尹磊
摘? 要:西門子9F級燃氣-蒸汽聯合循環(huán)機組多為一拖一單軸運行,在汽輪機升速到3 000轉時由3S離合器連接燃機和汽輪機轉軸,機組高轉速咬合瞬間軸振實測值相對高,靠近發(fā)電機也容易受到電磁干擾,對5瓦6瓦軸承振動傳感器測量可靠性要求更高。該文通過現場發(fā)生的渦流探頭測量失真2個事例,闡述了軸振傳感器失真原因及后續(xù)處理過程,使TSI檢測系統正常可靠地運行,保證機組安全穩(wěn)定運行。
關鍵詞:3S離合器;渦流振動傳感器;分析;處理
中圖分類號:TK67? ? ? 文獻標志碼:A
1 燃氣蒸汽輪機發(fā)電方式簡介
燃氣蒸汽輪機聯合循環(huán)機組以天燃氣為主要原料,實現能源高效利用與低污染排放,其特點是體積小,啟停迅速,調峰快,節(jié)能環(huán)保。東亞電力(廈門)有限公司西門子9F級燃汽輪機為一拖一聯合循環(huán),燃機與發(fā)電機同軸,汽輪機高中低壓缸同軸,燃機和汽輪機通過3S離合器連接,啟動過程有別于煤電機組,燃機通過燃料閥控制天燃氣進氣量,天燃氣與壓氣機加壓后的空氣混合燃燒,沖轉燃機升速并網,燃機排氣煙氣加熱汽包爐水,產生合格蒸汽經汽機調閥沖轉汽輪機升速,汽機轉軸通過3S離合器與燃機轉軸咬合發(fā)電。3S離合器是燃汽輪機的關鍵部件,在汽機升速到2800轉后連接燃機汽輪機轉子,低轉速時分開由各自盤車機構帶動盤車。
2 9F 燃汽輪機TSI測點布置及用途
燃氣機組以調峰為主,每天啟停,一拖一特殊的咬合系統,對軸系安全監(jiān)視系統可靠性要求高。西門子9F級燃汽輪機TSI系統由16個軸振探頭,16個殼振探頭,3個軸向位移,2個鍵相,14個轉速組成。軸振測量相對振動,主要用于監(jiān)視,只有5瓦6瓦軸振在咬合階段參與保護。殼振探頭測量絕對振動,參與機組振動高跳機保護。鍵相用于輔助分析機組偏心和振動,尤其是各測點振動的相對關系,確定配重位置。燃機和汽輪機各安裝6個轉速,用于測量大軸轉速,參與機組DEH控制及超速保護。
3 渦流傳感器工作原理
我廠西門子9F級燃汽輪機軸振探頭為Vibro-meter生產,型號為渦流振動探頭TQ402,與其相匹配的IQ452信號前置放大器共同組成渦流傳感器。渦流振動探頭內部有一磁鐵,它被固定在傳感器殼體上,端部有一平面空心線圈,當此線圈中有高頻正弦交變電流通過時,線圈周圍空間就產生一個高頻振蕩磁場,在臨近金屬表面就會產生感應電流,即電渦流,其強度隨著傳感器線圈與金屬之間的距離變化而變化。前置器內含有高頻信號發(fā)生器和濾波電路,輸出一個與距離變化成正比的直流電壓信號,送到TSI卡件轉換合成輸出電流信號到DCS系統,這就是電渦流傳感器的工作原理。
渦流傳感器用于對移動機械元件和相關位移的非接觸測量。Vibro-meter軸振探頭靈敏度為8 V/mm,探頭測量范圍4㎜,安裝時選擇10 V做為基準電壓,該位置為傳感器量程中段線性最好位置,有助于提高測量準確度。軸振探頭安裝固定在軸瓦上,每個軸瓦上安裝2個由X和Y方向組成的渦流探頭,所安裝探頭在其軸承測量平面內的安裝角度相互垂直,并與軸承上軸瓦的垂直中心線兩側各成45°。軸振傳感器測量轉軸與軸瓦之間的相對振動,經振動卡件處理采集振動峰-峰值。安裝時探頭旋入軸瓦支架,延長線從3S離合器前箱穿線孔引至接線盒內與前置器相連,探頭表面與軸的間隙體現在前置器輸出電壓上。用萬用表測量前置器輸出電壓,同時調整探頭懸入深度,此時探頭前端面與被測軸表面逐漸接近,當測得輸出電壓由24 V開始減小時,要慢慢旋轉探頭直至電壓達到10 V附近,微調鎖緊螺母,準確將探頭輸出電壓調整為10 V并鎖緊螺母。
4 3S 離合器兩側軸振振動探頭異常處理
4.1 探頭安裝影響軸振測量
9F級燃汽輪機5瓦6瓦軸振探頭安裝在3S離合器兩側,機組啟動咬合階段3S離合器兩側振動測量值大幅升高,燃氣-蒸汽輪機聯合循環(huán)機組一拖一啟動的特殊性,依靠3S離合器將燃機汽機轉速同步到3 000轉。每次啟動咬合過程中轉軸高速硬性連接,為防止咬合過程中軸振實測值高損壞設備,保護邏輯關系如下,咬合階段即汽機轉速在2 850與3 000轉之間,并且5瓦6瓦振動值之和大于260 μm,會觸發(fā)汽輪機跳閘,汽機轉速低于870轉時才能再次啟動。
#1機組曾經發(fā)生過在汽機沖轉咬合階段,6瓦軸振突變,振動超出報警值達滿量程,直至壞點,汽機無法正常咬合。如果是真實測量值可能會對3S離合器造成損壞,通過觀察卡件采集通道,發(fā)現6瓦軸振僅Y側振動大幅波動,X側振動在正常范圍內。檢查前置器輸出電壓無規(guī)律波動,測量探頭阻值在7Ω~9Ω波動。在前置器上對換6瓦XY兩側軸振探頭延長線后,卡件上顯示為X側振動大幅波動,Y側振動正常,可排除外部前置器卡件損害及線路干擾引起測量不準。初步判斷可能有3種情況所致。1)探頭安裝傾斜。2)延長線接頭接觸不良。3)Y側振動實際高。東南大學振動專家來廠采集數據,根據頻譜分析初步懷疑為假信號,把探頭從延長線處拆除,卡件僅輸出X側正常值,避免汽機在咬合過程中跳閘。利用機組臨停檢修時揭開3S離合器前箱端蓋,檢查探頭并無松動現象,延長線接頭無松動氧化。松開6Y振動探頭并緊螺母,往外旋轉探頭,發(fā)現探頭非常緊,往外旋咬合力很大,初步確定探頭裝歪,拆出來檢查探頭表面,發(fā)現有一側已被磨出痕跡。檢查支架螺紋在起始部位有3個螺牙滑絲,且在螺牙內部有油污鐵屑,安裝時探頭與支架螺牙沒對準,探頭受力,端面傾斜,隨著機組啟停咬合次數增多,6Y軸振探頭表面受摩擦,導致軸振探頭受損。針對安裝時出現的問題,后續(xù)安裝工藝做了改進,安裝軸振探頭前都要檢查螺牙,并用潤滑油沖洗安裝孔,軸振探頭旋入時用手旋到電壓有變化才能用工具調整。測量元件安裝位置油脂多,溫度高,接觸位置容易氧化老化接觸不良,從而導致信號傳輸不穩(wěn),信號波動,在安裝工藝上做了改進,連接頭纏生膠帶,外側套熱縮管,做了延長線保護槽盒,防止受力同時起到屏蔽作用。
4.2 碳刷接地干擾軸振測量
#2機組5瓦6瓦軸振曾發(fā)生過一起由于接地不良導致軸振大幅波動事件。3S離合器兩側軸振探頭安裝位置靠近發(fā)電機勵磁系統,大軸碳刷接地不良也容易導致軸振波動。發(fā)生故障當天#2機組帶滿負荷運行,5瓦,6瓦軸振測量值由50微米逐漸攀升,超出報警值130 μm之后開始無規(guī)律波動,波動范圍在80 μm~150 μm。發(fā)現異常后立即趕往電子設備間查看軸振測量卡件顯示數值,5瓦和6瓦X,Y兩側振動測量數值都在同時波動,用手持式振動測試儀測量軸振測點附近機殼,手測值在40 μm~70 μm,對比日常巡視測試數據并無明顯差別,機組實際振動高的可能性不大。4個探頭同時波動,軸振測量元件同時損壞的可能性不大,懷疑干擾源影響所致。由于該時段現場無人員在接線盒附近使用手機,對講機,且振動波動持續(xù)存在,排除外部無線電發(fā)射裝置影響。機組維持運行到晚上停機后檢查,首先檢查信號系統屏蔽及接地,屏蔽層均完好,接地線接觸良好,無氧化松動現象??紤]干擾的共性問題懷疑為周圍電磁干擾,檢查3S離合器旁大軸碳刷,發(fā)現2只碳刷的公共線松脫,接線緊固后發(fā)現盤車狀態(tài)下軸振波動同時消失,至此可確認導致軸振波動的主要原因是碳刷接觸不良,轉軸上積累的靜電電荷無法對地釋放通路,靜電荷積累造成軸電壓升高,轉軸產生電勢影響渦流傳感器線圈測量,產生干擾電勢,使測量失真。
5 結語
9F級燃汽輪機3S離合器兩側軸振高是一個普遍問題,排除安裝影響因素,消除回路信號干擾因素,才能保證振動測量值的準確性。工作中需要掌握探頭原理,分析可能存在的虛假信號,提供真實可靠的檢測數據也是保證機組正常運行的重要因素。
參考文獻
[1]李治永.某燃氣輪機電廠發(fā)電機勵磁機轉子接地故障的分析與處理[J].燃氣輪機發(fā)電技術,20(3-4期合刊):84-87.
[2]盧廣法.西門子F級燃氣-蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電機組培訓教材[M].北京:浙江大學出版社,339-346.