30MW机组TSI系统测量原及电涡流传感器资料

30MW机组TSI系统测量原及电涡流传感器资料第一页，共49页。

随着汽轮机组容量的不断扩大，蒸汽参数越来越高，热力系统也越来越复杂，汽轮机本体及其辅助设备需要监测的参数和保护项目越来越多。汽轮机是在高温、高压下工作的高速旋转机械，为提高机组的热经济性，大型汽轮机的级间间隙、轴封间隙选择的都比较小。在启、停和运行过程中，如果操作、控制不当，很容易造成汽轮机动静部件互相摩擦，引起叶片损坏、主轴弯曲、推力瓦烧毁甚至飞车等严重事故。为保证汽轮机组安全、经济运行，必须对汽轮机及其辅助设备、系统的重要参数进行正确有效的严密监视。当参数越限时，发出热工报警信号；当参数超过极限值危及机组安全时，保护装置动作，发出紧急停机信号，关闭主汽门，实现紧急停机。TurbingSupervisoryInstrumentation第二页，共49页。

大型汽轮机组普遍安装成套的汽轮机监测仪表系统(TurbineSupervisoryInstrumentation，简称TSI)。主要包括:美国本特利公司的3300、3500系列；德国菲力浦公司的MS6000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行提供了保证。TurbingSupervisoryInstrumentation第三页，共49页。

轴承振动转速零转速轴向位移差胀(高压差胀、低压差胀)

键相偏心缸胀TurbingSupervisoryInstrumentationTSI系统的监测项目第四页，共49页。一、测量约定约定就是一种协议，一种规定，是以语言或文字形式订立的在某个群体或范围内应共同遵守的条件。对于本特利系统来说，为了便于更好的理解和交流各设备、系统的特性，制定一套大家都习惯和认可的约定是十分必要的，其主要的内容有以下几个：第五页，共49页。一、测量约定1、测量速度、加速度和位移的传感器，当探头向测量面靠近时，输出信号趋向正方向；第六页，共49页。一、测量约定第七页，共49页。一、测量约定2、观察或标注设备时，默认方向为从驱动端向被驱动端看；如汽轮发电机组，通常是从汽轮机向发电机看，电泵就是从电动机向给水泵侧方向看。3、当测量探头采用X向和Y向方式时，从驱动端向被驱动端看；第八页，共49页。一、测量约定观察方向X方向通道Y方向通道驱动端第九页，共49页。一、测量约定第十页，共49页。二、传感器特性本特利传感器一般分为位移传感器、速度和加速度传感器和机壳膨胀传感器。第十一页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器

我们常接触到的本特利涡流传感器有直径5mm涡流传感器、8mm涡流传感器、11mm涡流传感器、14mm涡流传感器、25mm涡流传感器、50mm差胀传感器、3300耐高温电涡流传感器几种，其中5mm探头和14mm探头不常用。每个传感器系统都由探头、延长线和前置器组成，本特利探头、延长线和前置器具有完全的可互换性，只要部件号一致，各部分可以互换。第十二页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器

电涡流传感器是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移、振动传感器，其基本原理是探头、延伸电缆、前置器以及被测体构成基本工作系统。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。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。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），第十三页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器于此，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。第十四页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器<100milRF信号延伸电缆和探头前置器DEMODULATOROSCILLATOR第十五页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器导电材料电涡流RF信号第十六页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器RF信号0RF信号0小间隙大间隙第十七页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器RF信号0变化的间隙第十八页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器解调器的输入前置器输出00解调器的操作第十九页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器中心导体内部屏蔽层绝缘层外部屏蔽层同轴电缆－三层第二十页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器CHANGEINVOLTAGECHANGEINGAP24OUTPUT(-Vdc)PROBEGAP(mils)00102030405060708090100110120130140246810121416182022涡流探头校验图第二十一页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器

平均的灵敏度(ASF)等于:

间隙电压的变化间隙的变化灵敏度的计算第二十二页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器(-18.0Vdc)-(-2.0Vdc)(90－10)mils=200mV/milor=7.87mV/um第二十三页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器①8mm探头，现在常用的为3300XL8mm系统，其系统能输出正比于探头端部与被测导体表面之间的距离的电压信号。它既能进行静态（位移）测量又能进行动态（振动）测量，主要用于油膜轴承机械的振动和位移测量，以及键相位和转速测量。其线性范围为2mm(80mils)，从距被测靶面约0.25mm（10mils）处开始，从0.25至2.3mm（10至90mils）（约-1至-17Vdc）；探头灵敏度系数为7.874V/mm

转速所用传感器的安装一般距离被测物平面1MM。第二十四页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器转速及零转速

机器转速的测量，长期以来已成为一项必须进行的标准程序，转速值显示是汽轮机组开车、停车以及稳定运行时的重要参数，并且振动值与机器转速的相关性对最终分析机器性能十分重要。例如：在机器停车过程中，转速突然下降，会意味着机器内部存在着大面积的金属摩碰。而零转速是预先设定的轴旋转速度，系统停车或维修时，当机器转速达到零转速设置点，继电器触点动作，使盘车齿轮啮合，使轴持续慢速旋转，来防止轴产生弯曲，以避免在接踵而来的开车中由于轴弯曲对机器造成损坏。测量由两只装于前箱正对60齿盘的涡流传感器和板件组成，如图2.1所示当机器旋转时，齿盘的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地改变输出信号，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进行计数、显示，与设定值比较后，驱动继电器接点输出。机组转速的测量范围：0～5000rpm；零转速设定值：小于2rpm；转速报警值：3240rpm。第二十五页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器②11mm探头，现在常用的为3300XL11mm系统，对于油膜轴承机器非接触式振动和位移测量，3300XL11mm电涡流传感器系统灵敏度可输出3.94V/mm(100mV/mil)。11mm的探头端部使这种传感器与我们标准的3300XL8mm传感器系统相比具有更大的线性区，线性范围为4.0mm(160mils)，从距被测靶面约0.5mm（20mils）处开始，从0.5至4.5mm（20至180mils）。它主要应用在要求大线性范围的下列测量：•轴向（推力）位移测量•蒸汽轮机的斜面差胀测量•往复式压缩机活塞杆位移或下降的测量•转速计和零转速测量•相位参考（键相位）信号应用建议：3300XL11mm趋近式传感器系统设计用于频率范围从0到8kHz

的位移或振动测量，典型应用包括径向振动和位移、轴向位移以及键相位测量。第二十六页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器③25mm探头，现在常用的为3300XL25mm系统，0.787V/mm(20mV/mil)的灵敏度输出使系统的线性范围达12.7mm(500mil)。线性范围从距被测靶面约0.63mm（25mils）处开始，从0.63至13.33mm（25至525mils）（约-1.5至-11.5Vdc）。由于具有这样的线性范围，3300XL25mm传感器系统适用于测量中到大型蒸汽透平发电机上由于透平转子和机器定子（壳体）膨胀率不同所引起的差胀（DE）。差胀测量由两个电涡流传感器实现，测量与推力轴承有一定距离的凸缘或斜面。第二十七页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器④50mm差胀传感器，它是为大型蒸汽透平的差胀提供精确可靠的测量方法。在用凸缘观测时，选择安装方法的准则和25mm探头相似，观测靶面的尺寸以及所预料的轴向差胀的大小。如果凸缘的高度足够大，用一个传感器观测凸缘的一个侧面，可测量胀差。如果胀差的大小，超过用一个传感器观察凸缘一个侧面的范围时，则需要用两个探头采用补偿的安装方式进行测量，两个探头各观测凸缘的一个侧面，凸缘在两个探头之间移动，这样可以把测量范围加大一倍。这种方法之所以可以加大差胀的测量范围，是因为当凸缘移出一个传感器的测量范围时，它就进入另一个探头的测量范围。还有一个差胀测量技术的选项，就是用斜面测量，它较之一般的凸缘测量，可以加大传感器的测量范围。传感器可以在27.9mm(1.1in)范围内保持线性。线性范围从距离观测靶面约1.3mm(50mils)处开始，从1.3到29.2mm(50到1150mils)，探头的平均灵敏度为0.394±0.008V/mm。

第二十八页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器推荐最小靶面尺寸

第二十九页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器推荐探头间最小距离

第三十页，共49页。二、传感器特性1、电涡流位移传感器斜面测量第三十一页，共49页。二、传感器特性2、速度及加速度传感器

常见本特利速度传感器主要有9200,74712,47633Seismoprobe®速度传感器系统，速度计（Velomitor®）压电式速度传感器，330525Velomitor®XA压电式速度传感器，330750高温Velomitor®速度计系统，190501Velomitor®CT速度传感器；加速度传感器主要有330400和330425加速度计加速度传感器及200150加速度计。这些都是接触式传感器，速度传感器主要测量轴承箱、壳体的绝对振动，加速度主要用于有撞击或高频地方的测量，如齿轮箱和滚动轴承。第三十二页，共49页。二、传感器特性2、机壳膨胀传感器系统和高温机壳膨胀传感器系统

机壳膨胀是透平监测仪表的一项重要位移测量参数。机壳膨胀（有时称构架膨胀）是指机壳在机器起动或在线运行期间产生的热膨胀。机壳膨胀传感器系统通常安装在与汽轮机机壳固定端相对的基础上，提供机壳相对于基础的膨胀信息。机壳膨胀参数应使用双重传感器进行测量。这种测量方式可以随时显示机壳滑动支脚的位置。当一个支脚受到阻碍或被卡住时，将导致机壳变形和机器损坏。双重机壳膨胀传感器系统与3500或3300监测器共同使用时，可以对这种情况提供报警信息。机壳膨胀传感器组件由一个LVDT（线性可变差动互感器）和对其进行保护的防护罩组成。机壳膨胀传感器的工作原理为：机壳膨胀传感器系统使用LVDT测量机壳的热膨胀。LVDT有一个探杆与机器相连。当机壳膨胀时，探杆在LVDT内移动，引起LVDT信号发生变化。信号经过调节后输出到监测器上，用于显示和报警。第三十三页，共49页。二、传感器特性2、机壳膨胀传感器系统和高温机壳膨胀传感器系统

线性差动变压器LVDT的结构示意图。它由一个振荡器、一个激励绕组W0和2个输出绕组W1、W2组成。振荡器为激励绕组提供振荡频率为lkHz的激励电压，输出绕组W1、W2反向串接，将铁芯的位移d线性地转换为交流输出电压，经解调器检波、放大及滤波等环节处理后，输出直流电压。LVDT的输出电压与铁芯位置呈线性关系。

右图为直流500HR、1000HR和2000HR三种型号的LVDT输出特性曲线，第三十四页，共49页。二、传感器特性2、机壳膨胀传感器系统和高温机壳膨胀传感器系统

24765dcLVDT组件的电气特性为：比例因子

24765-01:0.346V/mm(8.79V/in)24765-02:0.404V/mm(10.25V/in)24765-03:0.143V/mm(3.63V/in)线性范围

24765-01:25.4mm(1.0in)24765-02:50.8mm(2.0in)24765-03:101.6mm(4.0in)第三十五页，共49页。三、TSI3500系统3500系统提供连续、在线监测功能，适用于机械保护应用，并为早期识别机械故障提供重要的信息。3500应用了最新的微处理器技术，它是本特利内华达采用传统框架形式的系统中功能最强、最灵活的系统，具有其它系统所不具备的多种性能和先进功能。该系统高度模块化的设计包括：•3500/05仪表框架(要求)•一或两个3500/15电源(要求)•3500/20框架接口模块(要求)•一或两个3500/25键相器模块(可选)•3500框架组态软件(要求)•一个或多个3500/XX监测器模块(要求)•一个或多个3500/32继电器模块或3500/34三重冗余继电器模块(可选)•一个或多个3500/92通讯网关模块(可选)•3500/93、3500/94或3500/95显示装置或运行于兼容PC机上的3500操作者显示软件(可选)•内部或外部本质安全栅，或用于危险地区安装的电绝缘装置。(可选)第三十六页，共49页。三、TSI3500系统第三十七页，共49页。三、TSI3500系统模块为350020通讯接口模块【与外部通讯来修改组态】模块为350025键相器监测器模块【键相】模块为350040振动\位移监测器模块【振动】模块为350042位移速度加速度监测器模块【瓦振】模块为350045差胀缸涨监测器模块【差胀、缸胀】模块为350092通讯网关模块【将监测数据和状态与过程控制和其它自动化系统集成】模块为3500324通道继电器模块【报警驱动逻辑】第三十八页，共49页。三、TSI3500系统零转速

第三十九页，共49页。三、TSI3500系统偏心

第四十页，共49页。三、TSI3500系统轴向位移

第四十一页，共49页。三、TSI3500系统轴向位移

第四十二页，共49页。四、TSI3500探头安装1、劣质安装举例★测量环节·因为参考位置不对，导致测量尺寸不准确。

·测量的尺寸有误，导致选错传感器。

·测量时没有考虑周边部件，使支架或传感器无法安装或没有安装空间。因此，测量时应认真、仔细，它是设计与安装的基础。第四十三页，共49页。四、TSI3500探头安装★设计环节·传感器支架固有频率过低。机组运行时，支架自身会有振动。一般支架的固有频率至少应是机器频率的10倍。如汽轮机转子频率为50HZ，则传感器支架的频率至少应为500HZ。

·轴向安装键向探头。因为一般轴向运动都较大，较大的轴向位移可能导致前置器输出电压变化过大，从而导致键向器信号具有不正确的振幅。

·轴位移探头离推力轴承的止推法兰过远。但如果距离止推法兰很远，则所测结果不仅含有轴位移，也包括差胀在内。

·根本没有安装键向探头。振动是与相位角有关的矢量，没有键向探头，振动就变成了只有大小的标量。系统提供的信息就不全面，无法进行进一步的振动信号分析和处理。

·X&Y探头没有正交安装。

·X&Y探头没有安装在同一平面。

·探头靶面小于满足正确测量的最小尺寸（半径）。第四十四页，共49页。四、TSI3500探头安装安装及调试环节·趋近式传感器靶面存在额外的附着物，成为干扰源(Runout)，如凹坑、锈斑等。

·接头没有作绝缘保护。

·支架螺钉没有锁紧防松处理。

·探头离被测表面距离不合适，导致系统可能运行在线性范围之外或不能正常工作。

·现场走线不当