發(fā)表時間： 2022-12-13 14:04:06
作者： 石油化工設(shè)備維護(hù)與檢修網(wǎng)
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振動保護(hù)是汽輪機組重要的保護(hù)項目之一，隨著汽輪機組不斷向高參數(shù)、大容量的趨勢發(fā)展，振動保護(hù)對汽輪機乃至其他大型旋轉(zhuǎn)機械的重要性顯得更加突出。根據(jù)《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》中規(guī)定：汽輪機振動保護(hù)必須投入。目前我國汽輪機組在出廠時的常規(guī)設(shè)計方案一般是單點保護(hù)，從生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況來看，這種方式存在單點保護(hù)誤動的問題，因此一些電廠寧愿違反相關(guān)規(guī)定，在機組并網(wǎng)正常運行后即退出振動大保護(hù)，給汽輪機組的安全運行帶來了極大的隱患。
1.常規(guī)振動保護(hù)邏輯優(yōu)化方案
由于沒有國標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，之前國內(nèi)汽輪機組出廠時的常規(guī)設(shè)置為在軸瓦的X/Y向各安裝一個渦流探頭，如圖1所示，振動保護(hù)一般為單點保護(hù)，即當(dāng)各軸瓦的X/Y向任一探頭檢測到振動值達(dá)到跳機值時，振動保護(hù)動作，機組跳閘。由于渦流探頭測量從前置放大器到TSI系統(tǒng)采用負(fù)電壓傳輸，在受到電磁干擾或傳感器及卡件故障等情況下，機組容易出現(xiàn)誤發(fā)信號的情況，此外，這種重要保護(hù)設(shè)置成單點保護(hù)也違反了熱工重要保護(hù)應(yīng)為“二取二”或“三取二”的可靠性配置設(shè)計原則。
軸振測量示意圖
GB/T 11348.2—2012《機械振動在旋轉(zhuǎn)軸上測量評價機器的振動第2部分：功率大于50MW，額定工作轉(zhuǎn)速1500r/min、1800r/min、3000r/min、3600r/min陸地安裝的汽輪機和發(fā)電機》中新增如下內(nèi)容為振動保護(hù)的設(shè)置提供了依據(jù)：“汽輪機和發(fā)電機通常是受自動控制系統(tǒng)控制的，如果超過停機振動值，自動控制系統(tǒng)使機器停機。為了避免虛假信號引起的不必要的停機，實際上通常采用多個傳感器控制邏輯，并在觸發(fā)機器自動停機的任何自控動作之前，規(guī)定一個時間延遲。因此，如果接收到振動停機信號，而且至少被兩個獨立的傳感器確認(rèn)超過了規(guī)定的有限的延遲時間才可以觸發(fā)停機。典型的延遲時間是1~3s。為了慎重可以在報警值和停機值之間插入第二次報警，以預(yù)警操作人員正在接近停機值，他們可以采取任何校正措施（例如降低負(fù)荷或制造商建議的其他措施），避免滿負(fù)荷停機?！?/span>
近幾年來，隨著汽輪機故障問題的增多以及火電廠對設(shè)備安全重視程度的提高，大多數(shù)電廠對振動保護(hù)的邏輯進(jìn)行了針對性優(yōu)化，普遍采取“二取二”的組合邏輯方案。常規(guī)的組合邏輯優(yōu)化方案主要有：
（1）任意瓦的X/Y方向振動中一個達(dá)到報警值，另一個達(dá)到跳閘值即觸發(fā)振動保護(hù)跳閘。
（2）任意瓦振動中任意一個達(dá)到跳閘值，且相鄰?fù)遆/Y方向振動任意一個達(dá)到報警值即觸發(fā)振動保護(hù)跳閘。
（3）任意瓦的X/Y方向振動中一個達(dá)到跳閘值，且除本瓦外任意瓦X/Y方向振動中一個達(dá)到報警值即觸發(fā)振動保護(hù)跳閘。
目前來說，國內(nèi)機組在進(jìn)行邏輯優(yōu)化時大多選擇了第一種方案，雖然本瓦X/Y方向振動的相關(guān)性已得到認(rèn)同，但具體幅值在各機組、各瓦中都不相同，因而也存在出現(xiàn)“拒動”的可能性。某電廠汽輪機組3瓦Y向軸振瞬時從100μm突升到300μm以上，而3瓦X向軸振只在90～120μm擺動，并未超過報警值，停機檢查后發(fā)現(xiàn)振動是由于3瓦浮動油擋掉落且已磕碰變形造成的。
對于第二種方案，相鄰軸瓦有兩種情況：一種是通過聯(lián)軸器相連的兩瓦相鄰；另一種是中間隔著缸體的兩瓦相鄰，其相關(guān)性并不被廣泛認(rèn)同。汽輪機振動的主要原因有轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、軸承損壞、油管崩裂造成摩擦、電磁不平衡、熱不平衡等多種，在本瓦軸承損壞時，有可能只是本瓦出現(xiàn)振動增大的情況或向聯(lián)軸器相連的軸瓦傳遞的可能性更大，而對于隔著缸體的相鄰兩瓦其傳遞的能量要少一些。即使是在振動故障中出現(xiàn)最多的轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的情況下，雖然相鄰兩瓦振動具有相關(guān)性，但是具體定值的給出還需要根據(jù)實際情況進(jìn)行計算，難以給出一個通用值以保證機組安全。
第三種方案是對前兩種方案進(jìn)行綜合考慮的一種相對合理的方案，既考慮了由于相鄰?fù)哒駝酉嚓P(guān)性不強可能產(chǎn)生保護(hù)拒動的情況，也考慮了同一瓦X/Y向信號布置在同一卡件時卡件故障可能造成保護(hù)誤動的情況，在最大程度上防止了保護(hù)誤動和拒動的發(fā)生。但這個方案邏輯組態(tài)較復(fù)雜，在進(jìn)行振動保護(hù)傳動時需耗費很長的時間。
除了對保護(hù)邏輯進(jìn)行優(yōu)化以外，還可以采取一些措施，作為對振動保護(hù)的完善和補充，例如為了預(yù)防機組檢修后可能出現(xiàn)的不確定因素，在機組并網(wǎng)前可采用振動“一取一”保護(hù)邏輯形式，而并網(wǎng)后采用組合邏輯。采用軸振信號參與保護(hù)邏輯的報警定值可適當(dāng)減?。ńㄗh由原設(shè)計的125μm改為100μm甚至更小，綜合平時正常運行值和機組啟動過臨界時的振動值考慮），或機組正常運行工況下各瓦的軸振值增加不大于50μm且不高于汽輪機廠家給出的報警值。
2.振動保護(hù)設(shè)置延時需注意問題
除對振動保護(hù)的邏輯進(jìn)行優(yōu)化外，GB/T11348.2—2012中還提到了振動保護(hù)延遲時間的設(shè)置，并給出典型的延遲時間為1～3s的建議。因此，部分電廠在進(jìn)行了振動保護(hù)邏輯優(yōu)化后還設(shè)置了延遲時間，由于部分機組發(fā)生的重大軸系故障振動值變化過程非常短暫，可能未達(dá)到保護(hù)延遲時間，未達(dá)到振動保護(hù)動作條件，但實際汽輪機內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生很嚴(yán)重的事故。某電廠機組1～5瓦X/Y向振動同時出現(xiàn)突增，其中3、4瓦X向均超過300μm，之后迅速恢復(fù)正常，整個過程超過振動跳閘值的持續(xù)時間約2s，未達(dá)到保護(hù)延遲時間3s的動作條件，后停機解體發(fā)現(xiàn)中壓缸電端第二級隔板脫落、中壓轉(zhuǎn)子電端第二級動葉因磨損全部脫落、電端第一級動葉磨損。
3.結(jié) 語
汽輪機組內(nèi)部發(fā)生故障時機組的振動情況是多種多樣的，從保護(hù)設(shè)備的角度出發(fā)，可能設(shè)置為單點保護(hù)是合適的；但從現(xiàn)場實際的運行情況來看，單點保護(hù)造成的保護(hù)誤動較多，從熱工可靠性保護(hù)設(shè)置原則角度對振動保護(hù)邏輯進(jìn)行優(yōu)化完善是很有必要的。但對于目前已進(jìn)行振動大“二取二”冗余判斷的機組，已可達(dá)到防止信號突變造成保護(hù)誤動的要求，設(shè)置過長的延時反而會在振動確實大的時候增加設(shè)備損壞的風(fēng)險，建議取消延時，即使暫不取消，建議設(shè)置不超過1s。除此之外，我們還需綜合平時正常運行值和機組啟動過臨界時的振動值考慮減小振動報警定值等各種細(xì)節(jié)，并設(shè)置任一軸承振動達(dá)到報警或動作值時明顯的聲光信號，以便振動值瞬間變化過快或有單點振動達(dá)到限值時，提醒運行人員加強監(jiān)視，必要時手動停機，保證機組的安全運行。
