汽轮机监测保护系统（精选8篇）
汽轮机监测保护系统 篇1
1 汽轮机监测保护系统概述
汽轮机体系有以下的几个部分组成。热工监视体系, 保护体系以及它们共同组合得到的预警体系以及保护控制体系。由于国家的经济以及社会发展需要, 对电力的需求越来越大, 这项安全体系就变得意义更为关键了, 因而对其性能也有了更多的规定。而我们传统方式中运用的保护体系绝大部分都是有继电装置和其配套的硬件装置组合得到的, 具有非常多的缺陷, 比如不安全, 而且最为重要的是对其开展的维护工作非常繁琐。这套体系存在的意义是用来监视设备在工作的时候, 它的主轴等部件的振动性能等的。它有三大部件, 分别是振动、速率以及偏心组件。这些部分的组件并不是一成不变的, 可以根据使用者的具体情况来具体的配置。上文提到的第一个和第三个组件通常都会有与之配套存在的传感装置, 它们的具体作用是负责监测主轴在工作时的振动状态的, 而另外的一个组件的目的主要是为了监测轴瓦在工作时候的振动状态的, 各有分工。
2 汽轮机监测保护系统监视组件
上文提及到的振动监视体系的探索重点是单片机, 通常我们期望能够合理的处理获取的信号, 因而规定使用的主机一定要有速率的报证, 而且对其集成性也有很高的要求, 在众多的同类产品中, 型号为8098的装置被大量的使用, 这主要是因为它的性能比较的符合当代社会的发展步调等。它共有十六片单项装置, 具有16位处理速度, 典型指令的执行时间为2μs, 它的主要特性:十六位中央处理器;具有高效的指令系统;集成了采样保持器和四路十位A/D转换器;具有高速输入口HSI, 高速输出口HSO和脉宽调制输出PWM;具有监视定时器, 能够在出现任何的问题的时候, 自动的帮助体系恢复使用性能, 继续工作。它有自身独特的程序体系, 具体讲是先对体系概况进行设计, 然后依次是硬件装置, 最后是软件装置。它是在反复多次的对体系的性能规定以及科技要素等综合分析的基础之上, 同时兼顾装置的运行特征, 具体运行时要遵照以下的规定进行, 即优先使用软件, 换句话讲就是如果一项工作仅靠软件就能独立完成, 那么一般情况下就不需考虑到硬件装置, 不过这并不代表软件是非常优秀的, 它也有自身的缺陷, 比如大量的耗费时间。为了尽快的得到合理的装置, 我们通常是尽量的发挥现有的机器然后根据体系自身的特征, 对这些装置进行添加或者是删减。除了上述的这点之外, 我们还需要考虑到它的抵御干扰的性能, 确保它能够安全有效的运行
3 体系的硬件装置
主要是指单片机的选择和功能扩展, 传感器的选择, I/O口的选择, 通道的配置, 人机对话设备的配置。它包含三大部分, 而这三个部分之间的关系是相互作用的, 具体讲是显示板模块, 主板模块, 继电器板模块。
4 体系的软件装置
这项设计的重点的是应用软件。我们在对其进行设计的时候, 需要充分的考虑到整个体系的性能特征, 还应该充分的分析它的指令体系以及性能之间的关系, 最重要的是要和上文的硬件体系综合分析。在研究单片机的体系时, 它的软件研制过程应该充分的分析到它的硬件体系。当应用系统总体方案一经审定, 硬件系统设定基本定型, 大量的工作将是软件系统的程序设计与调试。振动监视组件软件的设计采用模块编程法, 它有非常多的好处, 比如能够将繁琐的步骤进行精简, 分成很多个单一的步骤, 这样我们在设计时就会相对简单一些。因为两个块间并不是充分的结合到一起的, 都有相对的单独空间, 当它的总模块发生改变的时候, 它只会作用到其本身的步骤, 并不会很大程度上对其他的一些模块发生作用, 很多时候几乎不会产生任何作用。它主要由下面几个部分组成:标准的自检程序模块;采样以及通道计算程序模块;设定值调整程序模块, 报警程序模块。
自检程序模块:它的功能是用来检查电源是否具有合理的电压指数, 通常体系会以故障码的方法来提醒使用者, 体系的电源发生问题, 然后具体的分析是其中的哪个线路的问题。系统得自检功能由上电自检, 循环自检和用户请求自检三部分组成。在自检过程中, 系统解除所有形式的保护。假如在此步骤中发生问题, 此时总的体系将会持续的进行自检, 一直到使用者发现问题才会停止。
采样及通道值计算程序模块:它在进行工作的时候, 第一道工序就是监测体系的运行情况, 具体的是指查看它们是否处在合理的路线之中, 如果监视保护系统某一通道处于旁路状态, 那么解除继电器报警, 系统正常灯熄, 旁路灯亮, 同时通道指示值为0。假如没有出现上述的情况, 则启动该通道的计算得到通道值。模拟量输出通道输出代表该通道值的标准电流值0-10m A.DC或4-20m A.DC。
设定值调整程序模块:设定值包括警告设定值和危险设定值两个, 它存放在EPROM2864中, 就算是装置发生意外情况, 其中的数据也能够得到有效的保存, 此时将显示器重点警告或者是危险按钮启动, 棒状光柱上将显示警告或危险设定值, 如果要对设定值进行调整, 还需要按下主线路板上的设定开关, 再按下面板上的“警告”或“危险”键, 最好按下系统监视面板上的“?”, 即可对设定值调整。在软件中, 当设置点调整后, AF标志置零, 程序根据AF标志判断是否需要将条调整值重新写入2864。
报警程序模块:假如通道之间的差数大于我们事先设定好的数据, 此时体系会自动进入警告模式, 此时显示器上的警告灯会自动启动, 此时警告继电装置也会自动的开启。当其运行情况是通电抑制时, 此时体系会自动的将全部的报警消除。
显示程序模块:显示程序模块执行显示双通道的测量值、报警值以及四种故障代码。在8098内部RAM中, 开设一个具有16个寄存器单元缓冲区, 如80H-8FH。将缓冲区对半分成两部分, 每一部分的寄存单元寄存一个通道的显示代码。将显示代码送到8279的显示缓冲区, 8279可以自动扫描显示。
中断程序模块:T1的溢出周期作为输出脉冲信号的宽度, 改变HSO高低电平的触发时间就可以改变方波的占空比, 从而改变输出电流大小。“大型汽轮发电机组性能监测分析与故障诊断软件系统”在仿真机上运行, 能对仿真机运行工况进行监视, 也能通过实时数据库与实际机组的计算机联网, 对实际运行机组工作状况进行监测和分析等。
摘要：最近几年, 我国在经济以及社会等的各个领域都取得了非常显著地成就。其中电力行业取得的成就十分突出。电力和我们的生活以及生产活动有着非常密切的关系, 很多活动的开展都要以电力为最基础的保障条件。笔者基于目前的这种背景形势, 重点分析介绍了当前我国的电力行业重点的汽轮机安全监测体系相关的知识, 目的是为了更好地促进电力事业的发展, 促进经济的前进。
关键词：汽轮机,监测,保护系统
参考文献
[1]刘峻华, 黄树红, 陆继东.汽轮机故障诊断技术的发展与展望[J].汽轮机技术.2004, (12) .
[2]陆颂元, 张跃进, 童小忠.机组群振动状态实时监测故障诊断网络和远程传输系统技术研究[J].中国电力, 2005, (3) .
[3]李录平, 邹新元.小波变化在振动故障奇异信号检测中的应用[J].汽轮机技术, 2005, (2) .
汽轮机监测保护系统 篇2
关键词：ETS系统；汽轮机；可靠性；改进措施
中图分类号： TK269 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-167-2
1 项目简介与EST系统结构
1.1 项目简介
该火电厂有两台310MW机组均在2015年10月投产，汽轮机型号为NC310-17.75/540/540，该机组ETS系统为厂家提供， PLC控制系统为Controllogix系统控制系统。在对该机组ETS保护原理及可靠性做出分析发现，该系统I/O点分配、控制系统电源回路等方面，仍有一些问题存在，这些问题可能会造成汽轮机出现拒动或者是误动，因此，对这些问题，需对ETS系统做出进一步改进及完善。
1.2 EST系统结构
ETS系统包含ETS控制柜、危急遮断液压组快、现场检测元件等部分，从而实现冷凝器真空低保户、AST超速保护、EH油压低保护、润滑油压低保护等汽轮机主要元件的保护功能。其中，ETS控制柜又包含电源组件、可编程控制器、继电器组件与端子排等结构。其中电源组件接受两路220V的AC冗余输入电源，在实施切换之后，能够将其作为AST的电磁阀与可编程控制器电源。
2 ETS系统可靠性分析
2.1 I/O点分配
冷凝器真空低保护与润滑油压低保护作为汽轮机重要保护措施，在ETS系统中，运用的是三重冗余设计，三取二的动作于跳闸，在就地冷凝器与润滑油母管上，均安装了三个取样管路互相独立的压力开关，来完成对冷凝器真空与润滑油压的实时监测。如图1所示，在真空低与润滑油压低保护信号接线图当中，2DIA、2DIB为PLC组件的第2块DI输入卡件，由图可见，PLCI/O点分配上，由就地压力开关引出的冗余跳机信号设计，全部是接在并列运行的PLC组件相同的DI输入卡件上，所以不满足重要保护信号在设计上的独立性要求，并违背了《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》等相关规定。若是对于该系统中，DI卡件一旦出现问题，便会造成输入信号全部出现异常，进而造成拒动或者误动问题产生。
2.2 ETS控制系统电源回路
ETS在设计时，PLC与AST电源均是运用220VAC电源。当ETS控制柜，接受到UPS与保安段冗余电源后，通过电源切换装置完成切换之后，便能够对AST电磁阀与PLC组件供电，并同时可以实现对1PS与2PS电源转换模块供电，在转换模块得到转换过后，便得到PLC冗余I/O电源。
如电源回路图所示，UPS与保安段两路电源都处于正常状态时，切换之后的电源，变为UPS电源。汽轮机机组在正常运行时，若是UPS电源出现断电或者故障，则系统便能够自动通过OJ切换，来为保安段电源供电。虽然接触器的工作效率较为快速，对PLC组件运行不构成影响，然而，因为在切换之后，220VAC对AST电磁阀直接供电，从而使接触器动作电源在切换的一瞬间，便会使得AST电磁阀出现暂时性断电，从而使AST油管失压，使得汽轮机进汽阀出现关闭，保护动作及发生跳闸。根据《火力发电厂汽轮机监视与保护系统验收测试规程》来进行试验，可以得出，UPS电源在断开之后，安全油压便会出现大幅度下降，DEH阀门出现自动关闭，并且在安全油母管上的三个判断油压状态的开关，也会达到动作值，DEH系统会检测到三个挂闸信号出现消失，并自动产生DEH故障信号，使得ETS系统跳闸，由此可见，ETS电源难以达到冗余备用要求。
3 ETS系统不完善部位的改进措施
3.1 I/O点分配问题改进措施
在《火力发电厂热工保护系统设计规定》与《国家电网公司发电厂重大反事故措施》等相关规定的要求，笔者对ETS系统中的I/O点实施重新分配。把三个冗余冷凝器真空低与三个冗余润滑油低压输入信号分散的接入到每列PLC组件对应的三个不同DI卡件通道中，同时对PLC数据库、对应的三取二遮断与报警扩展输出逻辑实施重新组态。进而从根本上使得ETS保护信号能够独立实现三重冗余，使得风险得以分散处理，最终能够避免由于单块卡件故障而造成的保护误动与拒动问题出现。
3.2 ETS控制系统电源回路问题改进措施
ETS控制电源应当能够达到冗余切换功能与消除保护误动的相关要求，针对上文提到的问题，笔者对ETS系统电源回路做出如下改进：把AST1及ATS3电磁阀所供电的电源，改在电源切换之前，通过ETS控制柜中的UPS电源来实施供电，把ATS2与AST4电磁阀的供电电源改换在电源切换之前，并通过ETS控制柜中的保护电源来实施供电。与此同时，把操作台上的汽机跳闸按钮原设计的一副常闭接点串接到AST1与AST3电磁阀电源控制回路上，然后再利用一副并联常闭接点串接到AST2与AST4电磁阀电源控制回路当中。
在通过这种改进之后，危急遮断液压组件两个跳闸通道上的AST电磁阀会由UPS与保安段的两路独立电源实施供电。因为四个电磁阀均是采用双通道设计，因此，当任何一个控制电源断电或者因故障出现电源切换时，只会出现一个AST跳闸通道动作，另外一个AST跳闸通道内的两个AST电磁阀，依旧会维持安全油压，并使得汽轮机机组不会有误动跳闸问题出现。当ETS系统出现单路控制电源断电之后，危急遮断液压组块上的油压状态监测开关对应动作便会在DEH操作员站发出报警信号，让工作人员对其进行及时的检修与处理。在PLC系统因为故障而出现失灵之后，操作台上的汽机跳闸硬手操按钮便能够使AST电磁阀供电回路得以直接切断，从而使得紧急打闸出现停机。通过这种改进，能够使ETS系统中的控制电源冗余互备功能得以真正实现，进而彻底消除由于单路控制电源失电或者因故障切换时，汽轮机保护误动跳闸的问题出现。
4 总结
作为汽轮机发电组重要保护措施，ETS系统在运行时，可能会出现误动或拒动问题，进而造成意想不到的问题发生。笔者根据ETS系统中可能会出现拒动或误动问题做出改善之后，使ETS保护系统可靠性得到大大提升，从而有效防止汽轮机主保护拒动与误动问题的出现，使汽轮机在运行时，安全隐患得以消除。ETS系统存在问题的改善，也对机组安全运行、减少非计划停运与设备损坏率、提升经济效益，都具有十分重要的意义。
参 考 文 献
[1] 王鹏鹏.310MW汽轮机ETS保护系统可靠性分析及改进[J].电力安全技术，2014（05）.
汽轮机监测保护系统 篇3
1 电涡流传感器测量原理
传感器系统的工作原理是电涡流效应。当接通传感器系统电源时,前置器内会产生一个高频电流信号,该信号通过延伸电缆送到探头头部,在头部周围会产生一个交变磁场H1。如果在磁场H1范围内没有金属导体材料接近,则发射到这一范围内的能量会全部释放;反之,如果有金属导体材料接近探头头部,则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场,该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2.由于H2的反作用,就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位,即改变了线圈的有效阻抗。这种变化即与电涡流效应有关,又与静磁学效应有关,即与金属的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、励磁电流频率以及线圈到到金属导体的距离等参数有关[2]。
2 轴位移出现异常原因
2.1 被测体表面平整度对传感器的影响
不规则的被测体表面,会给实际测量带来附加误差,因此对被测体表面应该平整光滑,不应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷,一般要求位移测量被测表面粗糙度要求在0.4~1.6μm[2]。
2.2 轴位移零位不准
机组的轴位移机械安装零位和监测系统保护零位不统一。检修后经常发生机组因轴位移监测系统传感器的零位设置不当,使系统测量误差较大,检修后机组的轴位移传感器的零位设置直接影响到启机后轴位移监测系统能否正常工作。
轴位移定位基本是根据机组厂家设计的要求来定,该厂#3机组是将转子推向工作面来定位零位。也有机组是将转子推向非工作面来定零位;指示为0 mm时的相对涡流传感器的电压根据前置放大器的输出电压定,有-10 V、-12 V等。
2.3 安装不正确
安装时出现支架松动、探头与被侧面不垂直、探头与被侧面间隙过大或过小产生测量误差。另外测量面应与轴是一个整体,这个测量面是以探头的中心线为中心,宽度为1.5倍的探头圆环。探头安装距离距止推法兰盘不应超过305 mm,否则测量结果不仅含轴向位移的变化,而且包含胀差在内的变化,这样测量的不是轴位移的真实值。另外如果探头没有固定在轴瓦上而是固定在前箱上,那么还应考虑前箱的位移量。在安装时,测量探头与被测面保持垂直并安装牢固,否则将出现测量误差。这是在机组大小修时特别注意的问题。
2.4 测量系统元件故障
测量系统包括了探头、延伸电缆、前置器、显示仪表灯等。不论哪个中间环节出现损坏都会引起测量误差。因此为了轴位移保护系统可靠安全一般采用三选二停机。需要指出的是被测体也是传感器的一部分,测量面参数会影响到传感器的性能。
2.5 环境干扰对轴位移的影响
环境因素对轴位移的干扰因素很多,如电磁干扰、设备强电源干扰、信号电缆屏蔽多点接地等。对于环境干扰需要耐心细致的排查,及时和运行人员沟通、查找相关历史趋势、现场实地做试验等方式解决。
2.6 运行工况的影响
通常汽轮机运行时,转子推力盘向发电机侧紧靠推力轴承工作面,但有时在启停和正常运行过程中,转子可能发生前后窜动。向前传动的原因有:(1)当机组甩负荷时,产生反向的轴向推力。(2)当高压轴封严重损坏,调节级叶轮前因凝汽器抽吸作用而压力下降,出现反向轴向推力。向后窜动的原因有:(1)转子轴向推力过大,推力轴承过负荷,推力盘与推力轴承间的油膜损坏,推力瓦块五金烧熔。(2)润滑油系统油压过低,油温过高,油膜损坏,推力瓦块乌金烧熔。
3 测量系统的组成
测量系统包括了探头、延伸电缆、前置器、显示仪表灯等。前置器由高频振荡器、检波器、滤波器、直流放大器、线性补偿等组成。检波器将高频信号解调成直流电压信号,此信号经低通滤波器将高频的残余波除去,再经直流放大器,线性补偿电路放大处理后,在输出端得到与被测物体和传感器之间的实际距离成比例的电压信号。前置器(信号转换器)的额定输出电压为-4~-20 V(线性区)[3]。
4 下花园发电厂#3机组轴位移出现的问题及处理
该厂#3机组为200 MW凝气式机组,轴位移探头为瑞士vibro-meter电涡流传感器,型号:TQ402[4]。轴位移系统有A、B、C三套探头、延伸电缆、前置器及一台轴系测量TSI装置VM600,2014年2月9日发生一次B点显示异常、报警缺陷,并在检查分析过程中发现A、C点存在干扰问题,因该系统保护定值为三选二,+0.8或-1 mm报警,+1.3或-1.1 mm停机,所以此次异常给机组带来了极大的安全隐患,直接危及到机组的安全运行。
4.1 现状调查
通过统计分析表1中可以看出,其中轴位移B点为固定不变值(之前已确定为探头损坏),A、C点受到了异常干扰,特别是在润滑油压和2#轴瓦回油温度变化时影响较大,因为该3套轴位移探头及延伸电缆均处在#2轴瓦处的中箱位置,且内部有大量流动的润滑油。
现状调查结论:轴位移A、C干扰主要原因为受到了润滑油高温和流动冲刷振动的影响。
4.2 调查设备存在的问题及解决方案
通过检查、核实,该厂各轴位移测量系统存在着较多的问题,总结如下。
(1)探头延伸电缆外皮接地:伸电缆接头部位热缩管老化,松动,部分延伸电缆接头露出与汽轮机金属部位接触。
解决方案:在汽机本体专业人员的配合下将#3机#2轴瓦盖打开,将所有延伸电缆旧的热缩管去掉,清理接头内的积油,清理干净后,延伸电缆接头重新用耐油热缩管缩封,防止热缩管在高温和润滑油的浸泡下老化,外部采用绝缘带缠绕。
(2)轴系设备、机柜接地:用多种方法测量机柜接地情况,发现机柜与相邻的继电器柜相连,电阻只有1Ω,与固定机柜的槽钢相通。
解决方案:采用环氧树脂板将机柜与继电器柜隔开,在轴系TSI机柜底部垫绝缘胶皮将机柜与槽钢,隔开。在轴系设备底部垫绝缘胶皮与机柜隔开。
(3)三只探头间的距离太近。
解决方案:将原探头拆下后,经过精确测量尺寸,在不影响其他部分的前提下,重新加工了一块钢板基座,按不小于探头三倍直径的距离上钻眼。同时对损坏的B探头进行了更换,并对另两只探头认真检查,确认良好后安装回钢板上,根据前置器输出电压进行了静态和顶轴零点调试,确认无误后紧固探头螺母。
(4)电缆敷设走向不规范,有部分电缆与动力电缆相距很近。
解决方案:重新拉不符合要求的电缆,信号电缆要远离其他动力电缆。电缆走走专用电缆槽盒,规范电缆走向,远离干扰源。
(5)电磁干扰。通过分析历史站趋势数据及做大量的干扰试验,排除了监测参数实际越限报警,确定是轴系TSI系统存在干扰。最后通过试验确定干扰源主要来自安全门保护上线圈失电时产生的长时间继电器接点拉弧干扰和当操作凝结水再循环到除氧器电动门时干扰,通过检查凝结水再循环到除氧器电动门动力电缆与TSI电缆相距很近。
解决方案:重新布置电缆,远离TSI电缆。根据安全门控制回路的实际情况,对安全门控制回路进行了改造,消除了接点拉弧现象。
处置效果:通过以上处置措施,轴位移A、B、C信号均没有出现异常波动及干扰,始终保持同样的正常变化趋势,能够真实准确地反应汽轮机轴位移量见表2,确保了机组的安全运行。
5 结语
对于下花园发电厂轴位移测量的问题,在其他电厂也有一定的普遍性和代表性,解决方法可供借鉴。由于笔者知识面和技术水平的限制,可能还有一些在测量中的问题没有发现。使轴位移系统能准确监测显示在线数据,为运行人员的操作监视提供了可靠的判断依据,为机组的稳定安全提供了可靠的保证。需要指出的是影响轴位移测量因素很多,学习及应用其他专业知识,如运行、汽机专业系统理论,才能更全面、准确的做出判断。
参考文献
[1]山西省电力工业局.发电厂集控运行(高级工)[M].北京:中国电力出版社,1997.
[2]郭义杰.某火力发电机组在开机过程中轴向位移异常的原因分析及处理[J].河南电力,2015(2):55-58.
[3]秦顺富.汽轮机轴向位移保护系统改进[J].四川电力技术.1994(3):35-37.
汽轮机组振动监测系统探析 篇4
1 系统需求分析
当前, 我国多数汽轮机组振动监测硬件均为进口产品, 所配套监测及故障诊断软件所需价格较高, 若采购汽轮机组时每台都配套进口监测软件将导致机组的成本大幅提高。为此, 必须加快汽轮机组振动监测系统的研发力度。具体而言, 应满足如下需求。
1) 满足电厂多机组同时监测, 保障多通道信号同步采集、传输、分析与存储。
2) 能够对所采集数据进行同步显示、报警等多项功能。
3) 具有较快的信息存储能力与完备的数据库, 且可靠性高, 能够及时发现故障, 并满足不同类型的故障事后分析。
在系统开发过程中, 应结合电厂的具体情况及功能需求, 利用现有技术条件, 对系统开发方案进行确定, 如开发环境、工具, 硬件设备、系统开发框架的构建等。同时, 构建能满足系统功能需求的数据库, 明确软件框架, 打造友好的界面, 结合硬件编程, 实现软件的多项功能。最后进行现场调试, 直至系统满足现场的各项功能需求。
2 系统框架的构建
以现场监测需求及功能需求为依据, 为了满足现场监控的要求, 系统主要包括采集站、监测中心、诊断中心等, 本文完成了采集站、监测中心两大部分。其中, 采集站能够灵活地选择信号, 可对源自传感器的信号及二次输出信号进行接收, 可对汽轮机组的振动信号进行采集。而监测中心负责对所采集振动信号进行显示、报警, 并对数据库加以管理。故障诊断中心负责利用网络连接各个电厂, 除了对各电厂加以监控, 还能够为各电厂提供相应的振动故障诊断, 因而极大地提高了故障监测与诊断的效率。系统框架图见图1所示。
3 系统软件设计与实现
3.1 下位机软件的设计与实现
下位机软件负责采集汽轮机组的振动信号, 确保其可靠性及所采集信息的科学性。该部分设计包括数据采集模块、信号即时显示模块、报警模块三大模块。
其中, 数据采集模块负责将连续的模拟信号, 成功地转化为计算机能够接收的离散信号, 包括两大步骤, 一是借助于传感器NI采集设备进行采样, 将模拟信号分别分为时间间隔相同的离散信号, 并进行采集, 并实现A/D转换, 将离散的信号重新加以编码, 获取计算机可识别与处理的数字化信号。在现场测试过程中, 要求采样的频率取值较理论值高, 通常为最高信号频率的2~5倍。
对于数据采集模块而言, 首先需要对参数进行配置。在对汽轮机组的振动信号加以采集过程之前, 应结合具体监测需求, 在软件中对采样所需参数, 如采样频率、采样点数、频率分辨率、灵敏度、传感器类型等进行设定。具体监测要求汽轮机组的稳态转速达到3000r/min, 且分析频宽超过基频的8倍, 频率的分辨率不超过1Hz。以采样频率Fs为例, 为了确定该值应结合电厂的具体需求, 针对汽轮机组的工作转速, 明确基频在50Hz左右。结合经验数据, 要求分析频宽为基频10倍, 因此, 要求分析频宽FA应不小于50×10=500Hz。结合分析频宽FA、采样频率FS间的关系:FS=2.56×FA, 确定FS应不小于2.56×500=1280Hz。依据采集板卡, 默认采样频率FS=2048, 能够满足汽轮机组信号分析的要求。明确各参数之后, 结合下位机软件参数设置选项, 分别对各参数加以设定, 以便采集相关数据。系统下位机主要采用固定频率采样方法, 默认采样的频率2048, 点数2048。
就信号即时显示模块而言, 其主要包括转速、实时波形、数据列表显示等内容。借助于该模块能够对各通道所采集时域信号进行即时显示。操作人员能够第一时间借助于波形信号对NI采集仪是否顺利工作, 以及所采集信号正确与否进行判断, 还可借助于信号幅值对汽轮机组是否正常运行进行判断。
3.2 数据库的设计与实现
本文采用的是SQL SERVER数据库, 对系统所有测点、运行参数、信息等分别进行存储, 为系统的即时监测、设备的维护维修提供了依据。数据库所设计的优劣直接关系了系统的优劣, 在数据库服务器上, 所存储的机组信息, 如系统参数、机组运行数据等信息, 都是系统运行和分析的基础。数据库设计包括如下内容:机组信息、参数配置、历史、用户信息、报警等数据库类型。
数据库字段主要包括用户名、密码、级别, 存储的时间、路径、峰值、均值、有效值、转速等, 随着功能的拓展, 可在数据库中对各表格进行添加。数据库作为系统故障监测、分析软件中的重要组成部分之一, 其数据存储过程中保障数据的完整性、全面性十分重要。其存储方式依据下位机同服务器之间的连接包括网络存储、本地存储两种。
而应用程序同数据库服务器之间的通讯主要是采用本地通讯、远程通讯两种方式。前者要求下位机软件、数据库、上位机软件都安装在相同的电脑上, 无需网络连接, 即可借助于visual studio所提供的程序实现通讯, 通讯方式有3种:1) 借助于ODBC数据提供相应程序的ODBC形式;2) 借助于SQL SERVER数据, 提供SQL SERVER直连形式;3) 借助于OLE DB数据, 提供OLE DB形式。经对比表面, 第二种连接方式速度最快, 因而采用第二种方式进行通讯。后者指下位机软件、数据库、上位机软件安装在不同电脑上时, 借助于局域网络实现连接, 需要将数据库服务器电脑防火墙等进行关闭, 防止数据库连接过程中被阻断。打开SQL远程连接功能, 将服务器登录模式进行修改, 成为Windows身份、SQL Server验证。经设置后借助于SQL连接字符串, 实现局域网中的通讯。
3.3 上位机软件的设计
上位机软件负责机组运行状态的监控及故障原因的事后分析。系统上位机软件包括如下模块:界面监控、数据库管理、信号分析、动平衡分析等四大模块, 其中, 信号分析模块属于核心。所设计软件可同时对四台机组进行即时监控。
1) 界面监控模块。通过软件的主界面, 对机组的模型进行观察, 了解各位置振动情况。该模块分别从时域、频域信号分析两大部分入手, 对振动信号展开监测、分析、显示。通过对服务器读数据进行系统分析, 将振动参数即时显示在主界面之上, 若通道峰峰值小于所设定的报警值时, 对应通道峰峰值的字体颜色会变为绿色, 若高于报警值, 所对应峰值字体变为黄色。依据所设定报警值程度:绿色 (正常) , 黄色 (严重) , 红色 (危险) , 就可对机组振动情况进行监控。
2) 动平衡分析模块。该模块结合影响系数法来进行分析, 包括单面动平衡、双面动平衡两部分, 结合机组振动相位、幅值, 能够找到最佳配重位置, 并以数值、图形方式对计算结果进行显示。
3) 信号分析模块。该模块从时域、频域两方面对机组振动信号加以分析, 对多数故障进行在线、离线分析, 包括整体监测、趋势、报表、时域、频域、轴心分析等。以频谱分析为例, 对时域的波形展开频谱分析, 可得信号中各谐波分量的幅值、频率等。以频率、振幅分别作为横、纵坐标, 将结果进行绘制, 可得频谱图, 用以对机组故障进行分析、诊断。
如今, 该系统已经在某电厂中得到了应用, 经多次模拟测试、现场实际测试, 该系统软件已经得到了不断改善, 具有一定的推广和应用价值。
参考文献
[1]施圣康.汽轮发电机组振动故障诊断技术的发展现状[J].动力工程, 2010, 21 (4) :1295-1298.
[2]蒋东翔, 倪维斗, 于文虎, 等.大型汽轮发电机组远程在线振动监测分析与诊断网络系统[J].动力工程, 2009, 19 (1) :149-152.
汽轮发电机组振动监测系统探讨 篇5
汽轮发电机属于旋转机械设备, 在运行中普遍存在机械振动。通常情况下, 振动会减少设备的使用寿命, 有些情况下能造成设备损坏, 甚至发生灾难性事故。尽管运行的设备不可避免的存在着振动, 但并非所有的振动都会影响设备的运行, 一般根据振动的量值来判断其对设备的危害程度。虽然较大的振动对机组的安全运行会产生不利影响, 但也可利用振动的存在和发展来诊断已出现和潜在的问题, 保证机组在发生严重损坏之前提供早期报警, 及时采取有效方法预防。由于振动诊断技术具有多参数性、多维性、可传递性和可实现性等优点, 因而得到了更为广泛的应用, 成为机组故障诊断中最主要的方法, 在电厂的运行和维护中受到广泛重视。
二、引起汽轮发电机振动的原因分析
引起汽轮发电机组振动过大或者不正常的原因有很多, 它既与设计制造有关, 也与安装检修质量有关, 还与机组在运行生产中的其它工作条件有关。结合实践经验, 笔者认为产生振动的原因有:
1、转子质量不平衡
若转子的质心与旋转中心不重合, 则会因为转子的不平衡而产生一个离心力, 这个离心力对轴承产生一个激振力, 使机组产生振动。其主要是由于原始不平衡、转动不见飞脱或松动、转子热弯曲。
2、机组中心不正
严格来讲, 机组中心应包括转子与汽缸或静子的同心度、支撑转子各轴承的标高, 轴系连接的同心度和平直度。该缺陷主要包括轴承标高不在一个合理的范围内, 转子与静子的同心度偏差过大, 联轴器法兰外圆与轴颈不同心等。
3、动静碰摩
汽轮发电机组因发生碰撞或摩擦而引起较大振动。碰摩使转子产生非常复杂的振动, 是转子系统发生失稳的一个重要原因, 轻者使机组出现强烈振动, 严重时可造成转轴永久弯曲, 甚至整个轴承损坏。机组动静碰摩经常由下列情况引起:转轴振动过大, 由于不对中等原因使轴颈处于极端位置, 整个转子偏斜, 动静间隙不足。
4、此外, 油膜失稳和汽流激振、结构刚度不足、转子中心孔进油、转子裂纹、发电机内部故障等也会引起机组的振动。
三、振动检测系统构成
汽轮发电的振动测量系统一般由硬件和软件构成。硬件由传感器、信号前端处理机和工控机 (配数据采集卡) 等部件组成。安装于轴系的传感器获取原始信号, 通过信号前端处理机进行预处理, 然后将处理后的稳定可靠的标准采集信号输入计算机进行采集。如图1:
四、机组振动故障诊断分析过程
通常当机组状态出现异常时, 必然会反映到振动水平的改变或异常, 特别是在振动频率上表现得最为明显。振动故障诊断的过程, 实质上是提取识别振动故障的症候, 并建立振动故障与识别故障症候的关系。其振动故障诊断一般分为下面的4个步骤。
1、判断振动是否异常。
通常当振动超过限值就认为振动出现异常。
2、异常振动时的频谱特征和相位分析。
当振动异常时, 立即进行频谱分析, 观察振动频率是低频 (低于转速频率) 、基频 (与转速同步) 、二倍频还是高次 (大于二倍) 谐波频率。如果振动以低频振动为主, 振动故障则可能为轴瓦自激振动等;如果频谱分析表明振动以基频分量为主, 则说明振动故障可能有转子不平衡、热弯曲等;如有明显的二倍频分量, 则说明可能的振动故障包括转轴弯曲、电磁激振等。
3、相关因素分析
由于汽轮发电机组结构复杂, 引起振动的原因往往不是单一的, 一种振动频谱往往对应多种振动故障, 即振动故障与振动频谱之间不是单一的对应关系。因此还必须引进振动故障识别的相关因素, 如时间、转速、负荷、励磁电流、振动变化趋势等, 从相关因素分析结果中可以进一步区分振动的类型和原因。
4、振动原因的综合判断
根据上述振动特征及相关因素分析, 对照各种故障状态下所反映出的振动特性就可以综合判断出可能的振动故障原因。
五、振动监测和故障诊断的作用和意义
振动监测系统可以对汽轮发电机组在开机升速、升负荷、日常运行、降负荷、降速停机等各种运行状况下进行全方位的振动监测并记录历史数据, 可以在机组发生振动故障时通过数据分析得出初步结论。若监测系统的数据可以提供给有经验的振动专家参与诊断, 可以提高振动故障诊断的及时性和准确性。通过专家提供的正确分析结果, 可及早预报故障的存在和发展, 预测故障原因和类型, 及早制定检修计划, 缩短检修时间, 降低维修费用;及时捕获故障信息, 减少为寻找机组振动故障原因而重复做的启停机试验, 提高故障诊断准确性, 使机组尽快恢复运行。
参考文献
[1]张正松、傅商新、冯冠平等:《旋转机械振动监测及故障诊断》, 机械工业出版社, 1991年。
[2]于文虎、宋斌:《大型火电机组的振动故障诊断》, 《中国工程科学》, 2001 (01) 。
汽轮机监测保护系统 篇6
近年来,因热工原因引起的机组跳闸事件时有发生,这说明在热工保护系统的可靠性及保护逻辑上还存在着不少薄弱环节。为此,研究和解决热工主保护的可靠性及保护逻辑的改进和完善,是当前热工专业当务之急。
汽轮机危急跳闸系统(ETS)是大型单元机组在生产过程中最重要的一环,它既是汽轮机电气跳闸的出口,也是机、炉、电大连锁保护中的核心环节,其运行安全与否直接影响到汽轮机的安全运行。因此,汽轮机的ETS保护系统是发电厂对系统可靠性要求最高的一个子系统。
贵溪发电公司300MW机组ETS保护系统功能简单,逻辑功能存在不合理之处,在实际使用中存在一些问题,由此带来安全隐患。贵溪发电公司与江西电科院合作,针对ETS保护系统存在的问题进行了深入研究,提出将PLC改为微机型控制系统,对TSI逻辑、主汽门关闭、ETS跳闸等逻辑进行了优化与改进,设计了主蒸汽过热度保护等,通过改进提高了整个机组热工保护控制水平。
1 设备介绍
贵溪发电公司2×300MW机组汽轮机为东方汽轮机厂N300-16.7/537/537-8型亚临界一次中间再热凝汽式汽轮机组,采用数字电液控制系统(DEH)。汽轮机ETS保护装置由PLC构成,紧急停机保护逻辑回路是ETS触发信号或DEH触发信号驱动直流遮断系统。
汽轮机紧急停机保护(ETS系统)遮断汽机跳闸的输入信号有:110%电超速、MFT、电气故障、凝汽器真空低、润滑油压低、EH油压低、轴向位移大、汽轮机胀差大、手动停机、DEH系统停机、DEH系统直流失电、汽轮机轴承振动大。在DEH保护逻辑中跳机信号有:转速故障、110%超速、阀门静态校验时转速大于100rpm、汽轮机轴承温度高。当存在汽机紧急遮断信号时,ETS输出跳闸指令或DEH系统跳闸指令,通过危机遮断电磁阀,泄掉高压保安油,机组跳闸。
2 问题分析
贵溪发电公司汽轮机ETS保护设计无监控功能,自2005年投产以来,基本能满足生产需要。但经过一段时间的运行,发现存在一些问题:ETS功能简单,ETS与DEH之间逻辑存在不合理之处,由此便带来了安全隐患。
从点检方面看,ETS保护装置由PLC单独构成,没有配置上位机,功能简单。平常只能通过观察PLC模件来巡检,点检不方便、速度慢、且容易出错。如果配置上位机并加装监控软件,点检效率就能提高。通过监控画面,可以查看接点实时状态及动作记录中接点的翻转情况,还可以查看PLC系统的工作状态。
从维护方面看,ETS保护装置配置上位机及监控软件非常有效。监控软件具备一些功能,比如SOE功能等。利用SOE功能,可以根据接点的动作顺序查找分析事故停机原因,还可以根据一次元件等现场接点的动作情况发现并预防事故隐患,保护投退软开关功能,在机组运行中进行在线消缺时,可避免解线误操作带来的风险。
从逻辑功能上看,存在以下问题:
(1)无ETS出口继电器动作监视首出记忆,当无遮断信号首出时,难以区分控制回路与机械回路打闸原因。
(2)轴振保护(TSI)跳机逻辑采用单点信号,容易引起主保护误动。
(3)停机状态ETS输出信号长期保持,使危机遮断系统电磁阀YV3长期带电,造成电磁阀损坏。
(4)手动停机没有接入硬回路,不符合手动停机软、硬回路冗余设计要求。
(5)无汽轮机防进水保护功能。
针对汽轮机ETS系统存在的问题,为保证热工自动化设备和系统的安全、可靠运行,该厂认为有必要进行技术改造。
3 技术改进
3.1 PLC控制器采用微机管理
RGS2000热工微机保护系统主要由多PLC控制器和上位计算机两大部分组成,两者通过RS422电缆通讯,形成了一套紧密结合、功能丰富的热工保护监控系统。其中主机保护采用双PLC热备冗余。热工微机保护系统(主控保护)结构示意图见图1。
PLC控制器配置包括CPU机架和网络适配器,CPU机架由四部分组成:CPU底板、OMRON CPU、电源单元(1个)、I/O单元(10个)。CPU机架共两套,通过网络适配器连接并与上位计算机通讯。
上位计算机配置为一体化液晶显示工控机1台,打印机1台。
微机保护系统实现的主要功能:①上位机监控界面友好,功能齐全,有利于运行参数监控;②PLC程序采用梯形图的组态方式,修改、查看更加灵活方便;③主机保护采用双PLC控制器热备冗余;④可对所有输入点实现毫秒级事故追忆,记录可靠准确;⑤主机保护静态试验设计了主汽门关闭屏蔽功能;⑥具有保护试验软投切、保护试验的自诊断功能。
PLC编程软件CPT和热工微机保护系统画面分别见图2、图3
3.2 主保护逻辑优化
3.2.1 轴振保护逻辑优化
原设计振动大跳机保护是:振动模件任意通道测量值大于汽机振动大整定值,即发汽机振动大信号,容易出现保护误动情况。将轴振(12点)、轴位移(2点)、胀差(2点)等重要测点的保护逻辑接图4逻辑优化:上述每个通道的测点都单独引出报警、危险继电器。继电器信号均引入ETS系统。在ETS系统内做组合逻辑控制跳机。
当负荷小于21MW时,轴振、轴位移、胀差保护取单点信号,发跳机信号。当负荷大于21MW时,跳机信号增加判断条件。
1(2……6)X(Y)振动危险值+相邻轴系振动报警值+轴振保护投切开关
#1(2)轴向位移I值+#1(2)轴向位移II值+轴向位移投切开关
高中(低)压缸胀差I值+高中(低)压缸胀差II值+高中压缸胀差投切开关
3.2.2 主汽门关闭信号改进
主汽门关闭信号逻辑图见图5。增加安全油压消失和行程开关信号做或逻辑,作为主汽门关闭信号,有效防止了因主汽门行程开关故障引起的保护拒动几率。
3.2.3 手动停机与ETS复位功能改进
设计了主汽门关闭信号进行ETS复位,防止了停机状态危机遮断电磁阀YV3长期带电,造成电磁阀损坏。手动停机信号接直流硬回路,保证手动停机软信号与硬回路冗余。汽轮机打闸逻辑见图6。
3.2.4 设计主蒸汽过热度保护,防止汽轮机发生水冲击事故
主蒸汽过热度保护按图7 SAMA设计。对应压力P下的饱和蒸汽温度T按照undefined计算。
4 改进后的特点
ETS系统改进后主要有以下特点:
(1)ETS保护实现微机管理;采用上位机监控,界面友好,功能齐全,利于运行和监控。监控软件实现PLC工作状态监视、报表打印、动作记录查询与管理、输入输出信号状态监视、保护软开关投切功能、保护联锁试验记录、系统组态等多种功能,使用方便。
(2)在DCS系统可监视ETS运行状态。
(3)保护逻辑改进:①轴振保护(TSI)逻辑优化,防止了单点信号波动引起主保护误动几率。②设计了安全油压消失作为主汽门关闭信号,手动停机接直流硬回路冗余,有效防止了保护的拒动几率。③设计了主汽门关闭信号进行ETS复位,有效解决停机状态电气遮断电磁阀YV3长期带电,容易造成电磁阀损坏。④设计了主蒸汽过热保护,防止汽轮机发生水冲击事故。⑤设计了ETS出口继电器动作监视首出记忆,以区分控制回路与机械回路打闸原因。
5 结束语
贵溪公司ETS系统于2006年10月完成改造,投运以来稳定可靠,ETS系统采用了先进的计算机技术、控制技术,并有和上位机通信实现计算机管理的扩展功能。逻辑功能的安全设计,有效减少误动几率,防止保护拒动,提高了火电厂热工保护系统的控制水平,减轻了热工维护人员的劳动强度,具有明显的经济效益和社会效益,有良好的推广应用价值,是火力发电厂热工保护系统改造的发展方向。
参考文献
[1]徐高山,吕玉林,邬菲.热工微机保护系统的开发应用[J].工业仪表与自动化,2003(6).
[2]何湘杰,张静.PLC在汽轮机ETS系统中的应用研究[J].汽轮机技术,2005,(3):225-226.
汽轮机监测保护系统 篇7
水轮机本体故障多发于定子故障,温度监测是获取其工作状况的有效手段[1]。本文利用TCD-48数字温度巡检仪、RS-485总线和PC机监控分析软件,构成了一个水轮机温度在线监测系统。TCD-48数字温度巡检仪能实现48路温度采集,直接读取各个测点温度值,并通过RS-485总线上送PC工控主机,进行数据显示、保存和后期分析。
1 系统的总体构成
水轮机温度在线监测系统以现有水轮机中的测温元件和数字温度巡检仪为基础,以一台工控微型计算机作为系统主机,通信方式采用RS-485总线技术[2]。RS-485总线通信方式在对通信速度要求不高的情况下,具有实现简单、成本效费比高和数据传输可靠的优点。TCD-48温度巡检仪作为下位机,采集各个测温元件的温度值,并把数据通过总线传送给主机。主机内实时监控系统进行数据分析处理。
一台小型水轮发电机的测温元件一般有16~64个,大中型机组超过100个,分别分布在水轮机的定子和轴承等部位。以某水电站8 MW空冷水轮发电机为例:定子线圈温度有18点,定子铁心温度6点,空冷器热风、冷风各1点,正推力轴瓦温度1点,反推力轴瓦温度2点,水导温度2点,轴承油箱温度1点,油冷却器温度1点,共33点[3]。
TCD-48数字温度巡检仪采用MCS-51单片机为内核,Pt100铂热电阻作为测温元件,测温范围为-200~500℃,测量温度分辨率为0.1℃。TCD-48数字温度巡检仪每台可采集监测48个点。一台大中型水轮发电机,100多个点的温度监控点需要3台温度巡检仪。采用RS-485接口的串行数据总线完成温度巡检仪和工控PC主机的双向通信。RS-485总线传输距离长,大于1 200 m,抗干扰能力强[4]。通过PC主机实现温度在线监控,对单台温度巡检设备可以在30 m内完成48路温度检测,并上送上位机。通过实时监控可以很快发现温度异常,并定位故障源[5]。
1.1 系统硬件结构
图1是总体的系统框图,温度采集数据经采集点进入TCD-48温度巡检仪,温度巡检仪自身带有液晶显示,并简单地根据温度上下限进行声光报警。温度巡检仪通过终端接口挂在RS-485总线上,和上位PC主机保持双向通信。
1.2 RS-485总线结构
在串口通信的3种传输方式中,RS-232、RS-422、RS-485各有优缺点。RS-422工作于全双工通信状态,收发是各2根信号线。RS-485工作于半双工通信状态,任何时候都只能有一点处于发送状态,收发只需2个信号线即可,布网简单、结构可靠[6]。
由于温度巡检仪相对数据发送量少,多点通信,传送距离比较长,要求结构简单可靠,所以本系统采用RS-485布设通信总线,采用MAX491和MAX232模块连接主机PC的RS-232端口与温度巡检仪终端。MAX491是MAXMIX公司生产的RS-485通信收发器,工作于全双工状态,支持32路级联,在低速率通信情况下,传输距离大于2 km。MAX232是同系列的RS-232收发器,工作于半双工状态,主要用于总线RS-485通信模式和PC机RS-232通信模式的转换[7]。通信结构图如图2所示。
由于RS-485通信工作于半双工状态,所以需要对通信过程加以控制。由PC主机发送总召(召唤)命令,对应地址的温度巡检仪上送温度数据和自身状态数据。3台TCD-48数字温度巡检仪,1 min左右即可完成一次轮询,并实现数据的双向通信。
1.3 系统通信协议约定
作为基于RS-485总线通信的分布式温度监测系统,需要拟定于自身的软件通信协议,对通信过程加以控制。考虑到与其他监控系统的数据共享,对其他软件系统预留通信接口。规定如下通信协议。
1.3.1 协议格式
协议格式为
地址、功能码为1个字节,数据长度为2个字节,数据为n个字节,采用CRC累加校验,高位溢出。下发命令和指令返回都为此协议格式。主机PC和TCD-48温度巡检仪波特率均设置为9 600 bit/s,初始状态为串口中断方式。PC主机定时发送召唤数据命令。温度巡检仪收到主机发送的命令时,先判断召唤地址是否与自身相同:如果不同则不响应;如果相同则应答,根据功能码上送主机需要的数据[8]。
PC主机控制通信过程,主机接收到温度巡检仪上送数据后,结束本次通信过程;如果没有收到应答,则继续发送,如果3次不响应则视为线路故障。
1.3.2 命令功能码定义
功能码主要包括温度巡检仪参数读取、设置;校正零点、满点、线性点;读取通道温度数据;设置告警、温度上下限等。
1.3.3 举例
设告警(以下为16进制):发送指令03 06 000731 0064 00C8 1014 7E。
指令中,03为地址,06为设告警功能码,0007为数据长度,31为对所有通道,0064为设置告警,上限为100℃,00C8为设置告警上上限为200℃,1014为设置告警下限为-20℃,7E为校验和。设置成功后返回码为00 06 0007 31 0064 00C8 1014 7E。
2 在线监测程序设计
2.1 程序开发环境和功能模块
PC主机开发环境采用Visual Studio 2008,开发语言为C++。Visual Studio 2008构建了许多开发、调试和代码测试工具,并针对微软基础类库MFC(Microsoft Foundation Class library)界面开发增加了触模板(Ribbons)组件,大幅提高了开发效率和维护便捷性。本文使用MFC完成界面设计,并调用串行通信控件(MScomm)组件完成串口通信的控制[9]。
程序的主要功能包括通信流程的控制、数据的存贮与转发、数据显示与处理分析。系统的服务与功能模块如图3所示。
2.2 温度数据存贮与转发接口
监测系统的温度数据存贮使用开源的My SQL数据库。My SQL是一个真正的多用户、多线程SQL数据库服务器。My SQL是一个客户机/服务器结构的实现,它由一个服务器守护程序mysqld和许多不同的客户程序以及库组成。My SQL提供了一套通信应用程序接口(C API)函数,它由一组函数以及一组用于函数的数据类型组成,这些函数与My SQL服务器进行通信并访问数据库,可以直接操控数据库[10]。使用其提供的函数连接My SQL数据库代码为
考虑到各个系统之间信息的互通性,尤其是和DCS的数据共享,特增加了数据转发接口。设立监听端口2404,双方约定使用excel建立温度测点表,遵循IEC60870-5-104规约,利用主机网口进行通信。
2.3 水轮机温度数据分析
水轮机的温度测温元件主要分布在定子线圈和轴承部位。在水轮机本体故障中,主要是由于空冷或者水冷系统发生故障,如断水、堵塞和水管破裂等。在水电站运行中,需要对水轮机的定子温度施行严格有效的监控,实现对定子温度异常的有效监测和故障征兆的先期识别[11]。
本系统针对实时传送的数据加以数据拟合分析。一组测点的数据的横向比较,可以根据均值分析、曲线拟合,发现异常点,并加以重点分析[12]。图4(a)为某8 MW水轮机定子线圈的16组测温点某一时刻的温度图(图中,θ为温度,n为水轮机定子温度测点),16个测点均匀分布于定子内侧。若有某一处线圈短路或冷却异常,便可通过测点温度的横向比较,迅速加以定位。图4(b)为提取数据库历史数据得到1号测点7月份每天的平均温度值来拟合的曲线图(图中,θ为温度,N表示日期),借此可以分析水轮机定子一个月的温度变化[13]。针对测点历史数据进行数据挖掘、分析,可以进一步分析水轮机本体状态,为运行和维修提供参考[14]。
3 结语
浅谈舰船汽轮机组的保护系统设计 篇8
关键词：舰船动力装置,汽轮机组,保护系统设计
1 舰船汽轮机组的本地保护系统
舰船汽轮机组作为舰船装备的关键设备, 在设计时已经充分考虑到本地保护系统的需求。由于汽轮机组运行的特殊性, 保护系统设计、实施也就非常的繁杂。其中主要的是危急遮断系统 (ETS) 。从广义上来说, ETS系统包括了舰船汽轮机组的所有保护套件, 例如机械危急遮断系统、热工监视保护装置以及现场检测、执行机构等, 涵盖了诸如危急遮断器、电气柜以及主气阀、紧急停机电磁阀等汽轮机组的重要部件, 对汽轮超速、真空低、油压低、轴向位移大、机组振动大、差胀大等十几个关系汽轮安全运行的项目、指标进行监测。舰船汽轮机组ETS系统设计的原则主要有四个:一是简洁、直接、快速的原则。在设计时要尽量减少各种中间环节和时间延误, 避免不必要的转接、扩展和转换;二是独立系统的原则。ETS在设计时应该与汽轮机组的运行调节系统分开, 避免由于调节系统的动作导致保护系统误动作, 避免调节系统的故障影响到保护系统的运行;同时, 保护系统尽量使用独立的供电系统, 采用冗余直流电或者交流电源供电;三是失电跳机原则。在不能保证独立电源供电或者失电后保护逻辑不能被执行的情况下, 保护系统一定要设计成为失电跳机的方式, 同时系统中要具有在线电源监视以及在线报警功能;四是冗余配置的原则。在设计是要充分考虑当一套系统故障时, 另一套仍然具有关键的保护功能, 当一套系统进行维护、更换时, 不会对汽轮机组的安全运行产生任何影响。
2 舰船汽轮机组的远程保护系统
2.1 远程保护系统与本地保护系统的衔接
舰船汽轮机组本地保护系统的基本原理是依据弹簧力和油压力平衡来打开或者关闭速关阀, 主要的机电部件包括就地保安器 (相当于危机遮断系统) 、保安器错油门、速关阀 (制动) 、油管路等。在进行远程保护系统的设计时, 可以考虑在保安器错油门与速关阀之间的管线上增设电动执行机构 (电磁阀) 和回油管路, 在机组管路上增装转速测量传感器和滑油压力传感器, 系统设计启动的基本步骤如下:发生紧急情况→保护装置内部逻辑电路判断→远程控制电磁阀打开→主汽门的油直接回油箱→速关阀活塞油压降为0→速关阀关闭。
2.2 远程保护系统的原理
在新增的远程保护内容中, 最主要的是超速保护和滑油压力低保护。当汽轮机的转速超过额定的8%时, 汽轮机转子可能会发生松动, 从而引发严重的汽轮机飞车事故, 远程超速保护的作用就是当超速超过一定限度时, 对汽轮机实施紧急停机操作。而当机组滑油系统的压力降至规定的极限低位时, 会使得轴承滑油温度迅速升高, 导致机组轴承故障, 滑油压力低保护可以设置一定的滑油压力值, 当汽轮机组滑油系统的值低于设定值时, 保护动作启动, 关停汽轮机组。
2.3 远程保护系统的组成
远程保护系统主要由保护装置、测量传感器、电磁阀以及管路附件组成。安装在管路上的测量传感器主要用来检测滑油压力和汽轮机转速, 考虑到冗余配置的需要, 至少要安装三路转速传感器和滑油压力传感器。保护电磁阀是汽轮机保护系统的关键设备, 电磁阀质量的好坏直接决定了保护系统启动、关停的准确性, 对汽轮机组的安全运行起到重要的保护作用。
保护装置是远程保护系统的核心部件。其作用主要是当测量传感器检测到运行参数超过设定值时, 通过内部的功能插件进行处理和判断, 并通过输出保护信息指挥管路上电磁阀动作。保护装置内部的部件主要有:三通道逻辑判断插件 (具有参数采集功能) 、三通道电源插件、报警符合插件以及继电器、滤波器等。在保护装置的前面板上, 设置了一些电源开关、报警指示灯等, 后面板则主要安装一些信号传递、电源连接件。
2.4 远程保护装置的设计
保护装置在汽轮机组的远程保护系统中起着关键性的作用:一是报警功能, 前面板的灯光和蜂鸣器是主要的报警部件;二是保护动作信号输出功能, 控制电磁阀的保护动作执行;三是远程遥控和自动控制功能;四是与保护系统其它设备的通信功能。在进行保护装置的设计时要注意几点: (1) 要选择性能可靠、安装使用方便、接触优良的军用继电器, 继电器在保护系统中起着关键的联接和传送作用; (2) 要选择性能强大、功耗低、适合在高温环境使用的微处理器; (3) 选用抗干扰能力非常强的军用数字逻辑器件; (4) 采用由精密线绕电阻和优质金属膜制造的低噪音电阻器; (5) 采用的系统软件应设有自检功能, 采用先进编码技术提高串口通信的可靠性, 保证信号接收的准确、完整、无误。同时也要注意软件的抗干扰能力, 避免舰船机密数据从系统泄露。
2.5 远程保护系统的可靠性设计
可靠性工程管理是舰船装备管理的一个重要方面, 在进行汽轮机组的远程保护系统设计时, 一定要做好可靠性的设计。可靠性工程中有几项非常典型的技术, 例如降额技术、冗余技术、潜在通路分析技术等, 其中在远程保护系统设计中要特别注意以下四点:一是冗余设计, 至少要设计三路或以上的测量传感器、逻辑判断插件、冗余直流电源以及两路报警逻辑仲裁并联供电电路;二是信号通路和电气设备的独立原则。保护系统的保护参数设置、输入信号、信号逻辑处理、保护动作输出以及供电电源均应采用独立的通路, 避免任一单路故障影响其他通路的保护动作执行, 在电气设备的隔离上, 各冗余通道的参数通道、逻辑判断插件等在电气上相互隔离、输入/输出电源相互独立, 不存在公共端, 避免相互之间的影响;三是多级局部仲裁技术。首先是三个逻辑插件分别对保护参数进行局部仲裁, 结果再送至报警仲裁插件仲裁处理, 处理结果再经过继电器插件进行逻辑仲裁才输出报警信号, 通过多次局部仲裁, 有效提高信号处理、定值比较的可靠性, 提升保护动作的精准率。
3 结束语
保护系统是舰船汽轮机组安全运行的可靠保障, 保护系统必须要最大限度的消除可能出线的误动作并杜绝可能出现的拒动作, 在做好本地保护系统的设计同时, 做好远程保护系统的规划与设计, 能够在紧急情况下或是本地保护系统失灵的情况下, 通过控制室内的保护装置进行遥控操作, 进一步提升整个舰船汽轮机组运行的安全性和可靠性。
参考文献
[1]赵利永, 姜建强, 王锋.浅议汽轮机组的振动故障和处理、保护措施[J].机电信息, 2013, 18.
[2]程晓海.汽轮机调节保护系统.卷宗, 2013年第7期