汽輪機監控儀表安裝及調試問題

　　本文闡述了軸向位移及差脹保護調試中的一些問題，本文想就這方面問題作進一步探討。因為TSI（汽輪機監控儀表）安裝調試的好壞將直接影響到汽輪機組的安全運行，而其調試在整個機組的熱控調試過程中所占的比重相對較少，往往得不到調試人員足夠的重視，因而給機組的安全運行帶來隱患。筆者提供儀表安裝調試方面的一些經驗，供廣大調試人員參考，并提醒有關人員對TSI調試問題的重視。
　　
　　一、傳感器的校驗及安裝注意事項
　　
　　TSI主要包含以下檢測參數：軸向位移、脹差、偏心、相位、軸振、轉速、零轉速、瓦振、汽缸膨脹等。目前國內各火電機組所使用的TSI中使用的傳感器大量采用了渦流式位移傳感器，還有一些磁阻式轉速傳感器、磁電式速度傳感器、壓電式加速度傳感器、LVDT（差動變壓器）等。渦流式位移傳感器因為其線性范圍大、線性度好具有互換性、抗干擾好、不受油污灰塵影響、安裝簡單、調試方便等特點被廣泛應用于軸向位移、脹差、偏心、相位、軸振、零轉速等參數測量。
　　
　　1.1渦流式位移傳感器的輸入輸出特性
　　
　　如圖1所示，傳感器從d1開始到d4為線性輸出范圍，線性輸出的電壓范圍為－2VDC～－20VDC，傳感器的線性范圍與傳感器的探頭直徑有關。一般生產廠家生產的傳感器輸出范圍為探頭有效直徑的1/2。表1列出了各種傳感器的大致特性。　　
　　目前國內外渦流傳感器的生產廠家基本上都是按API670標準生產，在前置放大器中均加入了線性補償電路（Philips公司產品除外），所以各型號規格的靈敏度（見表1）線性范圍基本上是探頭有效直徑的1/2。
　　
　　1.2傳感器的選型
　　
　　渦流傳感器是通過電磁感應的原理來進行測量的，所以在考慮傳感器選型及安裝時應重點考慮電磁場的影響范圍及被測表面的尺寸大小，見圖2，應確保D＞3d。如果不能滿足上述條件，將直接影響到傳感器輸出的線性范圍。但由于D是機組結構決定的，所以一般情況下，D尺寸是確定的，在這種情況下，應盡量選用小探頭，以確保測量精度。　　
　　1.3傳感器的安裝
　　
　　傳感器的安裝位置選擇的好壞將直接影響參數的測量精度，所以在選擇傳感器的安裝位置時，應重視下述幾個尺寸。　　
　　圖3為傳感器示意圖。圖中d為探頭的直徑，L為探頭端部長度。圖4方式安裝的尺寸要求：（1）當X＞L時，對測量精度無影響；（2）當X＜L時，將影響傳感器的線性輸出范圍及測量精度。　　
　　圖5方式安裝的尺寸要求：（1）當X＞L時，和Y＞3d時，對測量精度無影響；（2）當X＜L時，或Y＜3d時將影響傳感器的線性輸出范圍及測量精度。
　　
　　圖6方式安裝的尺寸要求：（1）當X＞L時和Y＞3d時，對測量精度無影響；（2）當X＜L時和Y＜3d時，影響傳感器的線性輸出范圍及測量精度。　　
　　目前我國的火電機組軸向位移的測量基本上都是這樣安裝的。對于新機組的安裝，因為在機組設計時已考慮到測量的位置，所以其尺寸肯定是滿足Y＞3d的尺寸要求。但對于老機組改造就很難滿足此要求。因為老機組一般原先用“山”字型電磁測量裝置，其Y＝25mm，而軸向位移的測量范圍一般是－2mm～0～＋2mm，其量程為4mm，按前面所述的選型方法應選11mm傳感器，這時從理論上考慮，Y應大于3d＝33mm，不能滿足選型要求。
　　
　　這時如果在選擇安裝位置時選擇Y1＝Y2＝12.5mm的話，其測量誤差就相當大，不能滿足測量要求。但如果選擇Y1＝11mm，Y2＝14mm，雖然對測量有一定的影響，但其測量精度還是取得比較滿意的結果。
　　
　　1.4傳感器的校驗
　　
　　傳感器的生產廠家雖然有出廠校驗報告，但用戶應該重新校驗一次。用戶應根據自己的校驗數據來選擇測量位置，這是因為被測量面材料直接影響傳感器的輸出線性范圍。雖然不同材質所做的校驗報告數據相差不是很大，但畢竟是有影響的，所以用戶在安裝前必須用被測面相同的材料（如被測量主機的大軸材料等）加工一個校驗靶塊來進行數據標定，并以此數據作為調試的依據。表2是部分生產廠家的標準材料。
　　
　　二、軸向位移、脹差的安裝和調試關于軸向位移和脹差的方向及機械零位的確定。

　　
　　2.1安裝間隙的確定
　　
　　軸向位移和脹差安裝間隙的確定相當重要，要在掌握基本原理的基礎上來確定此間隙就會變得相當容易，并方便地安裝。以往許多老電廠的技術人員受“山”字型傳感器的框框影響，把此項工作看得比較機械，往往還用塞規去測量間隙，我們認為沒有這個必要，而且沒有利用渦流傳感器具有線性好，范圍大的優點。下面以軸向位移為例來說明如何確定安裝間隙及安裝方式。
　　
　　假定我們選用日本新川公司的VK-452A傳感器，此傳感器探頭有效直徑為8mm，螺紋尺寸為M14×1.5，線性范圍為4.5mm，傳感器的輸入輸出特性曲線如圖1，電壓輸出－2V～－20VDC為線性輸出的范圍，所對應的間隙為0.5mm～5.0mm，靈敏度為4V/mm（這是常規數據，針對某一特定傳感器應以用戶自己標定的數據為準），即d1＝0.5mm，對應輸出電壓為：－2VDC；d2＝5.0mm，對應電壓輸出為－20VDC。如果軸向位移表的量程范圍為：－2mm～＋2mm，即范圍為4mm，此時安裝間隙為d0＝2.75±0.25mm，即d2＝2.5mm，d3＝3.0mm，只要將傳感器安裝在此范圍之內即可。此時傳感器電壓輸出對應于－10VDC～－12VDC。由于傳感器的間隙與電壓輸出是一一對應的關系，所以在傳感器安裝時，沒有必要用塞規去測量間隙，只要用電壓表測量輸出電壓即可，這樣可減少現場工作強度。又如果假定軸向位移表的量程為－1mm～＋2mm，即范圍為3mm，此時安裝的間隙為d0＝2.25±0.75mm，即d2＝1.5mm，d3＝3mm，此時傳感器的電壓輸出對應與－6VDC～－12VDC，我們只要測量輸出電壓，使其在上述范圍之內，即可固定支架，使其定位。對于其他的量程范圍，或脹差均可用此方式來確定。
　　
　　2.2零位確定
　　
　　在安裝固定傳感器時，用戶不必關心監視儀表的指示值，在傳感器固定完畢后，利用監視儀表的“零遷”功能將監視儀表指示“遷零”即可。如果軸系不在零位，如果機務工程師經測量，目前大軸在＋0.2mm，此時將監視器儀表的指示遷為＋0.2mm即可。所以渦流傳感器的安裝是相當方便的，半個小時即可完成安裝調試工作的全過程。而現在好多用戶受老傳統的影響，不會使用這些*的功能而用老辦法，甚至用對講機，來回對數據、對零位，而往往螺母一緊，零位又變化了，再重新來過，5～6人忙半天才能安裝完畢。所以用戶一定要搞清原理，可大大地減輕工作強度和節約時間。
　　
　　三、有關信號的屏蔽和接地
　　
　　TSI的抗干擾是相當重要的，除了在儀表本身的設計過程中重點考慮抗干擾以外，現場屏蔽電纜的連接方法對機組的安全運行也起到了相當重要的作用。電廠因屏蔽電纜的連接不當而造成機組停機的事故也時有發生?，F在用戶常用的方法是前置器、屏蔽電纜、BTG盤、端子排及儀表端子排全部浮空，并在集控室單端接地來屏蔽外來強電電磁信號的干擾。經調查發現：用這種方法屏蔽，解決了大部分的共模干擾信號，但對一些特殊的串模干擾信號效果不明顯。我們查閱了大量的資料，國外目前正在流行用下述方法解決抗干擾的問題。見圖7。　　
　　屏蔽電纜的接線方案的總體設計思路如下：
　　
　　前置器浮空安裝，不與大地連接，屏蔽電纜的屏蔽層全部連通，不得有斷層存在，屏蔽電纜的二頭屏蔽層分別連接到前置器和TSI儀表端子排的COM端（是信號公共線），不與大地相連，這樣較好地解決了現場共模和串模干擾。經我們多次試驗，效果良好，較好地解決了串模和共模干擾問題。