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[摘 要]本文针对中电国华神木发电有限公司TSI系统由于设备老化导致可靠性降低，对机组的可靠运行造成了极大的隐患，加之原TSI系统自出厂以来经过近30年的应用，已进入全面停产阶段，厂家已停止了备件供应；分析了设备存在的问题，提出了设备改造方案，并将改造费用降至最低；为确保TSI系统改造工作的顺利实施，着重对改造过程中系统的逻辑组态以及调试方法做了详细的说明，从而增强了改造实施过程中的可操作性以及TSI系统运行过程中的可靠性，为机组的安全可靠运行提供了保障。
[关键词]BN3500；TSI；汽轮机监视系统；超速；轴向位移；振动
中图分类号：TP108 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0208-03
一、神木公司TSI系统概况
神木公司1#/2#机组TSI汽轮机监视系统采用本特利3300产品，包括超速保护系统、双通道轴向位移监测、高低压缸胀差监测、1#～6#轴水平与垂直振动监测、1#～6#瓦振监测、偏心与键相监测；1996年系统上电，17年来，系统基本能够连续稳定运行。2004年5月机组检修期间第一次发生汽轮机3300/53超速保护系统信号及电源输入模块故障，更换后正常。2008年机组检修时对汽轮机3300/53超速保护系统信号及电源输入模块进行预防性更换，2012年5月6日，1#汽轮机3300/53超速保护系统信号及电源输入模块再次故障，导致1#机组超速保护误动跳机，邀请通用电气上海测控有限公司对神木公司1#/2#机组本特利3300系统进行了一次可靠性测试，结论明确：1、目前本特利3300系统测量精度符合本特利标准，模拟量输出准确；2、3300/53继电器卡件失效，更换后正常；3、本特利3300系统自出厂以来经过近30年的应用，已进入全面停产阶段，停止了备件供应；4、建议升级为更为可靠的TSI系统。
由于本特利3300系统监测模块已停止生产，备件停止供应；3300/53超速保护系统信号及电源输入模块使用寿命较短，故障率较高；神木公司汽轮机TSI监视系统运行可靠性大大降低，模块一旦故障，会直接导致机组保护误动或者拒动甚至失去保护功能。对机组的安全运行带来极大的隐患。
二、TSI系统升级改造方案
选用本特利3500系列产品：保留现场54套传感器，只更换框架与监测器。其优点是：现场传感器部分能够继续使用、工程造价相对较低、施工量小、同样可以提高系统可靠性。
改进后的3500系统框架的几何尺寸为452mm*251mm，框架内除电源及框架接口模块外，还可以安装14块监测器，其中3500/42四通道位移速度监测器可以同时接轴向位移、轴振、瓦振、偏心等4種信号，我厂1#/2#机组轴向位移、轴振、瓦振及偏心共21点，需安装六块3500/42位移速度模块，键相需单独安装一块3500/25键相位模块，高、低胀差需安装一块3500/45胀差模块，超速保护系统需单独的三块3500/53电子超速检测系统，系统输出需安装一块3500/33继电器输出模块，3500/92通讯网关模块负责系统通讯功能的实现，3500/93显示模块负责所有参数的盘面显示功能，刚好需14块模块；改造后可以由原来的两个框架减为一个框架，完全可以满足我厂的使用要求。
三、BN3500系统优越性
1、 电源可靠：本特利3500系统的电源模块为冗余配置，任何一块电源模块均可满足整个框架，当主电源模块故障时自动切为备用电源工作，而且当一块电源模件工作时，备用电源拆除与安装不会影响系统的正常运行。
2、软件可任意组态：本特利3500的每一种运行方式都可通过软件组态实现，系统组成灵活，备件管理更加方便，一种模块可以通过组态完成多种功能。
3、备件少：本特利3500系统除了电源及通讯模块、超速检测系统外的其它参数（如：轴向位移、胀差、轴振、盖振及偏心等，均可使用一种模块3500/42来组态实现）。
4、体积小：本特利3500系统在同样大小的框架空间中能容纳的通道数量是3300系统的两倍，可以节省框架空间，从而降低了安装成本。
5、通讯方式简单：本特利3500系统可以通过RS232或RS485方式直接与DCS系统进行通讯，也可以通过4～20mA输出到DCS系统进行显示。
6、兼容性强：原3300传感器系统仍能适用3500系统。
四、改造过程中TSI系统的调试
1、 调试前必须具备的条件：
1.1 TSI系统改造设备经过72小时上电测试，符合要求；
1.2 TSI系统3500框架必须安装到位，符合要求；
1.3 模件安装到位，符合要求：安装牢固可靠，接插件无松动，标识清楚；
1.4 模件接线完成：按图正确接线，紧固可靠，标志正确清晰；
1.5 接线核查完成：确保接线正确可靠；
1.6 系统绝缘、接地检查完成：绝缘良好，接地符合标准。
2、系统上电测试：
2.1系统上电检查：模件工作状态正确；
2.2系统电源切换试验：两路电源互相切换，不应造成系统失电、显示中断、闪烁，模拟量与开关量输出量应无变化；
3、模件组态的逻辑说明：所有模件的组态必须按神木公司原TSI系统保护逻辑进行组态：
3.1超速保护：只有保护功能；测速齿轮齿数为60齿；逻辑保护方式为三取二，当转速表不正常或被取出框架时系统应恢复到两通道系统功能（当一块转速表不正常时自动切为二取一；当两块转速表不正常时，保护切为一取一；当三块转速表不正常时，保护功能失去）。
3.2轴向位移大保护逻辑为：任一通道跳闸值和另一通道报警值相“与” 逻辑；轴向位移大报警逻辑为或逻辑：任一通道达到报警值，报警输出。 3.3轴振动：保护逻辑为：1#～5#任一轴X、Y方向任一振动值达到跳闸值且相邻轴X、Y方向任一振动值达到报警值，保护输出；报警逻辑为：任一通道达到报警值：报警输出。
3.4胀差：只有报警功能；报警逻辑为：任一通道达到报警值：报警输出。
3.5轴承盖振动：只有报警功能：报警逻辑为：任一通道达到报警值：报警输出。
3.6偏心：只有报警功能：报警逻辑为：任一通道达到报警值：报警输出。
4、模块通道校验：各通道加标准信号进行校验，通道示值应准确，输出模拟量信号应准确。各报警或跳闸等开关量输出应正确。
5、功能测试：
5.1轴向位移监视功能测试
5.1.1试验前轴向位移应正确调整零位：以推力盘顶到推力瓦工作面为零点。
5.1.2测量传感器安装间隙电压，应符合制造厂的规定：（-10VDC）。
5.1.3 调整传感器间隙，利用塞尺或千分表进行检查，并记录前置器对应的输出电压及轴向位移监视器示值。其系统测量误差应在士3%以内。
5.1.4 改變传感器间隙，对报警及危急信号的输出进行测试：当传感器调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号 （传感器调整应按正、负两个方向进行调整，远离探头为正，靠近探头为负）；当传感器调整到停机设定值时，监视器应发出停机输出接点信号。
5.2 差胀监视功能测试
5.2.1试验前差胀应正确调整零位：汽轮机在完全冷态下，以推力盘顶到推力瓦工作面为零点；高压缸胀差的正方向为远离探头为正；低压缸胀差的正方向以靠近探头为正。
5.2.2测量传感器安装间隙电压，应符合制造厂的规定：（-6.75VDC）。
5.2.3调整传感器与测量面之间的间隙，利用塞尺或千分表进行检查，并记录前置器对应的输出电压及差胀监视器示值。其系统测量误差应在土3%以内。
5.2.4 分别改变高、低压缸胀差传感器间隙，对报警信号的输出进行测试：当传感器调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号。
5.3 转子偏心及键相监视功能测试
5.3.1测量传感器安装间隙电压，应符合制造厂的规定：-10VDC。
5.3.2在盘车状态和升速状态，将前置器对应的输出电压及监视器示值与就地安装的机械千分表或者偏心度指示表示值进行比较。其综合误差应在士8%以内。
5.3.3 改变传感器间隙，对报警信号的输出进行测试。当传感器调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号。
5.4 轴振动监视功能测试
5.4.1 用万用表测量前置器对应的间隙电压值：-12VDC。
5.4.2 利用专用函数发生器给监视器输出相应的信号，记录振动监视器示值，与理论值进行比较。其系统测量误差应在士3%以内。
5.4.3 改变信号输出值，对报警信号的输出进行测试：当信号发生器给定信号调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号：当信号发生器给定信号调整到停机设定值时，监视器应发出停机输出接点信号。
5.5 轴承盖振动监视功能测试
5.5.1 用万用表测量轴承座振动传感器的阻值，应符合制造厂的规定。
5.5.2 利用专用函数发生器给监视器输出相应的信号，记录振动监视器示值，与理论值进行比较。其系统测量误差应在士3%以内。
5.5.3 改变信号输出值，对报警信号的输出进行测试：当信号发生器给定信号调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号。
5.6转速监视功能测试
5.6.1 用塞尺检查传感器安装间隙，应符合制造厂规定：1±0.2mm。
5.6.2 转速监测器示值全量程精度应在士lr/m之内。
5.6.3 对报警信号的输出进行测试：当汽轮机转速到达各个报警设定值时，监视器应发出报警输出信号。
5.7 监视器状态、旁路、报警及危急指示功能测试
该项功能测试应对转速、轴位移、胀差、轴振动、轴承盖振动、偏心等监测仪表全部进行测试。当测量回路正确连接，传感器间隙调整在监视器指示量程范围内时，其指示应正常，否则应有故障指示；当线路发生故障或者人为切除监视器通道时，该通道应发出旁路指示：当监视器发出报警和停机输出信号时，监视器应发出相应的报警和停机指示，当报警消失后，复位监视器，报警和停机指示应消失。
6 性能测试
6.1 模件在线维护性能测试
TSI装置应具备模件在线更换功能。将模件设置为通道旁路、危险旁路方式，对有关线路进行维修、更换监视器模件时危险继电器不会动作。
6.2 通、断电抑制功能测试
在电源接通或断开的瞬间，监视器不会误发信号。
6.3监视器在线自诊断功能测试
根据装置具有的自诊断功能 （上电自诊断、周期性自诊断及用户启动自诊断），按照制造厂提供的说明，人为设置部分故障方式测试装置的在线自诊断功能，查看自诊断结果，并作好记录。
6.4缓冲输出及记录仪输出功能测试
将前置器输出信号与对应的监视器缓冲输出信号进行比较，测试缓冲输出通道的有效性。
将对应的量程信号送入监视器，对监视器指示值与监视器输出模拟量进行比较，测试监视器记录仪输出通道的有效性。
7、逻辑关系验证：
7.1超速保护：（通道not OK：通道not OK或转速表被取出框架）如表1
7.2轴向位移：（任一通道达到报警值，报警接点闭合）如表2
7.3胀差：高、低压缸胀差任一通道达到报警值，对应报警接点闭合。
7.4轴振动保护：（任一通道达到报警值，报警接点闭合）如表3
7.5轴承盖振动：1#～6#任一通道达到报警值，报警接点闭合。
7.6偏心：偏心达到报警值：报警接点输出。
五、结束语
由于水平有限，在编写过程中难免有些错误及不妥之处，欢迎读者朋友批评指正。
作者简介
王春亮（1974—），男，汉族，陕西省榆林市神木县，工程师，从事电厂热控专业的技术研究。
[关键词]BN3500；TSI；汽轮机监视系统；超速；轴向位移；振动
中图分类号：TP108 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0208-03
一、神木公司TSI系统概况
神木公司1#/2#机组TSI汽轮机监视系统采用本特利3300产品，包括超速保护系统、双通道轴向位移监测、高低压缸胀差监测、1#～6#轴水平与垂直振动监测、1#～6#瓦振监测、偏心与键相监测；1996年系统上电，17年来，系统基本能够连续稳定运行。2004年5月机组检修期间第一次发生汽轮机3300/53超速保护系统信号及电源输入模块故障，更换后正常。2008年机组检修时对汽轮机3300/53超速保护系统信号及电源输入模块进行预防性更换，2012年5月6日，1#汽轮机3300/53超速保护系统信号及电源输入模块再次故障，导致1#机组超速保护误动跳机，邀请通用电气上海测控有限公司对神木公司1#/2#机组本特利3300系统进行了一次可靠性测试，结论明确：1、目前本特利3300系统测量精度符合本特利标准，模拟量输出准确；2、3300/53继电器卡件失效，更换后正常；3、本特利3300系统自出厂以来经过近30年的应用，已进入全面停产阶段，停止了备件供应；4、建议升级为更为可靠的TSI系统。
由于本特利3300系统监测模块已停止生产，备件停止供应；3300/53超速保护系统信号及电源输入模块使用寿命较短，故障率较高；神木公司汽轮机TSI监视系统运行可靠性大大降低，模块一旦故障，会直接导致机组保护误动或者拒动甚至失去保护功能。对机组的安全运行带来极大的隐患。
二、TSI系统升级改造方案
选用本特利3500系列产品：保留现场54套传感器，只更换框架与监测器。其优点是：现场传感器部分能够继续使用、工程造价相对较低、施工量小、同样可以提高系统可靠性。
改进后的3500系统框架的几何尺寸为452mm*251mm，框架内除电源及框架接口模块外，还可以安装14块监测器，其中3500/42四通道位移速度监测器可以同时接轴向位移、轴振、瓦振、偏心等4種信号，我厂1#/2#机组轴向位移、轴振、瓦振及偏心共21点，需安装六块3500/42位移速度模块，键相需单独安装一块3500/25键相位模块，高、低胀差需安装一块3500/45胀差模块，超速保护系统需单独的三块3500/53电子超速检测系统，系统输出需安装一块3500/33继电器输出模块，3500/92通讯网关模块负责系统通讯功能的实现，3500/93显示模块负责所有参数的盘面显示功能，刚好需14块模块；改造后可以由原来的两个框架减为一个框架，完全可以满足我厂的使用要求。
三、BN3500系统优越性
1、 电源可靠：本特利3500系统的电源模块为冗余配置，任何一块电源模块均可满足整个框架，当主电源模块故障时自动切为备用电源工作，而且当一块电源模件工作时，备用电源拆除与安装不会影响系统的正常运行。
2、软件可任意组态：本特利3500的每一种运行方式都可通过软件组态实现，系统组成灵活，备件管理更加方便，一种模块可以通过组态完成多种功能。
3、备件少：本特利3500系统除了电源及通讯模块、超速检测系统外的其它参数（如：轴向位移、胀差、轴振、盖振及偏心等，均可使用一种模块3500/42来组态实现）。
4、体积小：本特利3500系统在同样大小的框架空间中能容纳的通道数量是3300系统的两倍，可以节省框架空间，从而降低了安装成本。
5、通讯方式简单：本特利3500系统可以通过RS232或RS485方式直接与DCS系统进行通讯，也可以通过4～20mA输出到DCS系统进行显示。
6、兼容性强：原3300传感器系统仍能适用3500系统。
四、改造过程中TSI系统的调试
1、 调试前必须具备的条件：
1.1 TSI系统改造设备经过72小时上电测试，符合要求；
1.2 TSI系统3500框架必须安装到位，符合要求；
1.3 模件安装到位，符合要求：安装牢固可靠，接插件无松动，标识清楚；
1.4 模件接线完成：按图正确接线，紧固可靠，标志正确清晰；
1.5 接线核查完成：确保接线正确可靠；
1.6 系统绝缘、接地检查完成：绝缘良好，接地符合标准。
2、系统上电测试：
2.1系统上电检查：模件工作状态正确；
2.2系统电源切换试验：两路电源互相切换，不应造成系统失电、显示中断、闪烁，模拟量与开关量输出量应无变化；
3、模件组态的逻辑说明：所有模件的组态必须按神木公司原TSI系统保护逻辑进行组态：
3.1超速保护：只有保护功能；测速齿轮齿数为60齿；逻辑保护方式为三取二，当转速表不正常或被取出框架时系统应恢复到两通道系统功能（当一块转速表不正常时自动切为二取一；当两块转速表不正常时，保护切为一取一；当三块转速表不正常时，保护功能失去）。
3.2轴向位移大保护逻辑为：任一通道跳闸值和另一通道报警值相“与” 逻辑；轴向位移大报警逻辑为或逻辑：任一通道达到报警值，报警输出。 3.3轴振动：保护逻辑为：1#～5#任一轴X、Y方向任一振动值达到跳闸值且相邻轴X、Y方向任一振动值达到报警值，保护输出；报警逻辑为：任一通道达到报警值：报警输出。
3.4胀差：只有报警功能；报警逻辑为：任一通道达到报警值：报警输出。
3.5轴承盖振动：只有报警功能：报警逻辑为：任一通道达到报警值：报警输出。
3.6偏心：只有报警功能：报警逻辑为：任一通道达到报警值：报警输出。
4、模块通道校验：各通道加标准信号进行校验，通道示值应准确，输出模拟量信号应准确。各报警或跳闸等开关量输出应正确。
5、功能测试：
5.1轴向位移监视功能测试
5.1.1试验前轴向位移应正确调整零位：以推力盘顶到推力瓦工作面为零点。
5.1.2测量传感器安装间隙电压，应符合制造厂的规定：（-10VDC）。
5.1.3 调整传感器间隙，利用塞尺或千分表进行检查，并记录前置器对应的输出电压及轴向位移监视器示值。其系统测量误差应在士3%以内。
5.1.4 改變传感器间隙，对报警及危急信号的输出进行测试：当传感器调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号 （传感器调整应按正、负两个方向进行调整，远离探头为正，靠近探头为负）；当传感器调整到停机设定值时，监视器应发出停机输出接点信号。
5.2 差胀监视功能测试
5.2.1试验前差胀应正确调整零位：汽轮机在完全冷态下，以推力盘顶到推力瓦工作面为零点；高压缸胀差的正方向为远离探头为正；低压缸胀差的正方向以靠近探头为正。
5.2.2测量传感器安装间隙电压，应符合制造厂的规定：（-6.75VDC）。
5.2.3调整传感器与测量面之间的间隙，利用塞尺或千分表进行检查，并记录前置器对应的输出电压及差胀监视器示值。其系统测量误差应在土3%以内。
5.2.4 分别改变高、低压缸胀差传感器间隙，对报警信号的输出进行测试：当传感器调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号。
5.3 转子偏心及键相监视功能测试
5.3.1测量传感器安装间隙电压，应符合制造厂的规定：-10VDC。
5.3.2在盘车状态和升速状态，将前置器对应的输出电压及监视器示值与就地安装的机械千分表或者偏心度指示表示值进行比较。其综合误差应在士8%以内。
5.3.3 改变传感器间隙，对报警信号的输出进行测试。当传感器调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号。
5.4 轴振动监视功能测试
5.4.1 用万用表测量前置器对应的间隙电压值：-12VDC。
5.4.2 利用专用函数发生器给监视器输出相应的信号，记录振动监视器示值，与理论值进行比较。其系统测量误差应在士3%以内。
5.4.3 改变信号输出值，对报警信号的输出进行测试：当信号发生器给定信号调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号：当信号发生器给定信号调整到停机设定值时，监视器应发出停机输出接点信号。
5.5 轴承盖振动监视功能测试
5.5.1 用万用表测量轴承座振动传感器的阻值，应符合制造厂的规定。
5.5.2 利用专用函数发生器给监视器输出相应的信号，记录振动监视器示值，与理论值进行比较。其系统测量误差应在士3%以内。
5.5.3 改变信号输出值，对报警信号的输出进行测试：当信号发生器给定信号调整到报警设定值时，监视器应发出报警输出接点信号。
5.6转速监视功能测试
5.6.1 用塞尺检查传感器安装间隙，应符合制造厂规定：1±0.2mm。
5.6.2 转速监测器示值全量程精度应在士lr/m之内。
5.6.3 对报警信号的输出进行测试：当汽轮机转速到达各个报警设定值时，监视器应发出报警输出信号。
5.7 监视器状态、旁路、报警及危急指示功能测试
该项功能测试应对转速、轴位移、胀差、轴振动、轴承盖振动、偏心等监测仪表全部进行测试。当测量回路正确连接，传感器间隙调整在监视器指示量程范围内时，其指示应正常，否则应有故障指示；当线路发生故障或者人为切除监视器通道时，该通道应发出旁路指示：当监视器发出报警和停机输出信号时，监视器应发出相应的报警和停机指示，当报警消失后，复位监视器，报警和停机指示应消失。
6 性能测试
6.1 模件在线维护性能测试
TSI装置应具备模件在线更换功能。将模件设置为通道旁路、危险旁路方式，对有关线路进行维修、更换监视器模件时危险继电器不会动作。
6.2 通、断电抑制功能测试
在电源接通或断开的瞬间，监视器不会误发信号。
6.3监视器在线自诊断功能测试
根据装置具有的自诊断功能 （上电自诊断、周期性自诊断及用户启动自诊断），按照制造厂提供的说明，人为设置部分故障方式测试装置的在线自诊断功能，查看自诊断结果，并作好记录。
6.4缓冲输出及记录仪输出功能测试
将前置器输出信号与对应的监视器缓冲输出信号进行比较，测试缓冲输出通道的有效性。
将对应的量程信号送入监视器，对监视器指示值与监视器输出模拟量进行比较，测试监视器记录仪输出通道的有效性。
7、逻辑关系验证：
7.1超速保护：（通道not OK：通道not OK或转速表被取出框架）如表1
7.2轴向位移：（任一通道达到报警值，报警接点闭合）如表2
7.3胀差：高、低压缸胀差任一通道达到报警值，对应报警接点闭合。
7.4轴振动保护：（任一通道达到报警值，报警接点闭合）如表3
7.5轴承盖振动：1#～6#任一通道达到报警值，报警接点闭合。
7.6偏心：偏心达到报警值：报警接点输出。
五、结束语
由于水平有限，在编写过程中难免有些错误及不妥之处，欢迎读者朋友批评指正。
作者简介
王春亮（1974—），男，汉族，陕西省榆林市神木县，工程师，从事电厂热控专业的技术研究。