1 概述

汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)(簡稱TSI系統(tǒng))對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，是發(fā)電廠最重要的保護(hù)系統(tǒng)之一。TSI系統(tǒng)涉及的保護(hù)內(nèi)容包括轉(zhuǎn)速、軸向位移、缸體相對(duì)膨脹、缸體絕對(duì)膨脹、相對(duì)軸振動(dòng)、絕對(duì)軸承振動(dòng)和軸彎曲。目前，50MW以上機(jī)組均不同程度安裝有TSI系統(tǒng)。除缸體絕對(duì)膨脹外，大多監(jiān)測(cè)點(diǎn)均納入保護(hù)系統(tǒng)范疇。

目前，國內(nèi)機(jī)組裝備的TSI保護(hù)系統(tǒng)分國產(chǎn)設(shè)備和引進(jìn)設(shè)備兩大類。由于國產(chǎn)設(shè)備在測(cè)量精度、可靠性、使用壽命等諸多方面較之進(jìn)口設(shè)備仍存在許多不足，因此，僅在一些小容量機(jī)組中被采用，且局限在轉(zhuǎn)速、軸位移、脹差幾種參數(shù)測(cè)量，市場(chǎng)份額很小。某些經(jīng)消化后生產(chǎn)的國產(chǎn)設(shè)備雖功能完備，但由于制造工藝、傳感器精度和穩(wěn)定性等還存在許多需進(jìn)一步改善和解決的問題，因而被市場(chǎng)接受和采納的也寥寥無幾。時(shí)下，裝備最多，市場(chǎng)份額最大的仍是引進(jìn)設(shè)備，以德國飛利浦(現(xiàn)改為epro)公司和美國本特利公司的產(chǎn)品為主。日本、瑞士等其他國家的產(chǎn)品裝備數(shù)量較少。

德國飛利浦公司的產(chǎn)品自上世紀(jì)80年代末進(jìn)入我國，為我國最早成套引進(jìn)的TSI產(chǎn)品。經(jīng)諸多機(jī)組多年運(yùn)行實(shí)踐證明，其測(cè)量精度高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，使用壽命長。目前，國內(nèi)全部或部分裝備飛利浦TSI設(shè)備的機(jī)組約350臺(tái)。

現(xiàn)今的TSI系統(tǒng)設(shè)備已為數(shù)字化產(chǎn)品，其品質(zhì)有了極大的改善和提高。近兩年來，國內(nèi)許多電廠已陸續(xù)將模擬電路的TSI系統(tǒng)改造成數(shù)字電路系統(tǒng)。本文將通過與早期TSI系統(tǒng)的比較，介紹數(shù)字電路TSI系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

2 數(shù)字電路提高了系統(tǒng)的性能

(1)可靠性 早期的TSI系統(tǒng)設(shè)備，受電子元件發(fā)展水平的局限，幾乎全部由模擬電路構(gòu)成信號(hào)處理部分，關(guān)鍵元件數(shù)量多，集成度低，需要的電源種類也多。相對(duì)于大規(guī)模集成電路而言功耗大，因而故障點(diǎn)相對(duì)較多。此外，對(duì)信號(hào)處理的速度和轉(zhuǎn)換精度都不及數(shù)字電路。采用數(shù)字電路后，除必要的外圍輔助電路外，信號(hào)的處理大多由CPU來完成，系統(tǒng)的可靠性提高。

對(duì)于量程、報(bào)警和保護(hù)限值等運(yùn)行參數(shù)，早期的系統(tǒng)只能靠調(diào)整電路(跳線選擇或調(diào)整電平)來實(shí)現(xiàn)，容易造成操作錯(cuò)誤。而數(shù)字化系統(tǒng)全部采用編程軟件進(jìn)行設(shè)定，不會(huì)造成運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置錯(cuò)誤。

(2)安全性 TSI系統(tǒng)在電廠的重要性和安全性勿容置疑。機(jī)組運(yùn)行過程中絕不允許發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象；當(dāng)機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，更不允許產(chǎn)生拒動(dòng)。而早期的TSI設(shè)備由于采用的是模擬電路，保護(hù)參數(shù)只能依靠調(diào)整參數(shù)電位器和調(diào)節(jié)參考電壓來完成。保護(hù)信號(hào)的發(fā)出，是實(shí)際測(cè)量參數(shù)與參考電壓進(jìn)行比較的結(jié)果。由于元件自身的缺陷和調(diào)整過程中測(cè)量儀表精度等原因，很難使保護(hù)限值設(shè)置精準(zhǔn)。采用數(shù)字電路后，實(shí)際測(cè)量值被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量(12位轉(zhuǎn)換精度)，與經(jīng)軟件設(shè)置的數(shù)字值進(jìn)行比較，然后確定是否發(fā)出報(bào)警或保護(hù)信號(hào)，這就徹底解決了設(shè)定參數(shù)與實(shí)際測(cè)量參數(shù)之間誤差的問題。此外，對(duì)于模擬電路，任何人都可以對(duì)保護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改，因而必然存在不安全的隱患。而數(shù)字化系統(tǒng)采用軟件設(shè)置，編程軟件設(shè)有密碼，并詳細(xì)記錄了參數(shù)設(shè)置或修改時(shí)間、操作員姓名等檔案，如果操作人員不知道軟件口令，將無法對(duì)運(yùn)行和保護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或修改，提高了系統(tǒng)的安全性。在此值得一提的是，在引進(jìn)的TSI系統(tǒng)中，德國飛利浦公司生產(chǎn)的MMS6000系統(tǒng)在安全方面最適合我國國情。因?yàn)樵撓到y(tǒng)在測(cè)量回路發(fā)生故障(傳感器機(jī)械損壞、電纜開路或短路)時(shí)，只發(fā)出“回路故障”信號(hào)，不會(huì)發(fā)出跳機(jī)信號(hào)，而其它產(chǎn)品此時(shí)均會(huì)發(fā)出跳機(jī)信號(hào)。

(3)準(zhǔn)確性 對(duì)于軸向位移、脹差(尤其是脹差)等測(cè)量范圍相對(duì)較大，且采用渦流傳感g(shù)S的測(cè)點(diǎn)，早期產(chǎn)品的測(cè)量精度完全取決于傳感器和前置器的線性度，但渦流傳感器很難保證大量程測(cè)量的線性度(與被測(cè)材料的材質(zhì)、測(cè)量盤的尺寸、傳感器的直徑有關(guān))。數(shù)字化系統(tǒng)在測(cè)量模塊內(nèi)的CPU中可對(duì)傳感器的線性度進(jìn)行在線補(bǔ)償(MMS6000系統(tǒng)可進(jìn)行32點(diǎn)的線性化補(bǔ)償)，這樣即使傳感器的線性度不太令人滿意，也可以真正做到軸系的實(shí)際位移量與輸出指示完全保持一致。

(4)靈活性 新的數(shù)字化系統(tǒng)全部采用了雙通道設(shè)計(jì)，可以利用組態(tài)軟件設(shè)置成單通道工作、雙通道工作、冗余方式、串聯(lián)方式等。模塊化設(shè)計(jì)可方便地組裝成監(jiān)視機(jī)組的完整的TSI系統(tǒng)，也可以只用來監(jiān)測(cè)某些特定的測(cè)點(diǎn)?？膳cDES、DEH等系統(tǒng)通訊或聯(lián)接，也可以自成體系，作為特殊測(cè)量系統(tǒng)。運(yùn)行參數(shù)或曲線可在DCS、DEH，或其它二次儀表上顯示，也可以在組態(tài)工具上顯示?？陕?lián)接其它在線故障分析診斷系統(tǒng)，也可配備自身的在線故障分析診斷系統(tǒng)。

(5)經(jīng)濟(jì)性 升級(jí)后的數(shù)字化系統(tǒng)并非意味著要完全舍棄原有系統(tǒng)，事實(shí)上它只是升級(jí)了測(cè)量模塊，將系統(tǒng)供電電源的種類統(tǒng)一為一種，既方便又經(jīng)濟(jì)，原系統(tǒng)的所有傳感器和前置器繼續(xù)保留延用。由于采用雙通道設(shè)計(jì)，測(cè)量模塊的單位費(fèi)用較原系統(tǒng)要低得多。再者，由于原系統(tǒng)的零備件已經(jīng)逐步停產(chǎn)，如購買原系統(tǒng)的部件，除難度增加外，費(fèi)用肯定會(huì)更高。

3 數(shù)字電路提高了電廠的整體自動(dòng)化控制水平和管理水平

隨著電廠整體自動(dòng)化水平的日益提高，對(duì)TSI系統(tǒng)的要求也越來越高。以往的TSI系統(tǒng)只能通過模擬量信號(hào)或開關(guān)量信號(hào)與其它系統(tǒng)或儀表進(jìn)行聯(lián)接，聯(lián)接線路復(fù)雜、電纜用量多、故障點(diǎn)多，檢修和維護(hù)的工作量大。

新的數(shù)字化系統(tǒng)除保留原聯(lián)接方式和功能外，新增設(shè)有RS?232和RS?458數(shù)字接口。系統(tǒng)運(yùn)行方式、運(yùn)行參數(shù)和保護(hù)參數(shù)的設(shè)置，既可以通過組態(tài)工具在模塊上進(jìn)行，又可以在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行。通過這些接口，測(cè)量參數(shù)、畫面、曲線等可發(fā)送到DCS、DEH、分析診斷系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)系統(tǒng)，提高了電廠的整體自動(dòng)化控制水平。另外，DCS系統(tǒng)的大量裝備、燃料管理系統(tǒng)、燃燒管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)的改造和投入也使電廠的管理水平有了質(zhì)的提高。TSI系統(tǒng)經(jīng)數(shù)字化升級(jí)后，又為完善這一管理系統(tǒng)提供了必要的條件。

對(duì)于輔機(jī)系統(tǒng)(送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)、給水泵等)的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，以往廠里的重視程度和資金投入遠(yuǎn)不及主機(jī)。事實(shí)上，從機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)行來說，應(yīng)把它們與主機(jī)同等看待。利用新的數(shù)字化系統(tǒng)，可方便、經(jīng)濟(jì)地構(gòu)成一套完整的輔機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，并可與主機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)合并為一個(gè)系統(tǒng)(也可單獨(dú)使用)，然后與其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

總之，系統(tǒng)的全面數(shù)字化升級(jí)，為改善和提高汽輪機(jī)和輔機(jī)系統(tǒng)的保護(hù)質(zhì)量，提高電廠的自動(dòng)化控制水平和管理水平，提供了安全、可靠的保證。