TSI系统故障原因分析与提高可靠性措施
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【摘 要】本文在我厂tsi系统运行情况总结的基础上，通过对异常情况的归类分析和存在问题的专题分析，提出提高TSI系统运行可靠性的若干技术措施，供同行在检修运行维护中参考。
【关键词】TSI系统；故障原因分析；可靠性技术措施
0 前言
汽轮机监测保护系统，是汽轮机运行极为重要的一个监测保护系统，为了确保机组安全稳定运行，相应的TSI系统的必须做到安全可靠，由于各种原因，目前热工控制逻辑的完善性及合理性、热工保护信号的配置还存在不尽人意之处，由此引发热工保护系统误动的情况时有发生，尤其是TSI系统，因其单点保护的不可靠性，导致运行机组跳闸情况在近几年内呈上升趋势，这引起了各大发电公司的重点关注，本文通过对异动案例的统计、故障原因的归类分析以及与同行专业人员专题讨论后，提出提高TSI系统运行可靠性的若干技术措施，供同行在检修运行维护中参考。
通过对TSI系统运行情况统计，将引起测量显示异常甚至导致保护系统误动的主要原因、处理措施以及可能存在的主要隐患归纳如下：
1.1 TSI信号测量部件故障跳机
1.2 绝对振动信号动作跳机
由公式可以看出，在积分过程中，速度信号会受到与频率有关的增益影响。低频增益大，高频增益小。在速度信号中，低频成分经积分成位移量后，有较大的幅值。因此外部电磁场的任何变化都会产生错误的振动速度输出信号。从过程来看，当时用来测量轴承绝对振动的速度传感器受到了低频干扰，发生突变，同时复合出一个较大的绝对振动值，导致振动保护动作。因此用轴的绝对振动单点信号作为振动保护的信号源，产生虚假信号（严重时误动作跳机）的概率较大。
1.3 单点信号保护可靠性低
为保证TSI信号触发保护系统的及时性，火电机组TSI系统输出的触发保护信号，原设计多采用单点测量信号且不加延时。但由于TSI系统在电厂运行的环境是一个强电磁场环境，包括来自系统内部的异常（测量部件、装置等）和外部环境因素产生的干扰（电导耦合、电磁辐射等），这些干扰都可能引发单点信号保护回路的误动，事实上统计数据表明，TSI系统的异动情况中，因被监控参数真实变化导致的少之又少，而因TSI装置本身故障造成的也不多见，绝大多数是外部因素诱导下的误发信号而引起的异动情况，且其脉冲维持时间很少超过4秒。例如2007年7月3日，某厂3号机组因轴向位移保护未设置延时，运行中信号瞬间突变至满量程（约0.5秒后恢复正常），保护动作跳机，但经检查未发现任何异常，机组重新启动也一切正常。
如果我们稍加研究，能将单点信号保护改为三选二逻辑，或者限于现场条件改为二选二，或者增加一点延时，那么保护系统误动次数都将大大减少。
1.4 接地的不规范性
不同的地网间会产生电势差，在屏蔽层内产生环流，叠加在信号上会引起模拟量波动或突变。因此通过可靠的接地和正确的电缆防护措施来抑制干扰，是提高TSI系统运行可靠性的有效办法之一。此措施本应引起足够的重视，然而在统计中，却发现TSI系统不少异常情况，都与接地与电缆防护的不规范有一定的关联。
此外延伸电缆的屏蔽层如果在安装敷设时未做好防护，电缆屏蔽层因振动等原因在运行过程磨损导致两点或多点接地，或者连接电缆屏蔽层未接地的话，也将会引起信号跳变。
1.5 传感器电缆接头接触不良
延伸电缆接头和前置器及机柜的接线因安装检修时紧固程度不够，或随着运行时间的推移及气候、氧化等因素的影响，原先紧固的接头和接线会出现松动而造成接触不良，导致信号波动。对于TSI系统来说，一个探头对应一根延伸电缆和一个前置器，三者是一个测量整体，有相应的阻抗和特性曲线。一旦测量系统的阻抗和特性曲线发生变化，将会引起信号异常。
1.6 现场环境影响，导致信号异常
TSI系统一次元件主要是一个电涡流探头，在探头中有一线圈，前置器中的高频振荡电流通过延伸电缆流入该线圈，产生一个轴向磁场；当被测金属体靠近这个磁场时切割磁力线而产生电涡流，电涡流的大小随探头与被测体表面间的间距变化，并经延伸电缆送至前置器检波、放大，转化成随机械位移（间隙）变化的电压信号。当有外部磁场影响该线圈产生的磁场时，电涡流的大小就不能正确地反映探头与被测物间的间距，引起测量显示异常。
除了外部磁场对探头的影响，测量回路电缆的老化也是一个不容忽视的问题。如某机组汽泵轴承振动不定期的发生测量值波动的现象，在反复排查无果的情况下，经分析认为可能是该测量回路就地环境温度较高，导致线路老化引起，将测量线路改至远离高温区后，信号恢复正常。另一新建机组投产运行不到一年，轴向位移保护动作停机，原因是该回路使用了橡皮电缆，碰到油后老化，绝缘层开裂引起保护误动。
1.7 电源系统
目前TSI系统的供电方式基本上采用双电源供电，但仍有个别机组的TSI系统采用单电源供电，或虽采用了双路电源但电源模块仍为单个。虽然到目前为止还没出现过因电源失去而使整个系统瘫痪的情况，但对于TSI系统的可靠运行来说，单电源供电对系统运行始终是机组安全运行的隐患。
2 提高TSI装置运行可靠性的若干技术要求
为了减少机组的误动作，保证机组安全稳定运行，根据上述的分析归纳，我们应从优化TSI系统电源及保护逻辑、减少单点信号保护引起机组误动的概率着手，通过全面核查TSI系统连接线路的规范性，完善TSI系统的安装检修和运行维护管理方法，来提高TSI系统的运行可靠性。基于这一思路，在深入探讨和专题研究的基础上，本着“既要防止拒动，也要防止误动”的原则，提出以下技术措施，供检修运行维护中参考：
2.1 提高TSI 电源可靠性
TSI系统应配置两路可靠的AC的电源系统可靠性220V电源冗余供电（切换时间应不大于5ms，保证TSI装置不会初始化）；同时应配置至少两块电源模块实现装置电源间的无隙切换。原设计一路电源或二路电源切换时间达不到要求的，均应进行改造或优化。
2.2 保护逻辑及定值合理优化
（1）TSI保护动作输出的跳机信号，宜采用常开且二路输出信号（闭合跳机）。原设计绝对振动信号作保护的情况，建议取消该保护，改用相对振动信号代替。
（2）采用轴承的相对振动作为汽轮机振动保护的信号源，并将逻辑优化为：本轴承的X向相对振动达到跳机值且相邻任一轴承振动值达到报警值时，本轴承振动保护信号动作。
（3）汽机轴向位移保护，原设计为单点信号或为二选二逻辑的，在条件允许的前提下，宜通过增加探头改为三选二逻辑或具备同等判断功能的逻辑输出。
（4）汽机高中低压胀差为单点信号保护的，为防止干扰信号误动，可设置10～20秒延时。为加强信号坏点剔除保护功能，建议胀差信号量程设置不高于跳机值的110%。如设计有两点胀差信号，其保护信号以采用与逻辑为宜。
（5）汽机缸胀应有报警信号，如设计有单点信号保护，建议取消。
（6）超速保护均应采用三路独立的转速信号进行3取2逻辑判断后得到（在TSI框架内或DEH内）。
（7）风机振动单点信号保护，在有可能的情况下，改为三取二优选逻辑或二取二与逻辑。
（8）TSI的输入信号通道，应设置断线自动退出保护逻辑判断的功能。
（9）在DCS系统内对振动信号设置偏差报警，为考虑将振动信号接入保护回路、减少保护信号误动作准备。
2.3 安装与线路连接注意事项
连接线路问题是影响TSI系统运行可靠性的另一个重要原因，在安装、检修、运行及维护中，应注意满足以下要求：
（1）检修更换传感器时，最好选用不带中间接头的传感器，否则要有可靠措施，确保传感器尾线与延伸电缆接头处的绝缘可靠，延伸电缆的固定与走向应不存在损伤电缆的隐患，汽机引出处要确保密封，至接线盒的沿途信号电缆应远离强电磁干扰源和高温区，并有可靠的全程金属防护措施。
（2）轴向位移、差胀传感器的检修、调试应在机务的配合下进行，并在传动记录中签字，外置探头应安装有保护罩。
（3）安装前置放大器的金属盒应选择在较小振动并便于检修的位置，盒体底座垫1cm左右橡皮后，固定牢固并可靠接地。
（4）前置放大器应安装于金属箱中，箱体须妥善接地。接口和接线应检查紧固，输出信号电缆宜采用0.5-1.0平方厘米的普通三芯屏蔽电缆，且其屏蔽层在汽机侧应绝缘浮空。若采用四芯屏蔽电缆，备用芯应在机柜端接地。电缆屏蔽层应直接延伸到机架的接线端子旁，尽量靠近框架处破开屏蔽层，并将屏蔽线直接接在机架的COM或Shield端上。
（5）接地须正确可靠。通常COM与机架电源地在出厂时缺省设置为导通，所以整个TSI系统是通过电源地接地，因此与其他系统连接时，应把TSI系统和被连接的系统作为一个整体系统来考虑并保证屏蔽层为一点接地，如通过记录仪输出信号与第三方系统连接时，确认COM端在第三方系统中浮空，则可保持各自的独立接地。如COM端在第三方系统中未浮空，则TSI侧的COM端需要浮空。TSI供电的电源地仍然保留以保证安全，但此时电源地只作安全地，不再兼做仪表地）。
2.4 运行维护管理
（1）TSI探头第一次安装前和校验周期到期后的检修安装前，应提交有资质的检定机构出具的正式校验合格报告。
（2）振动探头处应贴有警示牌，严禁磁性物体接近探头，在离探头5米范围内严禁使用步话机通话。
（3）TSI系统的涡流探头、延长电缆和前置器须成套校验并随机组大修进行，瓦振探头的校验周期不宜超过两年。为消除轴向位移、差胀探头浸油后带来特性的少许变化，探头新安装前或检修时，宜放在油里浸泡1-2天再进行线性校验。
（4）机组运行时，应定期检查振动等信号的历史曲线，若有信号波动现象，应引起高度重视，及时检查传感器的各相应接头是否有松动或接触不良，电缆绝缘层是否有破损或接地，屏蔽层接地是否符合要求等，若有异常及时处理。
（5）联锁试验时，对TSI系统的每个保护均应进行一一确认，对既有硬逻辑又有软逻辑的保护系统，在联锁试验单上要特别注明，并分别进行试验。
（6）汽机、风机启动或运行过程中，一旦出现TSI信号异变，应立即通知热工人员检查原因并保存异常现象曲线，注明相关参数后归档。
（7）如果存在卡件故障，在重新下载组态前，应确认系统可以自动更新组态，否则应人工确认组态参数的版本正确。
（8）定期测量TSI各测点的间隙电压，结合当前状态与以前的记录进行分析总结，在机组停机期间紧固各个TSI测点的安装套筒，偏离标准间隙电压较大的测点，在条件允许的情况下应进行重新安装。
3 结束语
为了保证TSI系统的安全可靠运行，合理的逻辑和可靠的回路环境是基础，及时的检修和维护是保证。本文通过对TSI系统逻辑优化、检修维护注意事项等方面的研究探讨，得出了提高TSI系统可靠性的若干措施。
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