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DEH轉速突變及改進

  • 來源: 大唐華中電力試驗研究院
  • 作者: 袁世通
  • 發布時間: 2018-02-26

0 前言

隨著汽輪機技術的發展,對機組的安全性和穩定性標準逐步提高,而汽輪機轉速信號是汽輪機一個非常重要的參數,轉速測量與超速保護是汽輪機的一個重要組成部分,因此轉速測量的準確性和穩定性要求更高。它對汽輪機的安全穩定運行起著至關重要的作用,不準確的測量及任何原因的保護拒動及誤動都將導致嚴重后果。同時汽輪機的轉速關系到發電機組的安全穩定運行,保證供電質量的關鍵參數。目前國內汽輪機轉速測量大多采用測速齒輪配合無源磁阻式傳感器來完成。這種傳感器具有結構簡單、體積小、可靠性高、非接觸測量、可用于惡劣工作環境等優點,但也存在一些難以克服的缺陷,如抗干擾能力差、輸出信號不標準等。

1 DEH轉速測量原理

某電廠一期為哈爾濱CLN600-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓凝汽式汽輪機。其中配置轉速傳感器8只,5只磁阻式轉速探頭進入DEH、機頭轉速表和大屏轉速表,3只渦流轉速探頭進入TSI3個無源磁阻式轉速式進入DEH用于DEH系統的轉速控制及電超速保護,分別安裝在汽輪機二瓦的測速齒輪處。另有3個渦流式轉速探頭進入TSI系統,用于TSI超速保護,安裝在盤車處。

磁阻式轉速傳感器是針對測速齒輪而設計的發電無源型傳感器,它不需要供電,當測速齒輪隨主軸旋轉時,測速傳感器與測速齒輪之間的間隙周期性的改變,通過磁鐵的磁通量也發生周期性變化,在探頭線圈中產生感生電動勢E = NBSW(其中N為匝數,B為磁場強度,S為面積,ω:測速齒輪的旋轉角速度),其幅度與轉速有關,轉速越高輸出電壓越高,輸出頻率與轉速成正比。同時傳感器的輸出電壓的幅值為汽輪機齒輪轉速的函數,受轉速的影響很大,由于在低轉速范圍內傳感器輸出電壓的幅值很小,很容易受到環境的干擾,所以在磁阻式轉速探頭在安裝時,對探頭和測速齒輪之間的間距要求較高,小了探頭容易損壞,大了則使得轉速探頭電磁感應變弱、不穩定易產生信號突變,轉速信號失真。固現場一般要求間隙在1mm±0.1mm,同時轉速探頭的安裝支架要牢固、可靠。

圖1  轉速測量結構示意圖

2 轉速異常突升及原因分析

2.1汽機沖轉時轉速信號突升

20126168:304號機組汽輪機大修后進行沖轉過程中,在升到800轉以后,DEH系統3個轉速信號開始波動大范圍的波動,隨著轉速的升高波動范圍隨即增大,無法穩定轉速在2000rpm進行暖機,機組打閘停機,開始查找原因。在此期間,TSI轉速和機頭轉速表指示穩定,無擺動現象。打閘后檢查DEH轉速探頭電纜屏蔽線接線不正確,屏蔽線接在DCS系統的Speed Detector 卡件的A16(SHD)端子上,就地電纜沒有接地。通過把接地系統改成電纜在DCS系統卡件上接地,即把A16(SHD)屏蔽線接到Earth GND端子(C17端子)。

20126169:30分開始沖轉,同樣在800rpm以后三個探頭出現不同跳變,因選擇不同通道后,沖轉2000rpm暖機,暖機過程中轉速曲線穩定無毛刺,暖機結束后沖到2900rpm進行閥切,轉速也正常,到3000轉后轉速也正常做試驗,試驗后打閘,當轉速降至1000rpm時轉速又開始跳變。

2.2轉速突升原因分析

第一次沖轉后轉速突升,更改接地方式后,第二次沖轉時還會出現突升,通過第二次沖轉時對DEH轉速信號的進行錄波,從FLUKE 示波器上可以發現在1000rpm左右時,轉速信號波形有干擾,每個波形中均有一個諧波,諧波的幅值約為1.25V,如下圖2所示。當轉速超過1200rpm時轉速波形又正常,說明轉速在在800-1100rpm時,信號有干擾。通過對圖2波形電壓的分析,其中探頭電動勢最大幅值為41.6V,有效值為21.7V,諧波電壓為1.25V,因為諧波電壓1.25V已經高于Speed Detector Model系統卡件最低門檻值1V,即卡件檢測到的脈沖數為正常21.7V的峰峰值加上1.25V的峰峰值的脈沖數之和,即脈沖數增加一倍,所以顯示的轉速值也增加一倍,如圖3所示。可以判斷出轉速突變的原因為干擾信號引起。

圖2:DEH轉速探頭2測點在1075rpm的波形圖

 

圖3:DEH轉速探頭2測點在突升至2035rpm的波形圖

為了查找轉速信號在跳變原因,將轉速測量系統進行分塊分析,逐步排除干擾原因。

2.2.1 對轉速測量回路進行檢查,檢查電纜的干擾情況

DEH轉速磁阻探頭經中間接線箱,通過中間連接電纜直接接入Ovation系統Speed Detector Model 卡件的B15IN+)和B16(IN-)。連接電纜屏蔽連接有兩種方式:一種是探頭側不接地,中間連接電纜的屏蔽線在DCSSpeed Detector Model卡件的特性模件的Earth GNDC17端子)端子接地。另一種是探頭側電纜屏蔽接地,中間連接電纜的屏蔽線接在DCSSpeed Detector Model卡件的特性模件的SHD端子(B16端子)上,如下圖45所示。

圖4:現場探頭以及連接電纜與Speed Detector Model卡件接線示意圖

 

圖5:Speed Detector Model卡件端子接線圖

經過檢查電纜型號為雙層屏蔽計算機電纜符合要求,檢查電纜接地接線符合要求,就地電纜槽盒為全部均為信號電纜,更改電纜的接地方式后,同樣出現跳變情況,排除了電纜接線問題。

2.2.2 DCS組態及抗干擾情況進行檢查

檢查在DCS卡件組態中的四個列表,并對Speed Detector Model卡件設置的參數進行核對。在config列表選項中設置轉速卡件型號為1C31189 (Revisions 2 and 3)。在Module列表選項中設置齒數為60(現場實際齒數),減速比為1;在Overspeed LimitRPM)設置為3300rpm,則Overspeed LimitPPSat Module自動設置為3300Nominal Speed 設置為3000RPM。在Digital channels 選項中設置繼電器動作,即可以設置超速動作繼電器。在Analog channels中設置模擬量轉速的輸出,即顯示的轉速值。如下圖6所示。

圖6:Speed Detector Model卡件組態參數設置表

Speed Detector Model卡件的門檻電壓為卡件的特性模塊自動設置,最小檢測電壓為1V,自動門檻值需要的最小信號的幅值為1V峰峰值,最小頻率為0.72HZ。如圖7所示。以上組態設置均正確。

圖7:Speed Detector Model系統卡件最低門檻值和輸入頻率范圍表

為排除端子板與模件的內外部抗干擾能力確定將一個探頭接入機頭轉速表中,同樣機頭轉速表也出現跳變,排除了DCS卡件的問題。

2.2.3 對傳感器抗干擾方面檢查

檢查油質對是否無源磁電式轉速探頭產生磁力干擾;檢查探頭的安裝位置是否不合適,檢查安裝記錄,核對探頭安裝方式及間距均正確。

2.2.4 轉速傳感器類型不匹配方面檢查

將用于機頭轉速表顯示的探頭挪用,將DEH轉速探頭1的接線改為機頭轉速表的。將DEH轉速探頭1的接線接入機頭轉速表,DEH轉速測點1顯示穩定,趨勢平滑無毛刺,通過對安裝探頭的阻值比較,DEH轉速探頭阻值均為375Ω,為機頭轉速表的阻值為695Ω。從圖8中的示波器中的波形可以讀出轉速探頭2375Ω的探頭在2900rpm時幅值為120V,電壓值有效值為77V。而從圖9中示波器中的波形可以讀出轉速探頭13000rpm時幅值為58V,電壓值為有效值41.1V。說明阻抗大的轉速探頭的產生的電動勢的幅值小,即使有諧波的干擾,幅值也低于Speed Detector Model的最低門檻值,也不會產生影響,即抗干擾能力強。

圖8:DEH轉速探頭2測點在2900rpm時的波形圖

圖9:DEH轉速探頭2測點在3000rpm時的波形圖

 

3 處理方案:

經過DEH轉速在1075rpm的波形圖分析,諧波電壓1.25V已經高于卡件的最低1V門檻值。需要采取措施把諧波電壓降低,使得低于1V。通過對信號錄波分析和比對,通過計算,在轉速探頭線上并聯一個510KΩ的電阻,降低探頭感應電動勢的幅值,從而降低諧波電壓的幅值,使得在1000rpm時諧波的幅值低于1V門檻值,確保測量信號不被干擾。

按照上述方案進行改進,對轉速探頭2和轉速探頭3分別加10KΩ的電阻并聯卡件的B15IN+)和B16(IN-)的兩端子上,機組啟動沖轉過程中,通過示波器錄波,波形平滑,未出現諧波,機組轉速測量準確,轉速曲線平滑,穩定可靠,無任何波動,機組一次并網成功。

4 結束語

該機組并網后,通過一個月的使用和觀察,轉速正常,無跳變。證明該系統改進技術成熟,功能完善,性能穩定。為機組的穩定并網,安全運行提供了保證。同時也供相同類型機組參考。


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