数字电路汽机保护系统的优势

1  概述

    汽机保护系统(简称TSI系统)对机组的安全运行起着至关重要的作用，是发电厂最重要的保护系统之一。TSI系统涉及的保护内容包括转速、轴向位移、缸体相对膨胀、缸体绝对膨胀、相对轴振动、绝对轴承振动和轴弯曲。目前，50MW以上机组均不同程度安装有TSI系统。除缸体绝对膨胀外，大多监测点均纳入保护系统范畴。

    目前，国内机组装备的TSI保护系统分国产设备和引进设备两大类。由于国产设备在测量精度、可靠性、使用寿命等诸多方面较之进口设备仍存在许多不足，因此，仅在一些小容量机组中被采用，且局限在转速、轴位移、胀差几种参数测量，市场份额很小。某些经消化后生产的国产设备虽功能完备，但由于制造工艺、传感器精度和稳定性等还存在许多需进一步改善和解决的问题，因而被市场接受和采纳的也寥寥无几。时下，装备最多，市场份额最大的仍是引进设备，以德国飞利浦(现改为epro)公司和美国本特利公司的产品为主。日本、瑞士等其他国家的产品装备数量较少。

    德国飞利浦公司的产品自上世纪80年代末进入我国，为我国最早成套引进的TSI产品。经诸多机组多年运行实践证明，其测量精度高，质量稳定可靠，使用寿命长。目前，国内全部或部分装备飞利浦TSI设备的机组约350台。

    现今的TSI系统设备已为数字化产品，其品质有了极大的改善和提高。近两年来，国内许多电厂已陆续将模拟电路的TSI系统改造成数字电路系统。本文将通过与早期TSI系统的比较，介绍数字电路TSI系统的优势。

2  数字电路提高了系统的性能

    (1)可靠性  早期的TSI系统设备，受电子元件发展水平的局限，几乎全部由模拟电路构成信号处理部分，关键元件数量多，集成度低，需要的电源种类也多。相对于大规模集成电路而言功耗大，因而故障点相对较多。此外，对信号处理的速度和转换精度都不及数字电路。采用数字电路后，除必要的外围辅助电路外，信号的处理大多由CPU来完成，系统的可靠性提高。

    对于量程、报警和保护限值等运行参数，早期的系统只能靠调整电路(跳线选择或调整电平)来实现，容易造成操作错误。而数字化系统全部采用编程软件进行设定，不会造成运行参数的设置错误。

    (2)安全性  TSI系统在电厂的重要性和安全性勿容置疑。机组运行过程中绝不允许发生保护误动现象；当机组运行出现异常时，更不允许产生拒动。而早期的TSI设备由于采用的是模拟电路，保护参数只能依靠调整参数电位器和调节参考电压来完成。保护信号的发出，是实际测量参数与参考电压进行比较的结果。由于元件自身的缺陷和调整过程中测量仪表精度等原因，很难使保护限值设置精准。采用数字电路后，实际测量值被转换成数字量(12位转换精度)，与经软件设置的数字值进行比较，然后确定是否发出报警或保护信号，这就彻底解决了设定参数与实际测量参数之间误差的问题。此外，对于模拟电路，任何人都可以对保护参数进行设置和修改，因而必然存在不安全的隐患。而数字化系统采用软件设置，编程软件设有密码，并详细记录了参数设置或修改时间、操作员姓名等档案，如果操作人员不知道软件口令，将无法对运行和保护参数进行设置或修改，提高了系统的安全性。在此值得一提的是，在引进的TSI系统中，德国飞利浦公司生产的MMS6000系统在安全方面最适合我国国情。因为该系统在测量回路发生故障(传感器机械损坏、电缆开路或短路)时，只发出“回路故障”信号，不会发出跳机信号，而其它产品此时均会发出跳机信号。

    (3)准确性  对于轴向位移、胀差(尤其是胀差)等测量范围相对较大，且采用涡流传感gS的测点，早期产品的测量精度完全取决于传感器和前置器的线性度，但涡流传感器很难保证大量程测量的线性度(与被测材料的材质、测量盘的尺寸、传感器的直径有关)。数字化系统在测量模块内的CPU中可对传感器的线性度进行在线补偿(MMS6000系统可进行32点的线性化补偿)，这样即使传感器的线性度不太令人满意，也可以真正做到轴系的实际位移量与输出指示完全保持一致。

    (4)灵活性  新的数字化系统全部采用了双通道设计，可以利用组态软件设置成单通道工作、双通道工作、冗余方式、串联方式等。模块化设计可方便地组装成监视机组的完整的TSI系统，也可以只用来监测某些特定的测点。可与DES、DEH等系统通讯或联接，也可以自成体系，作为特殊测量系统。运行参数或曲线可在DCS、DEH，或其它二次仪表上显示，也可以在组态工具上显示。可联接其它在线故障分析诊断系统，也可配备自身的在线故障分析诊断系统。

    (5)经济性  升级后的数字化系统并非意味着要完全舍弃原有系统，事实上它只是升级了测量模块，将系统供电电源的种类统一为一种，既方便又经济，原系统的所有传感器和前置器继续保留延用。由于采用双通道设计，测量模块的单位费用较原系统要低得多。再者，由于原系统的零备件已经逐步停产，如购买原系统的部件，除难度增加外，费用肯定会更高。

3  数字电路提高了电厂的整体自动化控制水平和管理水平

    随着电厂整体自动化水平的日益提高，对TSI系统的要求也越来越高。以往的TSI系统只能通过模拟量信号或开关量信号与其它系统或仪表进行联接，联接线路复杂、电缆用量多、故障点多，检修和维护的工作量大。

    新的数字化系统除保留原联接方式和功能外，新增设有RS?232和RS?458数字接口。系统运行方式、运行参数和保护参数的设置，既可以通过组态工具在模块上进行，又可以在系统网络上进行。通过这些接口，测量参数、画面、曲线等可发送到DCS、DEH、分析诊断系统、网络等相关系统，提高了电厂的整体自动化控制水平。另外，DCS系统的大量装备、燃料管理系统、燃烧管理系统、网络的改造和投入也使电厂的管理水平有了质的提高。TSI系统经数字化升级后，又为完善这一管理系统提供了必要的条件。

    对于辅机系统(送风机、引风机、排粉机、给水泵等)的监测和保护，以往厂里的重视程度和资金投入远不及主机。事实上，从机组的安全和稳定运行来说，应把它们与主机同等看待。利用新的数字化系统，可方便、经济地构成一套完整的辅机监测保护系统，并可与主机监测系统合并为一个系统(也可单独使用)，然后与其它系统实现通讯，其系统构成如图1。

    总之，系统的全面数字化升级，为改善和提高汽轮机和辅机系统的保护质量，提高电厂的自动化控制水平和管理水平，提供了安全、可靠的保证。