1 概述
汽機保護系統(tǒng)(簡稱TSI系統(tǒng))對機組的安全運行起著至關(guān)重要的作用，是發(fā)電廠最重要的保護系統(tǒng)之一。TSI系統(tǒng)涉及的保護內(nèi)容包括轉(zhuǎn)速、軸向位移、缸體相對膨脹、缸體絕對膨脹、相對軸振動、絕對軸承振動和軸彎曲。目前，50MW以上機組均不同程度安裝有TSI系統(tǒng)。除缸體絕對膨脹外，大多監(jiān)測點均納入保護系統(tǒng)范疇。
目前，國內(nèi)機組裝備的TSI保護系統(tǒng)分國產(chǎn)設備和引進設備兩大類。由于國產(chǎn)設備在測量精度、可靠性、使用壽命等諸多方面較之進口設備仍存在許多不足，因此，僅在一些小容量機組中被采用，且局限在轉(zhuǎn)速、軸位移、脹差幾種參數(shù)測量，市場份額很小。某些經(jīng)消化后生產(chǎn)的國產(chǎn)設備雖功能完備，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一步改善和解決的問題，因而被市場接受和采納的也寥寥無幾。時下，裝備最多，市場份額最大的仍是引進設備，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80年代末進入我國，為我國最早成套引進的TSI產(chǎn)品。經(jīng)諸多機組多年運行實踐證明，其測量精度高，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設備的機組約350臺。
現(xiàn)今的TSI系統(tǒng)設備已為數(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。
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。相對于大規(guī)模集成電路而言功耗大，因而故障點相對較多。此外，對信號處理的速度和轉(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，信號的處理大多由CPU來完成，系統(tǒng)的可靠性提高。
對于量程、報警和保護限值等運行參數(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)來實現(xiàn)，容易造成操作錯誤。而數(shù)字化系統(tǒng)全部采用編程軟件進行設定，不會造成運行參數(shù)的設置錯誤。
(2)安全性 TSI系統(tǒng)在電廠的重要性和安全性勿容置疑。機組運行過程中絕不允許發(fā)生保護誤動現(xiàn)象；當機組運行出現(xiàn)異常時，更不允許產(chǎn)生拒動。而早期的TSI設備由于采用的是模擬電路，保護參數(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。保護信號的發(fā)出，是實際測量參數(shù)與參考電壓進行比較的結(jié)果。由于元件自身的缺陷和調(diào)整過程中測量儀表精度等原因，很難使保護限值設置精準。采用數(shù)字電路后，實際測量值被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量(12位轉(zhuǎn)換精度)，與經(jīng)軟件設置的數(shù)字值進行比較，然后確定是否發(fā)出報警或保護信號，這就徹底解決了設定參數(shù)與實際測量參數(shù)之間誤差的問題。此外，對于模擬電路，任何人都可以對保護參數(shù)進行設置和修改，因而必然存在不安全的隱患。而數(shù)字化系統(tǒng)采用軟件設置，編程軟件設有密碼，并詳細記錄了參數(shù)設置或修改時間、操作員姓名等檔案，如果操作人員不知道軟件口令，將無法對運行和保護參數(shù)進行設置或修改，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。因為該系統(tǒng)在測量回路發(fā)生故障(傳感器機械損壞、電纜開路或短路)時，只發(fā)出“回路故障”信號，不會發(fā)出跳機信號，而其它產(chǎn)品此時均會發(fā)出跳機信號。
(3)準確性 對于軸向位移、脹差(尤其是脹差)等測量范圍相對較大，且采用渦流傳感g(shù)S的測點，早期產(chǎn)品的測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量的線性度(與被測材料的材質(zhì)、測量盤的尺寸、傳感器的直徑有關(guān))。數(shù)字化系統(tǒng)在測量模塊內(nèi)的CPU中可對傳感器的線性度進行在線補償(MMS6000系統(tǒng)可進行32點的線性化補償)，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計，可以利用組態(tài)軟件設置成單通道工作、雙通道工作、冗余方式、串聯(lián)方式等。模塊化設計可方便地組裝成監(jiān)視機組的完整的TSI系統(tǒng)，也可以只用來監(jiān)測某些特定的測點。可與DES、DEH等系統(tǒng)通訊或聯(lián)接，也可以自成體系，作為特殊測量系統(tǒng)。運行參數(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。可聯(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)濟性 升級后的數(shù)字化系統(tǒng)并非意味著要完全舍棄原有系統(tǒng)，事實上它只是升級了測量模塊，將系統(tǒng)供電電源的種類統(tǒng)一為一種，既方便又經(jīng)濟，原系統(tǒng)的所有傳感器和前置器繼續(xù)保留延用。由于采用雙通道設計，測量模塊的單位費用較原系統(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，費用肯定會更高。
3 數(shù)字電路提高了電廠的整體自動化控制水平和管理水平
隨著電廠整體自動化水平的日益提高，對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或開關(guān)量信號與其它系統(tǒng)或儀表進行聯(lián)接，聯(lián)接線路復雜、電纜用量多、故障點多，檢修和維護的工作量大。
新的數(shù)字化系統(tǒng)除保留原聯(lián)接方式和功能外，新增設有RS?232和RS?458數(shù)字接口。系統(tǒng)運行方式、運行參數(shù)和保護參數(shù)的設置，既可以通過組態(tài)工具在模塊上進行，又可以在系統(tǒng)網(wǎng)絡上進行。通過這些接口，測量參數(shù)、畫面、曲線等可發(fā)送到DCS、DEH、分析診斷系統(tǒng)、網(wǎng)絡等相關(guān)系統(tǒng)，提高了電廠的整體自動化控制水平。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)字化升級后，又為完善這一管理系統(tǒng)提供了必要的條件。
對于輔機系統(tǒng)(送風機、引風機、排粉機、給水泵等)的監(jiān)測和保護，以往廠里的重視程度和資金投入遠不及主機。事實上，從機組的安全和穩(wěn)定運行來說，應把它們與主機同等看待。利用新的數(shù)字化系統(tǒng)，可方便、經(jīng)濟地構(gòu)成一套完整的輔機監(jiān)測保護系統(tǒng)，并可與主機監(jiān)測系統(tǒng)合并為一個系統(tǒng)(也可單獨使用)，然后與其它系統(tǒng)實現(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，為改善和提高汽輪機和輔機系統(tǒng)的保護質(zhì)量，提高電廠的自動化控制水平和管理水平，提供了安全、可靠的保證。
