（江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司 江苏启东 226200）
摘要：本文简单介绍了轴位移的原理及安装工艺要求，并针对电厂机组在正常运行期间出现的波动现象及机组检修盘车运行后，轴位移1、3出现间歇性波动现象，通过对轴位移传输信号的检查、进行分析，提出了针对此类故障的处理方法，确定了合适的解决方案，保证了机组安全稳定并网。
关键词：轴位移；TSI；干扰；波动；改进
1、前言
随着汽轮机技术的发展，对机组的安全性和稳定性标准逐步提高，而汽轮机轴移信号是汽轮机一个非常重要的参数，轴位移测量与轴位移过大保护是汽轮机的一个重要组成部分，因此轴位移测量的准确性和稳定性要求更高。它对汽轮机的安全稳定运行起着至关重要的作用，不准确的测量、安装工艺差及任何原因的保护拒动及误动都将导致严重后果。同时汽轮机的轴位移关系到发电机组的安全稳定运行，保证供电质量的关键参数。汽轮机轴向位移间接测量转子的轴向推力，我厂轴向位移共有四个探头，均为电涡流式，在键相盘前后分别装有两个探头来完成。这种传感器具有结构简单、体积小、可靠性高、非接触测量、可用于恶劣工作环境等优点，但也存在一些难以克服的缺陷，如抗干扰能力差、对被测物表面要求高等。
2、TSI轴位移测量原理
某电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的超超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、高中压合缸、反动凝汽式汽轮机，型号是CCLN660-25/600/600。其中配置轴位移传感器4只，4只轴位移探头都安装在机头前箱健相盘处，信号通过机头仪表柜内的前置器传输给汽机TSI机柜的相应卡键上，其中测点1、2接入位于汽机电子间的TSI机柜的R6位置MMS6210卡件上，同样，测点3、4接入R7位置MMS6210卡件上。
轴位移前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F（τ，ξ，б，D，I，ω）函数来表示。通常我们能做到控制τ，ξ，б，I，ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。
3、汽轮机轴向位移探头安装及注意事项
3.1探头型号：PR6424/000-130，为电涡流测量原理，共4个，其中推力瓦工作面2个，非工作面2个。测量汽轮机转子的相对位移。
3.2安装方法：汽轮机轴向位移探头安装时主要调整间隙电压。安装前需机务专业推轴后提供轴向间隙，然后计算各探头的间隙电压，并按计算的间隙电压调整各探头与推力盘的距离即可，调整完毕后锁紧固定螺母。
3.3轴向位移间隙电压计算方法：
3.3.1转子推向工作面计算方法：检修时机务专业向工作面推轴（即向发电机方向推轴），轴向间隙30丝，探头基准电压为-10V，探头与检测面每变化1mm电压变化-4V（探头量程为-2mm~2mm，对应测量电压为-2~-18VDC），则间隙电压为：
工作面轴向位移电压：-10V-0.30mm/2*（-4V）/mm=-9.4V
非工作面轴向位移电压：-10V+0.30mm/2*（-4V）/mm）=-10.6V
安装完毕后观察上位机各轴向位移数值应为推力间隙的一半，即为0.15mm左右。
3.3.2转子推向非工作面计算方法：各数据同上，检修时机务专业向非工作面推轴（即向机头方向推轴），则间隙电压为：
工作面轴向位移电压：-10V+0.30mm/2*（-4V）/mm=-10.6V
非工作面轴向位移电压：-10V-0.30mm/2*（-4V）/mm）=-9.4V
安装完毕后观察上位机各轴向位移数值应为推力间隙的一半，即为-0.15mm左右。
3.4注意事项：
3.4.1由于轴向位移探头测量的是距离值，间隙电压的大小直接反映在距离值的变化上，因此调整间隙电压时比轴振严格，应尽量调整间隙电压接近计算的间隙电压值。
3.4.2安装前检查支架安装牢固，各探头与对应的前置器应做好标记，原样恢复。探头安装完毕后检查锁紧螺母已紧固，防止运行中设备振动造成螺母松动。
3.4.3探头引线LEMO接头连接后需用热塑管密封，以保证LEMO接头绝缘浮空（LEMO头与金属地接触后将造成信号跳变）。另外探头引线需全程用黄腊管防护，并用细铜线固定牢固，引线走向需避免各类机械碰磨损伤的可能，尤其是引线出接头处、穿缸体处及引线过设备边棱处等过渡部位要重点防护，以防止探头引线绝缘破损引起信号跳变。
4、机组正常运行和检修时轴向位移出现的问题及处理方法
4.1机组正常运行时轴位移异常波动、原因分析及处理措施
4.1.1机组正常运行时轴位移信号波动
某机组汽轮机中修后正常运行过程中，TSI系统4个轴位移信号中1号开始小范围的波动，随时间波动范围小幅增大，同时2号轴位移也开始小范围波动，严重影响机组安全运行，开始查找原因。在此期间，3、4号轴位移指示稳定，无摆动现象。检查信号电缆回路无异常，卡键通道参数正常，初次判定为轴位移信号电缆中间LEMO接触不良，但是由于机组运行无法拆开汽机机头前箱进行处理，于是办理主机保护投退保护单，将轴位移过大保护退出运行。
4.1.2轴位移波动原因分析：
某机组停运借临修期间，检查轴位移波动原因，为此将轴位移测量系统进行分块分析，逐步排除干扰原因。
4.1.2.1对轴位移测量回路进行检查，检查电缆的干扰情况。
TSI转速电涡流探头经前置器，通过前置器连接电缆直接接入TSI机柜的MMS6210卡件上。检查TSI机柜的R6位置MMS6210卡件背板通道上接线无无问题，同时端子排及就地接线亦无问题，供电电源正常，排除了电缆接线问题。
4.1.2.2对TSI组态及抗干扰情况进行检查：
检查TSI卡件组态中通道参数的设置，并对R7位置MMS6210卡件上3、4号轴位移设置的参数进行核对，无问题。为排除端子板与模件的内外部抗干扰能力，将2号探头至前置器的接线与3号互换，同样3号轴位移也出现了波动，而2号轴位移则恢复正常，排除了TSI卡件的问题。
4.1.2.3对传感器抗干扰方面检查
检查探头的安装位置合适，检查安装记录，核对探头安装方式及间距均正确，检查发现探头至中间转接接头迷你头处有油质冲刷刮伤痕迹，导致信号电缆屏蔽性能下降，抗干扰能力减弱。间接原因为安装时，未考虑探头至迷你头间信号电缆的屏蔽保护，导致油质冲刷破坏屏蔽效果。
4.1.3轴位移异常波动处理方案：
首先是探头安装准确无误，通过机务给定推轴后的推力间隙后才可安装，同时安装过程中注意考虑信号电缆的屏蔽功能，如探头信号电缆的迷你头需用专用的清洗液清洗后再回装，热缩管热缩中间接头，同时将汽机前箱内信号电缆加套黄腊管，避免因油质冲刷损坏。信号电缆安装牢固可靠。
其次，由于原保护的动作方式为测点1、2同时达到跳机值±1mm，或者测点3、4同时达到跳机值±1mm，则触发TSI机柜内ZJ7继电器，送两路闭合接点到DCS中的ETS系统中，触发汽轮机ETS动作。参照《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》第3.3条相关规定要求，为保证保护动作可靠，防止因轴位移卡件故障造成机组跳闸，需增加两块轴向位移卡件，使轴向位移探头与卡件实现一一对应关系，避免轴向位移保护误动。利用汽机电子间TSI机柜剩余卡槽增加两块轴向位移卡件MMS6210，使轴向位移1接到R6卡槽位置，轴向位移2接到R7卡槽位置，轴向位移3接到R24卡槽位置，轴向位移4接到R25卡槽位置，后面配线插头随探头挪动，保护动作接线保持不变。接线方式按图3所示，R6为轴向位移1号的，R7原为轴位移3号和轴位移4号的共用卡键，现将轴位移2号移接至R7卡键的通道1上，同理从R7拆下的轴位移3和轴位移4分别移接至新增卡键R24和R25的第一通道上，R24和R25卡键的接线方式和图3类似，在此不再重复。
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图4-1 轴位移卡键背板接线图
利用机组检修期间实施方案，具体施工为：
（1）汽机机停运，盘车停止运行，偏心无需检测，TSI系统具备停电条件。
（2）安装新轴位移卡件MMS6210接到R24，R25位置。
（3）把原轴向位移2 R6卡件通道2后面的阵脚拔下插到R7卡槽位置的卡件通道1上。
（4）把原轴向位移3 R7卡件通道1后面的阵脚拔下插到R24卡槽位置的卡件通道1上。
（5）把原轴向位移4 R7卡件通道2后面的阵脚拔下插到R25卡槽位置的卡件通道1上。
（6）连接调试电脑，对R6、R7、R24、R25位置的卡件重新组态，删除无用的通道2上的组态。
（7）下装完组态后调试，保证动作正常，并做好实验记录。
（8）调试完毕，动作正常，验收。
同理汽机侧小机轴位移卡键也可按类似的方法进行改造，进而保障了卡键独立后，不因单一卡键损坏导致机组非停等影响机组安全运行的状况。
4.2机组检修后汽轮机轴向位移检测异常、原因分析及处理措施
4.2.1机组检修后轴位移个别信号波动
某台机组盘车运行中，在检查DCS曲线图中，发现汽轮机轴位移1、3数值显示间歇性跳变，调取历史曲线后发现，在汽轮机盘车未启动前轴向位移1、2、3、4信号监测曲线平滑正常，盘车启动后轴向位移1、3信号有间歇性突变现象；
4.2.2检修后轴位移个别信号波动原因分析：
轴向位移2、4信号监测正常，轴向位移1、3出现间歇性波动现象；在尝试多种方法判断后故障无法消除，并将故障点锁定到前置器到前箱内部，相关专业迅速组织讨论并制定相应处置方案。
在汽轮机盘车运行状态下，机务专业打开汽轮机前箱盖人孔门，热工检查轴向位移1、3监测探头；经过仔细观察，1、3探头安装于汽轮机推力轴承监测盘两侧相对位置，由于监测盘上开有键相检测的凹槽（约5mm深，推力盘一个圆周仅有一个键相槽），且轴向位移探头1、3安装较2、4靠外，当汽轮机轴承转动一个周期时，轴向位移1、3测量到键相凹槽导致DCS画面显示有突变现象。
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图4-2 检修盘车后轴位移历史曲线
图示说明：黄色轴向位移1信号显示；蓝色为轴向位移3信号；粉红色为轴向位移2和4信号重合在一起；绿色为盘车电流运行状态；
4.2.3轴位移异常波动处理方案：
鉴于安装轴向位移的支架上开有多个安装孔且汽轮机轴向位移1、3安装位置较为靠外，同时推力轴承监测盘上开有键相凹槽，导致原有安装位置测量不准确的原因，与运行人员沟通后，停运盘车、润滑油泵；揭汽轮机前箱盖，按停运盘车后的轴向位移数据分别对轴向位移4个探头重新安装固定；对于此现象必须对轴向位移探头重新固定安装。
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图4-3 轴向位移1、3安装前后对比图
通过合理安装轴向位移探头1、3，避开键相凹槽的影响，测量参数显示正常、较为平滑，无突变现象。轴向位移安装工艺需严格要求，轴向位移安装位置有误，暴露出检修安装人员经验不足。检修人员多次变更，回装人员与拆除人员非同一人员，且轴向位移测点标识不清，仅在外延标记1、2、3、4测点，未精确到哪个孔，导致回装时安装孔非原拆除孔。在盘车未启动时，测点显示完全正常，验收时未发现异常，未引起足够重视，最终导致盘车后才发现测点间歇异常。利用机组停运机会，取消轴向位移固定支架上的多余安装孔，避免选择性安装错误。同时严把检修质量关，做好相应标记，做好技术培训工作。避免类似事件的再次发生。
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图4-4 重新安装盘车后轴位移正常测量历史曲线
5、结束语
汽轮机轴向位移作为机组主保护，其重要性不言而喻，根据《二十五项反措》和《火电厂热控系统可靠性配置与事故预防》对TSI测量系统的相关要求，近年来通过卡件独立改造及设备选型，消除了轴向位移测量的常见故障，提高了轴向位移测量的可靠性，机组检修后传动调试环节要求也越来越严格，本文介绍了两种传动调试方法，各有利弊。轴向位移可靠性的提高为机组的稳定并网，安全运行提供了保证。同时也供相同类型机组参考。
参考文献：
[1] 杨希刚；汽轮发电机组状态监测与故障诊断，华北电力大学（河北），2008年
[2] 梁志斌；汽轮机监测保护装置测试系统的研究与设计，济南大学，2010年