI 系统中的问题研究[J].自动化仪表.2017年1月；
        [2] 吴辉 TSI 系统运行的可靠性探讨[J].企业技术与开发.2011年11月.