1 引言

汽輪機監視保護系統（TSI系統）特指汽輪發電機組的振動、軸向位移、漲差、轉速、零轉速、偏心鍵相、缸漲等熱控參數監控的總稱，在機組啟停及正常運行中，實時監測汽輪機組各項參數，并提供報警、停機保護等功能，對汽輪機組的安全運行起著重要作用。TSI系統功能的好壞直接取決于就地一次元件的安裝：渦流傳感器及前置器。希望通過本文對TSI系統各類探頭的測量原理，以及安裝、校驗的方法，對熱控人員的調試和日常維護工作起到幫助作用。

2 TSI系統的構成

TSI系統主要構成為：旋轉機械監視保護系統及其配套的現場測量探頭。均采用模塊化設計，可在其框架內安裝不同種類及數量的模件，完成各種測量，并通過柜內的繼電器回路完成保護信號的輸出。

汽機軸系上安裝的探頭主要分為以下幾類：

a）汽機各部分位移測量：轉子的軸向位移、轉子與汽缸的相對膨脹（fg括高壓脹差和低壓賬差）、汽缸的熱膨脹（絕對膨脹）、偏心；

b）汽機軸狀態測量：轉子軸的振動（軸振）、軸承的振動（瓦振）、振動的相位角；

c）汽機轉速測量：轉速、零轉速。

3 振動的測量與調試

汽輪機主要通過旋轉運動來實現能量轉換而完成預定的功能，轉子是汽輪機的核心部件。因此當汽機功率的增大和轉速的不斷提高，振動所產生的應力、摩擦、轉軸過度彎曲等情況，會引起一系列事故的發生。因此，振動的測量與監視越來越顯得重要。    

3.1 振動的測量原理

對轉子的振動，一般通過非接觸的渦流傳感器測量振動的位移量。此時測量的振動位移是轉子軸表面相對于渦流傳感器探頭間的位置變化，因此又稱作相對振動測量。有一個專用的測量路線實現電渦流位移測量：包括高頻信號發生器和濾波電路等，這些電路均安裝在前置器內（見圖1）。

圖1 振動信號測量原理

對于軸承座或缸體的振動，可以通過接觸式的慣性速度傳感器測量振動的變化速度，或者通過接觸式的壓電加速度傳感器測量振動變化的加速度。測量的振動變化速度和加速度都是相對于大地這一固定的參照系度量的，因此又稱作絕對振動測量。一般來說，人們習慣于將測量的振動速度值和加速度值通過積分變換成位移量。

3.2 振動探頭的安裝    

渦流傳感器安裝的一項重要工作是調整間隙電壓，即調整傳感器前端面與被測面表面的距離，使間隙處在線性范圍之內，否則，在非線性段的靈敏度變化將帶來測量上誤差和波形失真。

調整時需將傳感器探頭接到前置器上，給前置器提供一24V電源，然后松開探頭緊固螺母，調整探頭并測量前置器輸出電壓在傳感器

 特性曲線線性中點附近，一般調整至間隙電壓為-8V～-12V之間即可。

4 位移的測量與調試

軸在運行中，由于各種因素，諸如負荷、溫度等的變化使軸在軸向有所移動。這樣轉子和定子之前有可能發生動靜摩擦，所以需要傳感器測量轉子相對于定子軸向位置的變化，即：軸在軸向相對于止推軸承的間隙。所以就需要渦流探頭探測這一間隙的變化，通過檢測傳感器輸出信號的直流間隙電壓，就可以確定推力盤在軸承中的相對位置。由于參數的重要性通常設計3-4個探頭同時探測一個對象。

5 位移的測量原理與安裝

軸向位移是指轉子在軸向與推力軸承的位置或位移的變化；脹差是指汽缸與轉子間發生的熱膨脹的差值。軸承座和汽缸沿橫銷和縱銷作橫向和縱向膨脹，通過橫銷和縱銷的兩條直線的交點稱為汽缸的死點。轉子以推力盤為死點，沿軸向前后膨脹。脹差是機組啟停和正常運行時必須監測的重要參量。

對于目前的機組來說，利用渦流傳感器除了能測量軸向振動外，根據間隙電壓變化可以測量軸向位移及高、低壓脹差的變化。由于軸向位移與高、低脹差存在正負方向，因此安裝探頭時一定要注意：    

a）如果轉子軸向膨脹大于汽缸值，稱為正脹差，反之稱為負脹差。一般來說，在冷態啟動過程中，主要表現為正脹差，在熱態啟動和停機過程中，主要表現為脹差往負向走。

b）有些國產引進機組高壓脹差的被測面有一定的角度，因此在冷態安裝時，注意查閱安裝資料，確認被測面的傾斜角度值，通過計算調整其初始值與軸向位移相同。

c）在安裝軸向位移探頭之前，必須確定汽機的推力間隙，即K值；先推向工作面，再推向非工面，測出推力間隙（注意扣除瓦本身的位移），再推向工作面，此時將軸向位移值定為推力間隙值的一半。這就是“中間定零"的方式，即以K/2位置作為軸向位移的零點。靠近工作面為正，遠離工作面為負。

另外還有兩種定零方式：在冷態時將轉子的推力盤推向推力瓦的工作瓦塊（發電機側），并與工作面靠緊，此時將軸向位移定為零位；或是推向非工作面，靠緊定零位，具體選哪一種看廠家要求。

d）如果軸向位移設計如上圖（b）所示方式，那么相對于A、C探頭來說，B、D探頭內部組態中的“電壓一距離"曲線必須進行取反，以保證在4個探頭在初始安裝時示值一樣。

6 轉速的測量與調試

目前大型火電機組汽輪機安裝轉速探頭較多，DEH系統一般有獨立的測量回路，用于機組的調速控制，而 TSI系統的轉速測量多用于電超速保護。

一般情況下用磁感應傳感器來測量機組的轉速，就是利用側速齒盤輪與測量探頭之間的高、低電壓的變化所形成的脈沖信號的數量，來獲得實際的轉速值。零轉速是事先設定好的軸的旋轉速度，當正在運行的機器需要停車時，機器的轉速達到零轉速的設置點，繼電器觸點的動作，使盤車的齒輪嚙臺，使軸可以持續慢速的旋轉，以防止軸變得彎曲，來防止在開車的過程中因為軸的彎曲對機器產生損壞。測量鏈是由兩個裝在前箱的正對60°或者134°的齒盤的板件和傳感器組成。汽機轉速口的探頭安裝時可以利用塞尺來進行測量。轉速的計算公式為：轉速 =脈沖的頻率（f）/齒的數量（z）×60（rpm）。 

7 絕對膨脹探頭的安裝

汽輪機在開機的過程中因為受熱導致其汽缸膨脹，如果膨脹不夠均勻便會造成汽缸的翹起或變斜，這類變形會使基礎與汽缸之間產生出巨大的應力，因此出現不對中的現象，而這種現象一般是由滑銷系統的“卡澀"現象所引起的。將LVDT傳感器的汽缸與鐵芯連接，在膨脹時，鐵芯便會運動，出現成比例的電信號，輸入測量板件并進行線性處理，顯示并輸出（4～20）mA的信號。在安裝的時候，在機組的冷態下應將2只熱膨脹傳感器緊緊的裝在熱膨脹支架上，零點應是傳感器上的指針指示為示零位置。

8 TSI系統探頭現場安裝、調試注意事項及解決方法

8.1 探頭安裝中注意事項

a）對應軸位移和漲差傳感器的安裝，應使探頭的中心與有效被測面的中心對應或偏外一些。

b）在探頭安裝時為防止機械損壞，應把探頭引線與延伸電纜分開，不能握住傳感器引線旋轉，應用工具夾住探頭上的扳手平臺緊固，探頭引線隨之旋轉。

c）按要求緊固探頭后，接好探頭引線與延伸電纜接頭，再捆扎好固定在箱體內，防止運行時損壞電纜。

d）每個傳感器對于被測面都要求垂直，最大偏移角度<1.0。    

8.2 調試過程中遇到問題及解決方法

a）在振動出現異常時，注意油溫變化、潤滑油壓，是不是汽輪發電機組的轉動部分出現大軸彎曲或者動靜摩擦，同時要注意發電機內部氫氣溫度的變化情況。

b）在低壓差漲探頭和高壓差漲探頭安裝完成后，發現低壓差漲、高壓差漲偏離零位時，應先去現場充分了解低壓缸的加熱情況，再分析出現不正常現象的原因：探頭安裝的不太牢靠出現大軸零位移動或松動現象，然后再針對問題及時采取相應的解決措施。

c）當發現軸向的位移在增大，軸向位移值逐漸增至±0.89mm時，應檢查蒸汽參數、凝汽器真空、負荷、密切的監視差漲變化、推力軸承金屬溫度并及時進行調整，應對進行表計檢測，同時傾聽機組是否出現異聲，各軸承是否出現振動，注意低壓缸的排氣溫度，主蒸汽及再熱蒸汽的溫度。

9 結語

TSI系統可以為機組系統的穩定運行提供重要的保障，我們要充分重視起TSI系統的安裝調試工作，保證系統的正常運行。對TSI系統在安裝與調試中遇到的問題進行深入的分析與研究，以求可以盡快排除故障，確保機組能夠安全可靠的運行。