TSI讲座培训课件

华能集团公司TSI系统专题讲座讲座讲座讲座内容（应用篇）1、序言2、TSI系统运行期间易发生的异常现象3、主要异常现象的成因4、TSI系统侧的评判方法5、现场实例6、TSI系统现场校准的意义、序言内容1、序言

欢迎大家参加本次华能集团公司举办的TSI系统专题讲座。借此机会，我想就大家普遍关心的TSI系统在运行期间常见的一些“故障”现象与大家座谈，以求共勉。TSI系统是机组重要的保护系统之一，其对保障汽轮发电机组轴系以及整个机组安全运行的重要性，无须过多陈述。作为热工专业来说，仅满足于熟悉和掌握了TSI系统测点的传感器安装和模块参数组态，我认为是不够的。还应对传感器的测量原理和轴系转子的运动特点等等有更深层次的了解，提高理论认知水平，在实践中应用所学所知；通过知识和经验的积淀，再去指导检修实践。据我了解，目前，火力发电厂热工检修人员对TSI系统的了解和掌握程度大致分为以下三种情况：A、对测点原理、传感器安装和轴系结构都清楚

对测点原理清楚，是指对TSI传感器的测量原理和测量模块的功能、参数设置等都清楚，对传感器安装清楚，指对传感器安装的所有细节均娴熟（参考基础篇课件）；对轴系清楚，是指对汽轮发电机组轴系的转子结构、支撑结构、滑销系统、膨胀方向等机械运行特性清楚。当轴系测量参数发生异常时，通过运用自己所掌握的知识，能准确判断出是否为TSI测量系统出现的问题，并依检（查）测得到的数据“能说清楚输入信号/输出信号”之间的关系，为相关部门提供明确的参考意见。集多年的现场经验，总体来看，目前现场具备这种能力的检修人员为数不太多。B、能安装各类传感器，能修改运行组态，但对其测量原理和内涵缺乏理论知识支持；对轴系机械结构等等认知略浅。就我掌握的情况（可能存在片面性），现场具备这种能力的TSI检修人员占绝大多数。他们知道传感器怎么安装定位（安装方法也正确），能根据运行要求修改测量模块内的组态，但对TSI输入信号与输出信号之间的关系（算法）不甚或不完全掌握。当TSI系统在运行期间发生异常显示时，不能有理有据地评定该显示值是否正确，也无法为相关部门提供明确的参考答案。C、测点的测量原理、布置的合理性等都不清楚，仅学会了“师傅带徒弟”式的传感器安装方法此种情况多发生在50MW以下自备、供热等小机组。测点安装位置不正确，测量方式不正确，传感器定位错误、运行参数设置错误等均有发生。此种情况不在本次座谈考虑之内。举办此次座谈会的目的，是期望通过本次座谈会，使更多的参会者实现由B种情况向A种情况的升级。当然，要达此目的，还需要各位付出艰苦的努力，多学习、多交流、多实践、多积累。座2、TSI系统运行期间易发生的异常现象机组运行期间，经常会发生轴系TSI参数突变现象。严重时，由于达到TSI系统内设定的保护定值，甚至会引发TSI发出保护动作信号，导致机组非计划停机，给汽机、尤其是热控专业造成不小的麻烦。

当出现这些现象时，热工专业总是“冲在最前面”进行检查。面对各种异常，有些我们可以凭经验能很快给出合理的评判（譬如已知轴系机械方面存在某些固有缺陷；经检测确认是TSI系统测量的问题；运行经历了启停机过程、快速升降负荷操作、凝汽器真空变化等等）；有些则需要借助一些仪器或分析手段（如TDM系统），花费一定时间才能给出近乎合理的评判；有些虽经努力查找、分析，但终无定论，疑似某处存在缺陷但奈于机组运行，只能维持现状等待机组检修时处理。总结近年来现场TSI系统所发生的异常现象，主要有以下几点：某个转速测点不稳定或达到一定转速时转速显示消失；偏心输出不稳定或达到一定转速时偏心输出消失；轴振输出显示出现较大突变；瓦振输出显示出现较大突变；轴向位移指示值偏大；胀差偏大（或阶跃）3、主要异常现象的成因汽轮发电机组的轴系是精密的，其运行状态受多种因素的影响是复杂多变的。回顾近年来现场TSI检测和协助汽机专业处理的一些振动缺陷的体会，造成TSI系统参数异常显示主要是由以下三个专业单独或共同引起的。3.1汽轮发电机侧由汽轮发电机侧引起的主要原因有：轴系对中度不好；支撑轴承的水平标高不一致；轴承紧力不一致；联轴器瓢偏；滑销系统卡塞；发电机接地碳刷结痂；发电机端部存在涡流磁场外泄；轴径部位（TSI测量面）存在机械划伤；冷态时机械零点定位不准确（存在过顶或欠顶现象）；个别测量面不符合测量要求（如测量面上有钢号，瓦盖与上瓦体间呈空腔状）；当然这属于设计选点问题。轴承（圆、椭圆、可倾）混（换）用。3.2热工测量侧热工专业在TSI系统安装及参数设置方面存在的主要原因有：传感器（含前置器）未按要求进行检定，或使用了经检验超标的传感器；测量链路未进行系统性检测，或二次线回路工艺（包括桥架内电缆敷设、屏蔽端处理、接地）等不合规；传感器及延长电缆回路安装工艺不符合要求；传感器安装定位出错；支架刚性不足或定位松动；每个测量回路未经定性和定量检测、试验；测量模块内的运行参数状态不合理；报警和保护逻辑设置不合理；TSI和DEH（DCS）参数设置不一致等。3.3运行侧由于采用的主流TSI系统（无论是传感器还是模块）可靠性都很高，使用寿命也很长（一般能超过12年）。一旦机组经过例行试验、带负荷运行、且各项机械参数显示都在正常范围内，后续发生的TSI参数异常显示多与运行操作有关。与运行有关的操作主要体现在：升降负荷速率（汽机调门，辅机的风门或动叶开度等）控制；凝汽器真空；油压控制；排汽温度；凝汽器循环水位大幅变化等。

此次座谈的内容，我们仅限于对有关热工测量侧（TSI系统侧）可能存在的问题进行商讨，其他问题不在讨论之列。4、TSI系统侧的评判方法

要掌握某些TSI测点准确性的评判方法，需要熟练掌握基础篇的传感器特性曲线和计算方法。只有掌握了传感器特性，才能对轴振、偏心、轴位移、胀差测点的安装、定位和日常维护中的缺陷判断和处理做到心中有数。4.1某个转速测点不稳定或达到一定转速时转速显示消失；转速不稳，但曾经显示过，说明转速测量回路正常。之所以出现“一定转速时转速消失”，主要是因为转速测量模块内设置的“上下限触发电平”随转速的升高变得不合适了。造成转速传感器输出脉冲电平变化的原因有4个：A、随转速的升高，测速齿盘凸齿与转速传感器端部的间隙发生了改变（也可理解为垫了油膜厚度），导致输出脉冲幅值改变。B、测速齿盘的同心度不好，其运行轨迹呈椭圆状，致使某个传感器的输出脉冲幅值改变。C、传感器的安装间隙并非能做到完全一致，或大或小在所难免。D、传感器的服役时间不同，性能衰减不一，同时传感器制造过程中其自身特性具有离散性。

解决办法：调整转速测量模块内的“上下限触发电平”。4.2偏心输出不稳定或达到一定转速时偏心输出消失；偏心测量的基本定义是，以键相槽位置为标志点（起点和终点），转子每旋转一周，在转子的偏心测量面处，偏心传感器前置器输出的近点和远点最大有效值（峰峰值）。如果偏心有输出，说明偏心测量回路正常；如果怀疑偏心输出值不对，可参照下面的轴振检测方法评判。如果偏心输出不稳定或达到一定转速时偏心输出消失，可能的原因有2个：A、键相信号不稳，偏心输出靠键相信号触发，键相信号不稳，导致偏心输出不稳；B、偏心测量模块内进行了“输出限制”设置，当转速达到400、500～600rpm时，可能封锁了偏心输出。

解决办法：参照4.1条，调整键相信号的触发电平；修改偏心模块组态或告知运行人员“无偏心输出的原因”。偏心测量的基本示意图，以键相槽位置为起点和终点，每转输出一个峰峰值。偏心探头缸壁键相探头注意：键相探头凹槽与偏心探头不在同一测量面处。4.3轴振输出显示出现较大突变；这个问题是现场遇到最多、也最难解决（或说清楚）的问题，原因是引起机组振动变化的因素太多了。4.3.1基础知识

在讨论TSI系统轴振测点输入/输出关系之前，需要重温涡流传感器的特性。下面是典型的传感器特性曲线（注：某些TSI品牌的传感器特性曲线可能与之略有差异，但基本可参考本图），横坐标表示传感器的测量范围，不同型号、不同用途（量程）的传感器量程大小不同；纵坐标表示前置器的输出电压范围，几乎所有类型的涡流传感器的前置器电压输出均限定在该范围内。因此，传感器的灵敏度≈-16V÷传感器量程。对轴振和偏心探头，一般量程为2.0mm（±1.0mm），则灵敏度约为：-8V/mm；轴位移探头的量程一般为4.0mm(±2.0mm)，则灵敏度约为：-4V/mm。-VS20（18）12（10）4（2）-1.0

0.0

+1.0

-0.5+0.58（6）6（4）气隙轴振保护区极限零位设置点轴振量程设置18（16）4.3.2数值计算和分析：了解了传感器的特性曲线后，对于轴振测量来说，传感器前置器测量输出电压与测量量程的关系为：Vmax=KA（K：传感器灵敏度，单位：V/mm；A：模块设置的满量程测量值，单位：mm）。由于我们日常测量到的电压为有效值，因此，Veff=0.707KA。

举例：轴振量程设置为500μm，则当振动达到500μm时，前置器的输出电压为：Veff=0.707×8V/mm×0.5mm=2.828Vac；若计算与当前显示的振动值一致的电压，用当前显示值÷满量程值×2.828V即可得到与显示值相对应的前置器输出电压。

例：当前显示60

μm，则前置器输出电压=0.06mm÷0.5mm×2.828V=0.3394V=339.4mVac。

需要说明的是，如果当时的振动频谱中含有高次谐波成分，用万用表测量到的电压与计算结果会有少许误差

。4.4瓦振输出显示出现较大突变；

相比轴振测量方式的单一性，瓦振测量（包括主机与辅机）方式呈“多样化”，传感器方面，有地震式速度传感器、压电式速度传感器、压电式加速度传感器、一体化传感器（带4～20mA电流输出）等等；信号转换方面，有机架装测量模块、测量变送器（就地安装）、电荷放大器+测量模块等等之分。瓦振单独投保护的总体占比不多，但引进西门子机组设计的是瓦振保护，并大多选配的是压电传感器。

对于采用地震式速度传感器的瓦振测点，其算法与轴振近似，但传感器输出信号与模块输出显示的关系为：Veff=0.707KAω（K：传感器灵敏度，A：模块内设置的量程，ω：2πf）

对于采用其他测量传感器类型的瓦振测点，可根据随机资料说明分别计算或检测：带4～20mA输出功能的一体化传感器，其传感器上都标注有固定的量程范围，20mA对应的是该传感器量程的最大值；带变送器的传感器，一般传感器采用通用型，但在变送器内进行实际测量范围的组态（软件或选择开关）

，20mA对应的是该变送器内设置的传感器实际量程；带电荷放大器+测量模块的压电传感器，其电荷放大器可以设计为电流输出（与变送器类似），也可以设计为电压信号输出（与速度传感器输入信号类似），测量模块对来自电荷放大器的信号再进行进一步处理。

遇上述情况，应采取针对性处置方法。4.5轴向位移指示值偏大；

这种现象并不多见，

多由机械“零点”定位不准造成。机组冷态时，推力瓦之间的间隙大致约为0.3～0.4mm左右（注：不同机组此间隙略有不同）。机组启动运行后，随缸体膨胀，此间隙值可达到2.4mm左右。这也就是轴位移保护定值最大可设置为：±1.2mm左右的由来。

机务顶轴确定转子“零位”的方法大致有三种，主要源于主机厂规定和检修习惯。1、先向非工作面，再向工作面，测得两者之间的间隙后，最后推向非工作面；2、先向非工作面，再向工作面，测得两者之间的间隙后，最后推向工作面；3、先向非工作面，再向工作面，测得两者之间的间隙后，最后推到中间。汽机专业受检修设备条件的限制，要想使顶轴达到精准，其实是一件很难的事。对于轴位移测量，由于测量输出与传感器前置器直流电压直接相关，前置器输出电压与显示值的关系可描述为：

前置器输出电压=零点定位电压±显示值×传感器灵敏度这里的±，代表轴位移的方向。

例如：轴位移传感器灵敏度为4V/mm，当前显示的轴位移值为+0.52mm，前置器零点时的定位电压为12.00V，传感器测量方向与转子位移方向一致。则：电压=12+0.52

×4=14.08V；如果测量方向相反，则：电压=12-0.52

×4=9.92V注：由于传感器灵敏度、前置器零点电压和运行中的前置器输出电压同为负值，此算式进行了简化。有关机务顶轴的具体方法，实际上我们可以从盘车启动后轴位移显示值上大致判断出来。

如果显示值大约在±0.20mm左右，表明顶轴是理想的，且是朝非工作面或工作面（还取决于轴位移探头的测量方向）；如果是0.00mm附近，说明取的是推力瓦冷态间隙的中间值。由于机务顶轴设备的精度限制，显示误差在±0.02mm范围内属正常。

要特别留意的是，如果发现有“过顶”或“欠顶”现象，需考虑是否有必要修改轴位移保护的定值，以免由于“零点”偏移，致使保护误动进而导致的机组非停（类似情况曾经发生过）。4.6胀差偏大（或阶跃）这种情况偶有发生，多与滑销系统、缸体保温等因素有关。汽轮机转子的机械“死点”为推力瓦处，以此为“死点”，转子向前后两个方向膨胀，由于转子的膨胀一般不会受到机械阻碍，因此绝大多数情况胀差显示为“正值”。转子的膨胀量可通过计算（简易公式：δ=转子热膨胀系数×转子长度×温度变化）获得，也可以通过简单的方法进行评判：转子膨胀量=缸体膨胀量±胀差量。需要说明的是，在机组停机、强冷情况下由于转子的收缩快于缸体，此时会发生负胀差值。

缸体的机械“死点”在滑销（俗称猫爪）系统的背侧，受机务检修、缸体保温等因素影响，缸体膨胀不畅现象偶有发生。缸胀不理想，表现在胀差值增大，极端情况下，由于危及转子动静叶摩擦或端部安全，会引发胀差保护动作。

5、现场实例下面列举的几个案例是我亲历和帮助现场解决的，虽无普遍意义，但若大家在日后工作中遇到此类问题，可借鉴参考。华能辛店#3机组启动阶段1瓦相对轴振动大，（瓦体松动）；河南伊川#2机组启动阶段3瓦轴振和瓦振同时大，（上瓦未紧）渭河#3机组盘车阶段5瓦振动大，（更换新油档），华能上安#2机组运行期间风机振动大，（运行操作原因）重庆#22机组运行期间2瓦振动大（运行操作原因）宝鸡二厂3#机组1瓦振动大（机械原因，1瓦下沉）九龙电力2#机组偏心大（测量面上有钢印）、缸胀跳变（滑销卡）；东海拉尔电厂偏心大（偏心探头测量面上有键相槽）渭河及大坝300MW机组8瓦振动大（发电机端部涡流）甘肃华亭电厂偏心大（选点和安装问题）；达赉湖电厂TSI模块参数设置错误；其他一些有关TSI设备安装问题的缺陷这里不叙述

与之类似的案例还有一些，这里没有一一列举。总之，现场发生的问题呈多样性，要具体问题具体分析，尽可能利用相互影响或关联的已知测量参数，综合判断和分析导致TSI异常显示的原因，并不断总结和积累这方面的经验。俗话讲，见多识广，遇到和解决的问题多了，自然会积累有益的经验。6、TSI系统现场校准的意义

按照目前电力行业相关标准或规范要求，TSI系统所属的传感器要求必须进行检定，即送到有检验资质、建有检验标准和实验室标准的计量单位进行检验；定量地对传感器的频响、灵敏度等技术指标进行检定。一旦发现传感器超过标称的误差或者业内普遍认为不能够接受的误差，只能更换新的传感器。那更换完新的传感器后，就一定能保证测量准确吗？回答是：不一定。其实，TSI系统所用的各类传感器，只不过是构成TSI系统中诸多测量回路内的“一次元件”，传感器的检定合格或换装新的传感器（假设传感器现场安装工艺也完全符合要求），并不能意味着测量结果就会完全准确。热工专业人员都清楚，每个TSI测量回路基本构成形式：传感器为（起点）→就地端子箱（包括前置器或端子）→二次信号电缆（包括接线工艺）→TSI机柜（包括柜内输入侧接线）

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各种TSI模块（包括模块组态和输入/输出接线）→至DEH（DCS）二次电缆→DEH（DCS）AI通道（含组态）→工程师站（操作员站）画面显示。机组运行过程中，TSI参数的监视点多在操作员显示画面位置。若整个测量回路中的任意一个节点处出现异常，在画面上所监视到的TSI数据都不是真实和准确的。而且我们也发现，许多热工检修人员尚未了解或熟练掌握评判真伪TSI显示数据的方法，或者尽管掌握了方法，但缺少相应的检验手段（设备）。可能有人会说，每次机组检修，传感器都按照规定进行了强制送检，二次线路也进行了认真仔细地检查且接地工艺良好，那显示的测量结果应该正确吧？我们的回答仍然是：未必。因为TSI测量模块及模块输出以后的回路你没有（或者从来都没有）进行过检测，你能确保TSI模块及其后的测量回路一定准确无误吗？

即使主机厂或TSI供应商在设备出厂前曾进行过每个测量通道的测量精度、抗干扰性、稳定可靠性测试（目前掌握的实际情况是，几乎所有TSI厂商从未提供过出厂前的例行测试报告），那么，设备运到现场、整个系统安装、调试完毕投入运行后，曾经对系统内每个测量通道进行过测量精度、抗干扰性、稳定可靠性测试吗？机组检修期间，除了安排传感器送检、检查二次线路、机柜内模块清洁吹灰、冗余电源切换试验、检修结束前的保护传（联）动试验外，安排过对测量模块的功能和精度检测吗？到目前为止，大多数发电企业几乎从未对每个TSI模块或者系统中的每个测量回路进行过全面、系统地检测