發(fā)表時(shí)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(dòng)保護(hù)是汽輪機(jī)組重要的保護(hù)項(xiàng)目之一，隨著汽輪機(jī)組不斷向高參數(shù)、大容量的趨勢(shì)發(fā)展，振動(dòng)保護(hù)對(duì)汽輪機(jī)乃至其他大型旋轉(zhuǎn)機(jī)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(xiàng)重點(diǎn)要求》中規(guī)定：汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)必須投入。目前我國(guó)汽輪機(jī)組在出廠時(shí)的常規(guī)設(shè)計(jì)方案一般是單點(diǎn)保護(hù)，從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)看，這種方式存在單點(diǎn)保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題，因此一些電廠寧愿違反相關(guān)規(guī)定，在機(jī)組并網(wǎng)正常運(yùn)行后即退出振動(dòng)大保護(hù)，給汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)了極大的隱患。
1.常規(guī)振動(dòng)保護(hù)邏輯優(yōu)化方案
由于沒(méi)有國(guó)標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，之前國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)組出廠時(shí)的常規(guī)設(shè)置為在軸瓦的X/Y向各安裝一個(gè)渦流探頭，如圖1所示，振動(dòng)保護(hù)一般為單點(diǎn)保護(hù)，即當(dāng)各軸瓦的X/Y向任一探頭檢測(cè)到振動(dòng)值達(dá)到跳機(jī)值時(shí)，振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。由于渦流探頭測(cè)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(jī)組容易出現(xiàn)誤發(fā)信號(hào)的情況，此外，這種重要保護(hù)設(shè)置成單點(diǎn)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(jì)原則。
軸振測(cè)量示意圖
GB/T 11348.2—2012《機(jī)械振動(dòng)在旋轉(zhuǎn)軸上測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng)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(jī)和發(fā)電機(jī)》中新增如下內(nèi)容為振動(dòng)保護(hù)的設(shè)置提供了依據(jù)：“汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)通常是受自動(dòng)控制系統(tǒng)控制的，如果超過(guò)停機(jī)振動(dòng)值，自動(dòng)控制系統(tǒng)使機(jī)器停機(jī)。為了避免虛假信號(hào)引起的不必要的停機(jī)，實(shí)際上通常采用多個(gè)傳感器控制邏輯，并在觸發(fā)機(jī)器自動(dòng)停機(jī)的任何自控動(dòng)作之前，規(guī)定一個(gè)時(shí)間延遲。因此，如果接收到振動(dòng)停機(jī)信號(hào)，而且至少被兩個(gè)獨(dú)立的傳感器確認(rèn)超過(guò)了規(guī)定的有限的延遲時(shí)間才可以觸發(fā)停機(jī)。典型的延遲時(shí)間是1~3s。為了慎重可以在報(bào)警值和停機(jī)值之間插入第二次報(bào)警，以預(yù)警操作人員正在接近停機(jī)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(jī)。”
近幾年來(lái)，隨著汽輪機(jī)故障問(wèn)題的增多以及火電廠對(duì)設(shè)備安全重視程度的提高，大多數(shù)電廠對(duì)振動(dòng)保護(hù)的邏輯進(jìn)行了針對(duì)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(dòng)中一個(gè)達(dá)到報(bào)警值，另一個(gè)達(dá)到跳閘值即觸發(fā)振動(dòng)保護(hù)跳閘。
（2）任意瓦振動(dòng)中任意一個(gè)達(dá)到跳閘值，且相鄰?fù)遆/Y方向振動(dòng)任意一個(gè)達(dá)到報(bào)警值即觸發(fā)振動(dòng)保護(hù)跳閘。
（3）任意瓦的X/Y方向振動(dòng)中一個(gè)達(dá)到跳閘值，且除本瓦外任意瓦X/Y方向振動(dòng)中一個(gè)達(dá)到報(bào)警值即觸發(fā)振動(dòng)保護(hù)跳閘。
目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)機(jī)組在進(jìn)行邏輯優(yōu)化時(shí)大多選擇了第一種方案，雖然本瓦X/Y方向振動(dòng)的相關(guān)性已得到認(rèn)同，但具體幅值在各機(jī)組、各瓦中都不相同，因而也存在出現(xiàn)“拒動(dòng)”的可能性。某電廠汽輪機(jī)組3瓦Y向軸振瞬時(shí)從100μm突升到300μm以上，而3瓦X向軸振只在90～120μm擺動(dòng)，并未超過(guò)報(bào)警值，停機(jī)檢查后發(fā)現(xiàn)振動(dòng)是由于3瓦浮動(dòng)油擋掉落且已磕碰變形造成的。
對(duì)于第二種方案，相鄰軸瓦有兩種情況：一種是通過(guò)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(jī)振動(dòng)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(shí)，有可能只是本瓦出現(xiàn)振動(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)具有相關(guān)性，但是具體定值的給出還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，難以給出一個(gè)通用值以保證機(jī)組安全。
第三種方案是對(duì)前兩種方案進(jìn)行綜合考慮的一種相對(duì)合理的方案，既考慮了由于相鄰?fù)哒駝?dòng)相關(guān)性不強(qiáng)可能產(chǎn)生保護(hù)拒動(dòng)的情況，也考慮了同一瓦X/Y向信號(hào)布置在同一卡件時(shí)卡件故障可能造成保護(hù)誤動(dòng)的情況，在最大程度上防止了保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的發(fā)生。但這個(gè)方案邏輯組態(tài)較復(fù)雜，在進(jìn)行振動(dòng)保護(hù)傳動(dòng)時(shí)需耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。
除了對(duì)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(duì)振動(dòng)保護(hù)的完善和補(bǔ)充，例如為了預(yù)防機(jī)組檢修后可能出現(xiàn)的不確定因素，在機(jī)組并網(wǎng)前可采用振動(dòng)“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(hào)參與保護(hù)邏輯的報(bào)警定值可適當(dāng)減小（建議由原設(shè)計(jì)的125μm改為100μm甚至更小，綜合平時(shí)正常運(yùn)行值和機(jī)組啟動(dòng)過(guò)臨界時(shí)的振動(dòng)值考慮），或機(jī)組正常運(yùn)行工況下各瓦的軸振值增加不大于50μm且不高于汽輪機(jī)廠家給出的報(bào)警值。
2.振動(dòng)保護(hù)設(shè)置延時(shí)需注意問(wèn)題
除對(duì)振動(dòng)保護(hù)的邏輯進(jìn)行優(yōu)化外，GB/T11348.2—2012中還提到了振動(dòng)保護(hù)延遲時(shí)間的設(shè)置，并給出典型的延遲時(shí)間為1～3s的建議。因此，部分電廠在進(jìn)行了振動(dòng)保護(hù)邏輯優(yōu)化后還設(shè)置了延遲時(shí)間，由于部分機(jī)組發(fā)生的重大軸系故障振動(dòng)值變化過(guò)程非常短暫，可能未達(dá)到保護(hù)延遲時(shí)間，未達(dá)到振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件，但實(shí)際汽輪機(jī)內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生很嚴(yán)重的事故。某電廠機(jī)組1～5瓦X/Y向振動(dòng)同時(shí)出現(xiàn)突增，其中3、4瓦X向均超過(guò)300μm，之后迅速恢復(fù)正常，整個(gè)過(guò)程超過(guò)振動(dòng)跳閘值的持續(xù)時(shí)間約2s，未達(dá)到保護(hù)延遲時(shí)間3s的動(dòng)作條件，后停機(jī)解體發(fā)現(xiàn)中壓缸電端第二級(jí)隔板脫落、中壓轉(zhuǎn)子電端第二級(jí)動(dòng)葉因磨損全部脫落、電端第一級(jí)動(dòng)葉磨損。
3.結(jié) 語(yǔ)
汽輪機(jī)組內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)機(jī)組的振動(dòng)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(diǎn)保護(hù)是合適的；但從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的運(yùn)行情況來(lái)看，單點(diǎn)保護(hù)造成的保護(hù)誤動(dòng)較多，從熱工可靠性保護(hù)設(shè)置原則角度對(duì)振動(dòng)保護(hù)邏輯進(jìn)行優(yōu)化完善是很有必要的。但對(duì)于目前已進(jìn)行振動(dòng)大“二取二”冗余判斷的機(jī)組，已可達(dá)到防止信號(hào)突變?cè)斐杀Ｗo(hù)誤動(dòng)的要求，設(shè)置過(guò)長(zhǎng)的延時(shí)反而會(huì)在振動(dòng)確實(shí)大的時(shí)候增加設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，建議取消延時(shí)，即使暫不取消，建議設(shè)置不超過(guò)1s。除此之外，我們還需綜合平時(shí)正常運(yùn)行值和機(jī)組啟動(dòng)過(guò)臨界時(shí)的振動(dòng)值考慮減小振動(dòng)報(bào)警定值等各種細(xì)節(jié)，并設(shè)置任一軸承振動(dòng)達(dá)到報(bào)警或動(dòng)作值時(shí)明顯的聲光信號(hào)，以便振動(dòng)值瞬間變化過(guò)快或有單點(diǎn)振動(dòng)達(dá)到限值時(shí)，提醒運(yùn)行人員加強(qiáng)監(jiān)視，必要時(shí)手動(dòng)停機(jī)，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。
