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[摘 要]介绍了山西大唐国际临汾热电有限责任公司（以下简称临汾热电公司）2x300MW机组汽轮机振动保护优化的实际案例，重点对优化前后振动保护配置的情况进行了对比分析和探讨，并提出几点注意事项，对提高汽轮机振动保护的可靠性，减少保护误动和拒动的发生具有重要参考意义。
[关键词]汽轮机；振动；保护；优化
中图分类号：Tk26 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0318-02
[Abstract]Introduced the Shanxi Datang Internation Linfen Thermal Power Generation Co.，Ltd （hereinafter referred to as the Linfen Thermal Power Generation） the actual case of optimal protection of turbine vibration of 2x300MW unit， and analyzed and discussed the comparison of before and after the optimization of vibration protection configuration， and then puts forward some matters needing attention. This has important significance to improve the reliability of turbine vibration protection， and to reduce the occurrence of protection misoperation and immovable.
[Key words]turbine； vibration； protection； optimization
1 引言
近年来，由于汽轮机振动保护配置方案不合理而导致保护误动、机组跳闸和机组并网后由于未设置振动保护而导致汽轮机设备损坏事故频繁发生，临汾热电公司根据集团公司相关文件和《25项反措》的要求，对目前的保护逻辑进行了分析讨论，并提出优化方案，以防止机组非停和汽轮机损坏事故的发生。本文主要以临汾热电公司汽轮机振动保护优化实际案例，对振动保护优化的方案进行分析和探讨，并提出相关注意事项，以供参考。
2 优化前汽轮机振动保护情况介绍
2.1 临汾热电公司简介
山西大唐国际临汾热电有限责任公司2x300MW直接空冷供热机组，锅炉采用哈尔滨锅炉有限责任公司制造的亚临界汽包锅炉，汽轮机为上海汽轮机有限责任公司生产的单轴、三缸四排汽、中间再热式亚临界参数汽轮机，发电机为上海电气有限责任公司生产的QFSN-300-2三相交流隐极式同步发电机，机组DCS控制系统采用北京日立控制有限公司生产的H5000-M控制器和CV8系统，汽轮机安全监测系统（TSI系统）采用瑞士Vibro-meter公司生产的VM600系统。
2.2 振动测点设置情况
该汽轮机共有7个轴瓦，每个瓦的X方向和Y方向各设计了一个轴振测点，共7对（左为X，右为Y）分别为：1X、1Y、2X、2Y、3X、3Y、4X、4Y、5X、5Y、6X、6Y、7X、7Y，同时每个瓦还设置了瓦振测点。轴振及瓦振探头均由瑞士Vibro-meter公司制造，轴振探头为电涡流式，瓦振探头为加速度式。
就地轴振测量系统路主要包括轴振探头、延伸电缆（包括转接头）、前置器等（如图1所示），振动信号经前置器后送到TSI系统进行分析处理，然后输出模拟量和报警或保护的开关量（报警值125μm，保护值254μm）到DCS控制系统进行显示、报警或跳机。
2.3 振动保护逻辑配置
优化前汽轮机振动保护逻辑为：并网前，当任一轴振信号（7瓦为发电机励磁端，不参与保护）达到保护值时，触发汽轮机跳闸保护；并网后，振动保护自动退出，逻辑图如图2所示。
2.4 存在的问题分析
从图2中可以看出，优化前保护配置存在以下问题：
（1）机组启停过程中（并网前和解列后，取自并网信号）设置有振动保护，机组正常运行中（并网期间）未设置振动保护（振动保护为强制退出状态），如果机组运行中汽轮机发生故障，振动保护无法正确动作，此时一旦运行人员监盘不到位或手动打闸不及時，很有可能导致汽轮机损坏。
（2）机组启停过程中的振动保护为单点保护，由于测点数量较多（12个），任何一个测点回路出现问题，如探头损坏、接线松动、中间接头松动、前置器插头松动、卡件异常或信号干扰等，都有可能造成保护的误动或拒动，振动保护的可靠性较差。
3 振动保护的优化及分析
汽轮机转子各瓦的振动变化存在一定的规律，并且汽轮机在实际运行时相邻瓦之间以及本瓦的X向、Y向和瓦振之间也存在一定的关联性[1]，因此振动保护优化方案的确定可以结合这些规律、关联性以及机组实际运行的历史曲线和数据进行。
3.1 优化方案介绍
优化后振动保护配置方案主要包括以下几个方面（定值不变）：
（1）7瓦不参与保护逻辑，仅作监视和报警；
（2）瓦振不参与保护逻辑，仅作监视和报警；
（3）机组启停过程中，振动保护采用单点保护，即1瓦至6瓦的任一轴振信号（12取1）达到保护值触发汽轮机跳闸保护。
（4）机组正常运行中，振动保护逻辑为：任意瓦（1瓦至6瓦）同瓦任意向的保护值与上另一向的报警值，触发汽轮机跳闸保护（如1瓦X方向的振动达到保护值同时1瓦Y方向的振动也达到报警值，此时会触发跳机保护；或者1瓦Y方向的振动达到保护值同时1瓦X方向的振动也达到报警值，此时也会触发跳机保护）。 （5）机组启停过程中和正常运行过程中振动保护方案的切换依据为发电机并网信号（通过发电机出口断路器即油开关合闸信号三取二判断），即未并网前和解列后采用第一套方案（单点保护），并网期间采用第二套方案。
优化后的逻辑图如图3所示。
3.2 优化后振动保护配置分析及说明
该振动保护优化方案的提出结合了我公司投产以来机组的实际运行状态和保护配置的实际情况，相比优化前可靠性大大得到提高，下面从以下几个方面对该优化方案进行分析说明。
（1）机组启停机过程中，汽轮机转速变化大且涉及转子的臨界转速，此时汽轮机振动工况最为恶劣，极易发生设备损坏事故。由于此时不牵涉电网负担，主要考虑设备安全，宁可保护误动绝不允许拒动，因此设置为单点保护，即任一振动测点达到保护值立即跳闸停机，进行检查处理，防止事故的发生。
（2）机组并网运行以后，除了汽轮机运行的安全外，还要兼顾其经济性和非计划停运对电网的冲击以及相应的指标考核，因此对于机组正常并网运行期间振动保护可靠性的要求被大大提高，既要防止保护拒动造成的设备损坏事故，也要防止保护误动造成的非计划停运事故。并网后保护优化方案的提出是根据大唐国际2014年初下发的《汽轮机振动保护全程投入指导性原则》中的“并网后可采用组合保护逻辑”的相关要求，结合机组运行实际情况，经过专业讨论后确定的。
对于该方案有以下三点需要予以说明：
第一、参与“与逻辑”的两个信号取自同瓦的不同向之间，而非临瓦或其他非临瓦信号，主要原因是公司两台机组自投产运行以来均发生过振动大的情况，但从运行数据来看，其中任一瓦振动大时，其两个方向的数据会发生不同程度的同向变化，但临瓦和其它瓦与其并无明显关联性。但经了解也有其他兄弟单位机组的临瓦同向之间有明显关联，同瓦不同向之间并无明显关联，这与机组特性有关，而非定论，因此保护优化的方案应结合本机组实际情况进行确定。
第二、参与“与逻辑”的信号仅用两个（同瓦不同向），而没有将临瓦或其他任意瓦的信号参与“与逻辑”或“或逻辑”运算，主要原因是由于临瓦和其他非临瓦无必然关联性，如果增加“或逻辑”会增加误动的几率，如果增加“与逻辑”会增加拒动的几率，会大大降低保护动作的可靠性。
第三、参与“与逻辑”的两个信号一个是某一向的保护值而另一个是另一向的报警值，而非两个方向的保护值或两个方向的报警值，主要原因是从两台机组实际运行数据来看，即使同一个瓦的X方向和Y方向在该瓦振动增大时的增幅也并不一样，大部分的情况为一个方向达到保护值时另一个方向基本都能达到报警值，但不一定也能达到保护值，如果采用两个方向的保护值会导致保护动作较晚或拒动，而如果采用两个方向的报警值则会导致保护动作较早或误动。
（3）该振动保护配置方案优化后包括两个阶段，启停机过程中采用单点保护，而并网正常运行期间采用组合逻辑保护，两个阶段通过发电机并网信号实现无缝对接，从而实现汽轮机保护的全程投入。
3.3 振动保护配置优化时及优化后的注意事项
汽轮机作为火力发电厂三大主机之一，其运行的安全性需要倍加关注，振动保护作为保护汽轮机安全的重要热工保护之一，其防止误动和拒动的措施也是需要认真推敲和斟酌的，有以下几方面需要注意：
（1）为提高保护可靠性，防止误动，单点不可取，应尽量采用组合逻辑，例如：“二取二”、多重“二取二”或“三取二”等保护逻辑形式，但为防止保护拒动也不宜采用“三取三”或“四取四”等保护逻辑形式。
（2）对于汽轮机这种大型转机设备，设备故障引发的振动加大具有快速增长的特性，不宜采用信号速率判断功能来屏蔽快速变化的振动信号，否则有可能造成保护拒动或延迟动作而造成事故扩大甚至损坏汽轮机。
（3）参与保护的信号应尽量分散到彼此独立的不同卡件或模板上（包括TSI卡件和DCS模板），确保不发生因一块模件故障而造成保护的拒动或误动；
（4）由于汽轮机振动保护在机组正常运行期间也实现了同步投入，相比优化前误动的几率增加，因此对于振动监测系统的可靠性应加大关注力度，尤其是抗干扰性能、探头延长线的连接接头处理工艺、前置器箱的环境卫生、接线牢靠情况等等都需要定期检查，减少异常情况的发生。
4 结束语
本文在介绍优化方案的同时也对该方案进行了详细的分析和说明，并结合生产实际提出了几点相关注意事项。通过对原振动保护方案进行优化，实现了汽轮机振动保护的全程投入，大大提高了汽轮机运行的安全性，防止重大设备损坏事故的发生，对于其他同类型机组具有一定的参考和借鉴意义，但同时也为热工专业人员提出了另一个严峻的课题，即如何确保保护动作的可靠性，防止各种因素造成的保护拒动和误动的发生，这还需要进一步的摸索探讨和持续改进。
参考文献
[1] 陈尚兵，王会. 汽轮机振动保护逻辑的优化与探讨[J].浙江电力，2008，（1）：45-47.
[2] 吕新社.300MW汽轮机轴瓦振动大原因分析及处理[J].机电工程技术，2013，42（12）：55-57.
[3] 席恒慧，霍红岩，姜虹.汽轮机组轴振动保护优化问题探讨[J].内蒙古电力技术，2012，30（6）：106-109.
[关键词]汽轮机；振动；保护；优化
中图分类号：Tk26 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0318-02
[Abstract]Introduced the Shanxi Datang Internation Linfen Thermal Power Generation Co.，Ltd （hereinafter referred to as the Linfen Thermal Power Generation） the actual case of optimal protection of turbine vibration of 2x300MW unit， and analyzed and discussed the comparison of before and after the optimization of vibration protection configuration， and then puts forward some matters needing attention. This has important significance to improve the reliability of turbine vibration protection， and to reduce the occurrence of protection misoperation and immovable.
[Key words]turbine； vibration； protection； optimization
1 引言
近年来，由于汽轮机振动保护配置方案不合理而导致保护误动、机组跳闸和机组并网后由于未设置振动保护而导致汽轮机设备损坏事故频繁发生，临汾热电公司根据集团公司相关文件和《25项反措》的要求，对目前的保护逻辑进行了分析讨论，并提出优化方案，以防止机组非停和汽轮机损坏事故的发生。本文主要以临汾热电公司汽轮机振动保护优化实际案例，对振动保护优化的方案进行分析和探讨，并提出相关注意事项，以供参考。
2 优化前汽轮机振动保护情况介绍
2.1 临汾热电公司简介
山西大唐国际临汾热电有限责任公司2x300MW直接空冷供热机组，锅炉采用哈尔滨锅炉有限责任公司制造的亚临界汽包锅炉，汽轮机为上海汽轮机有限责任公司生产的单轴、三缸四排汽、中间再热式亚临界参数汽轮机，发电机为上海电气有限责任公司生产的QFSN-300-2三相交流隐极式同步发电机，机组DCS控制系统采用北京日立控制有限公司生产的H5000-M控制器和CV8系统，汽轮机安全监测系统（TSI系统）采用瑞士Vibro-meter公司生产的VM600系统。
2.2 振动测点设置情况
该汽轮机共有7个轴瓦，每个瓦的X方向和Y方向各设计了一个轴振测点，共7对（左为X，右为Y）分别为：1X、1Y、2X、2Y、3X、3Y、4X、4Y、5X、5Y、6X、6Y、7X、7Y，同时每个瓦还设置了瓦振测点。轴振及瓦振探头均由瑞士Vibro-meter公司制造，轴振探头为电涡流式，瓦振探头为加速度式。
就地轴振测量系统路主要包括轴振探头、延伸电缆（包括转接头）、前置器等（如图1所示），振动信号经前置器后送到TSI系统进行分析处理，然后输出模拟量和报警或保护的开关量（报警值125μm，保护值254μm）到DCS控制系统进行显示、报警或跳机。
2.3 振动保护逻辑配置
优化前汽轮机振动保护逻辑为：并网前，当任一轴振信号（7瓦为发电机励磁端，不参与保护）达到保护值时，触发汽轮机跳闸保护；并网后，振动保护自动退出，逻辑图如图2所示。
2.4 存在的问题分析
从图2中可以看出，优化前保护配置存在以下问题：
（1）机组启停过程中（并网前和解列后，取自并网信号）设置有振动保护，机组正常运行中（并网期间）未设置振动保护（振动保护为强制退出状态），如果机组运行中汽轮机发生故障，振动保护无法正确动作，此时一旦运行人员监盘不到位或手动打闸不及時，很有可能导致汽轮机损坏。
（2）机组启停过程中的振动保护为单点保护，由于测点数量较多（12个），任何一个测点回路出现问题，如探头损坏、接线松动、中间接头松动、前置器插头松动、卡件异常或信号干扰等，都有可能造成保护的误动或拒动，振动保护的可靠性较差。
3 振动保护的优化及分析
汽轮机转子各瓦的振动变化存在一定的规律，并且汽轮机在实际运行时相邻瓦之间以及本瓦的X向、Y向和瓦振之间也存在一定的关联性[1]，因此振动保护优化方案的确定可以结合这些规律、关联性以及机组实际运行的历史曲线和数据进行。
3.1 优化方案介绍
优化后振动保护配置方案主要包括以下几个方面（定值不变）：
（1）7瓦不参与保护逻辑，仅作监视和报警；
（2）瓦振不参与保护逻辑，仅作监视和报警；
（3）机组启停过程中，振动保护采用单点保护，即1瓦至6瓦的任一轴振信号（12取1）达到保护值触发汽轮机跳闸保护。
（4）机组正常运行中，振动保护逻辑为：任意瓦（1瓦至6瓦）同瓦任意向的保护值与上另一向的报警值，触发汽轮机跳闸保护（如1瓦X方向的振动达到保护值同时1瓦Y方向的振动也达到报警值，此时会触发跳机保护；或者1瓦Y方向的振动达到保护值同时1瓦X方向的振动也达到报警值，此时也会触发跳机保护）。 （5）机组启停过程中和正常运行过程中振动保护方案的切换依据为发电机并网信号（通过发电机出口断路器即油开关合闸信号三取二判断），即未并网前和解列后采用第一套方案（单点保护），并网期间采用第二套方案。
优化后的逻辑图如图3所示。
3.2 优化后振动保护配置分析及说明
该振动保护优化方案的提出结合了我公司投产以来机组的实际运行状态和保护配置的实际情况，相比优化前可靠性大大得到提高，下面从以下几个方面对该优化方案进行分析说明。
（1）机组启停机过程中，汽轮机转速变化大且涉及转子的臨界转速，此时汽轮机振动工况最为恶劣，极易发生设备损坏事故。由于此时不牵涉电网负担，主要考虑设备安全，宁可保护误动绝不允许拒动，因此设置为单点保护，即任一振动测点达到保护值立即跳闸停机，进行检查处理，防止事故的发生。
（2）机组并网运行以后，除了汽轮机运行的安全外，还要兼顾其经济性和非计划停运对电网的冲击以及相应的指标考核，因此对于机组正常并网运行期间振动保护可靠性的要求被大大提高，既要防止保护拒动造成的设备损坏事故，也要防止保护误动造成的非计划停运事故。并网后保护优化方案的提出是根据大唐国际2014年初下发的《汽轮机振动保护全程投入指导性原则》中的“并网后可采用组合保护逻辑”的相关要求，结合机组运行实际情况，经过专业讨论后确定的。
对于该方案有以下三点需要予以说明：
第一、参与“与逻辑”的两个信号取自同瓦的不同向之间，而非临瓦或其他非临瓦信号，主要原因是公司两台机组自投产运行以来均发生过振动大的情况，但从运行数据来看，其中任一瓦振动大时，其两个方向的数据会发生不同程度的同向变化，但临瓦和其它瓦与其并无明显关联性。但经了解也有其他兄弟单位机组的临瓦同向之间有明显关联，同瓦不同向之间并无明显关联，这与机组特性有关，而非定论，因此保护优化的方案应结合本机组实际情况进行确定。
第二、参与“与逻辑”的信号仅用两个（同瓦不同向），而没有将临瓦或其他任意瓦的信号参与“与逻辑”或“或逻辑”运算，主要原因是由于临瓦和其他非临瓦无必然关联性，如果增加“或逻辑”会增加误动的几率，如果增加“与逻辑”会增加拒动的几率，会大大降低保护动作的可靠性。
第三、参与“与逻辑”的两个信号一个是某一向的保护值而另一个是另一向的报警值，而非两个方向的保护值或两个方向的报警值，主要原因是从两台机组实际运行数据来看，即使同一个瓦的X方向和Y方向在该瓦振动增大时的增幅也并不一样，大部分的情况为一个方向达到保护值时另一个方向基本都能达到报警值，但不一定也能达到保护值，如果采用两个方向的保护值会导致保护动作较晚或拒动，而如果采用两个方向的报警值则会导致保护动作较早或误动。
（3）该振动保护配置方案优化后包括两个阶段，启停机过程中采用单点保护，而并网正常运行期间采用组合逻辑保护，两个阶段通过发电机并网信号实现无缝对接，从而实现汽轮机保护的全程投入。
3.3 振动保护配置优化时及优化后的注意事项
汽轮机作为火力发电厂三大主机之一，其运行的安全性需要倍加关注，振动保护作为保护汽轮机安全的重要热工保护之一，其防止误动和拒动的措施也是需要认真推敲和斟酌的，有以下几方面需要注意：
（1）为提高保护可靠性，防止误动，单点不可取，应尽量采用组合逻辑，例如：“二取二”、多重“二取二”或“三取二”等保护逻辑形式，但为防止保护拒动也不宜采用“三取三”或“四取四”等保护逻辑形式。
（2）对于汽轮机这种大型转机设备，设备故障引发的振动加大具有快速增长的特性，不宜采用信号速率判断功能来屏蔽快速变化的振动信号，否则有可能造成保护拒动或延迟动作而造成事故扩大甚至损坏汽轮机。
（3）参与保护的信号应尽量分散到彼此独立的不同卡件或模板上（包括TSI卡件和DCS模板），确保不发生因一块模件故障而造成保护的拒动或误动；
（4）由于汽轮机振动保护在机组正常运行期间也实现了同步投入，相比优化前误动的几率增加，因此对于振动监测系统的可靠性应加大关注力度，尤其是抗干扰性能、探头延长线的连接接头处理工艺、前置器箱的环境卫生、接线牢靠情况等等都需要定期检查，减少异常情况的发生。
4 结束语
本文在介绍优化方案的同时也对该方案进行了详细的分析和说明，并结合生产实际提出了几点相关注意事项。通过对原振动保护方案进行优化，实现了汽轮机振动保护的全程投入，大大提高了汽轮机运行的安全性，防止重大设备损坏事故的发生，对于其他同类型机组具有一定的参考和借鉴意义，但同时也为热工专业人员提出了另一个严峻的课题，即如何确保保护动作的可靠性，防止各种因素造成的保护拒动和误动的发生，这还需要进一步的摸索探讨和持续改进。
参考文献
[1] 陈尚兵，王会. 汽轮机振动保护逻辑的优化与探讨[J].浙江电力，2008，（1）：45-47.
[2] 吕新社.300MW汽轮机轴瓦振动大原因分析及处理[J].机电工程技术，2013，42（12）：55-57.
[3] 席恒慧，霍红岩，姜虹.汽轮机组轴振动保护优化问题探讨[J].内蒙古电力技术，2012，30（6）：106-109.