技术领域
[0001] 本
发明涉及一种汽轮机监测系统(turbine supervisory instrument，以下简称TSI)的校准方法，用于TSI系统的准确性测量和校准。
背景技术
[0002] TSI系统是保障汽轮发
电机组安全运行的重要保护系统，系统出厂时罕见有TSI设备厂提供的系统性测量
精度及可靠性等指标的检测报告，现场安装投运后也少有系统性测试和验收报告，对整套TSI系统、尤其是运行一个时间段的系统性能指标监督处于
盲点。按照目前的行业惯例，在机组大修时，电厂仅将TSI系统
传感器送至有资质实验室进行计量检定，而对包括传感器(前置器)、
信号传输回路在内的整个测量通道的校准，由于技术条件、检验资质和计量方法等原因却从未涉及。
[0003] 由于TSI系统连续运行时间长，大多数测点属隐蔽安装测点，且其中的一部分测点(轴振、瓦振、转速和轴位移)纳入热工保护系统。这些测点的测量是否准确、系统性能是否稳定可靠，对保障
发电机组的安全运行至关重要。为提高TSI系统
稳定性和可靠性，电厂热控人员通过检查测量回路
连接线路、交换传感器和前置器、更换前置器、更换测量模
块，不断完善安装检修和运行维护管理方法等等尽
力做好维护工作，但TSI保护误动情况仍偶有发生。要使TSI保护动作正确发出，保证参数的准确测量至关重要。
[0004] 由于TSI系统是电厂重要的热工保护系统之一，对每个测量回路的测量精度和可靠性要求都非常高。但由于发电企业受限于计量标准建标和量值传递、标准计量器购置和实验室建设、计量人员取证、计量评价方法等客观因素；热控人员对TSI系统知识的了解和掌握深度尚显不足；受业内一直以来未执行对TSI系统进行定期检测要求的主观因素影响；目前对TSI系统的校准仍仅停留在传感器强制送检层面。
[0005] 通过TSI系统校准，可发现每个测量回路中的信号在各传送阶段、测量参数设置、保护逻辑设计等诸方面是否存在
缺陷；计量每个测量通道的测量精度；最后综合评价出TSI系统的总体性能。保障TSI系统测量精准、运行稳定可靠，达到“减少误动、防止拒动”的运行要求。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了应对目前TSI系统普遍存在的“全系统”计量缺失问题，确保TSI系统能准确检测到轴系机械运行的状态、运动变化，判定是否危及机组运行安全，在保证传感器的计量性能合格的前提下，必须对TSI系统进行现场校准，才能全面、客观的评价系统的测量准确性和可靠性，确保汽轮机监测系统正常投入，为机组安全运行提供可靠保证，因此，提供了一种汽轮机监测系统的校准方法。
[0007] 本发明采用如下技术方案来实现的：
[0008] 一种汽轮机监测系统的校准方法，包括以下步骤：
[0009] 1)传感器的安装
[0010] 分别在瓦振测点安装瓦振传感器、在轴振测点安装轴振传感器、在轴位移测点安装轴位移传感器及在转速测点安装
转速传感器；
[0011] 2)实施校准
[0012] 通过瓦振传感器在瓦振测点测量得到振动显示数值，通过轴振传感器在轴振测点测量得到振动显示数值，通过轴位移传感器在轴位移测点测量得到位移显示数值，通过转速传感器在转速测点测量得到转速显示数值；
[0013] 3)校准结果及合格判定
[0014] 根据记录的标准仪器示值以及实际测量值，则有瓦振、轴振、轴位移和转速四类测点的相对或者绝对误差表示如下：
[0015] 或e＝X-X0
[0016] 其中：
[0017] er—瓦振、轴振、轴位移和转速测点相对误差，单位：％；
[0018] e—瓦振、轴振、轴位移和转速测点绝对误差，单位：mm/s、μm、mm、r/min；
[0019] X0—瓦振、轴振、轴位移和转速测点标准值，单位：mm/s、μm、mm、r/min；
[0020] X—瓦振、轴振、轴位移和转速测点实际测量值，单位：mm/s、μm、mm、r/min；
[0021] 参考DL/T 1012-2006《火力
发电厂汽轮机监视和保护系统验收测试规程》，TSI系统中瓦振、轴振、轴位移和转速测点的技术指标要求，其中瓦振、轴振、轴位移是相对误差，转速为绝对误差；当各测点校准结果在最大允许误差内时，则说明汽轮机监测系统运行正常；当某个测点的校准结果超过允差，则说明在该测点的误差产生在TSI机柜或者DCS环节处，继续进一步排查。
[0022] 本发明进一步的改进在于，步骤1)中，将瓦振传感器与振动校准参考系统的振动
台面刚性连接；瓦振传感器能够直接
感知振动校准参考系统的振动，并输出相应
电信号；
[0023] 轴振传感器通过被检轴振传感器安装夹具固定在振动校准参考系统，轴振传感器的接头连接到与之相匹配的轴振前置
放大器上，然后将数字万用表连接到轴振前置放大器的两个输出
端子，轴振金属盘固定在振动校准参考系统的
振动台面上，振动台面振动时能够带动轴振金属盘振动，轴振金属盘产生和轴振传感器的相对振动，经过电
涡流效应，轴振传感器输出相应电信号；
[0024] 轴位移传感器通过被检轴位移传感器安装夹具固定在
基座上，轴位移传感器的接头连接到与之相匹配的轴位移前置放大器上，轴位移金属盘和千分尺相连，并通过千分尺安装夹具固定在基座上，当旋转千分尺的手轮时，轴位移金属盘和轴位移传感器测头的间隙发生变化，经过电涡流效应，轴位移传感器输出相应信号；
[0025] 转速传感器通过转速传感器安装夹具固定在转速传感器智能综合检测装置的台体上，在转速传感器智能综合检测装置设定转速值，转速传感器则输出相应信号。
[0026] 本发明进一步的改进在于，轴振传感器安装时，调整振动校准参考系统上的轴振金属盘与轴振传感器端部间的距离，使前置器
输出电压读数为-10.0V或-12.0V，或采用塞尺测量，使得间隙在1.5到2.0mm之间；
[0027] 转速传感器安装时，调整转速传感器端部与测速齿盘凸齿间的间隙为1.0mm。
[0028] 本发明进一步的改进在于，步骤2)中，瓦振测点测量时，将振动校准参考系统的振动
频率设置为80Hz或100Hz；然后依次调整给定振动幅值为：3.0、5.0、7.0、9.0、11.0和15.0，单位：mm/s；校准点包括报警值和跳机值，每变换一次振动幅值，停顿几秒钟后，记录振动显示数值；
[0029] 轴振测点测量时，将振动准参考系统的振动频率设置为80Hz或100Hz；然后依次调整给定振动幅值为：50、100、150、200、250和300，单位：μm；校准点包括报警值和跳机值，每变换一次振动幅值，停顿几秒钟后，记录振动显示数值；
[0030] 轴位移测点测量时，以零点为基准，将轴位移金属盘分别向靠近传感器和远离传感器两个方向，按照以下位移的步进顺序：0.25、0.50、0.75、1.00和1.25，单位：mm；校准点包括报警值和跳机值，调整轴位移金属盘与轴位移传感器间的间隙，每步进一次，均记录轴位移前置放大器输出电压和位移显示数值；
[0031] 转速测点测量时，对于汽轮机所用转速传感器，依次设置转速值为：100、500、1000、2000、3000和3500，单位：r/min，并记录与之相对应的转速显示数据；对于电动给
水泵或者汽动给水泵所用转速传感器，依次设置转速值为：1500、2500、3500、4500、5500和6500，单位：r/min，并记录与之相对应的转速显示数据。
[0032] 本发明进一步的改进在于，步骤3)中，TSI系统中瓦振、轴振、轴位移和转速测点的技术指标要求如下：
[0033]
[0034] 本发明具有如下有益的技术效果：
[0035] TSI系统现场校准的方法为比较法：由传感器输入端施加高准确度的标准物理量值，此标准物理量一般包括动态振动量值(单位：mm/s、μm)、转速量值(单位：r/min)、静态位移量值(单位：mm)，与DCS(分散控制系统)/ETS(汽轮机跳闸保护系统)画面显示值相比较，则可得到一个偏差值，通过该偏差值可对TSI系统的测量参数进行合格判定，其技术指标参考DL/T 1012-2006《
火力发电厂汽轮机监视和保护系统验收测试规程》。当施加的标准物理量达到设定的报警值或跳机值时，可评价保护动作信号发出的正确性。
[0036] 本发明通过对现场TSI系统每个测量通道的全过程校准，来评价TSI系统的测量精度和可靠性；验证TSI信号通道、报警、跳机动作值的准确性；保障汽轮机发电机组、主要辅机等机械运行参数监测系统正常投入，为机组安全运行提供保证。
附图说明
[0037] 图1是本发明TSI系统校准方法的
流程图。
[0038] 图2是本发明瓦振测点传感器安装示意图。
[0039] 图3是本发明轴振测点传感器安装示意图。
[0040] 图4是本发明轴位移测点传感器安装示意图。
[0041] 图5是本发明转速测点传感器安装示意图。
[0042] 图中：1-瓦振传感器，2-振动台面，3-振动校准参考系统，4-被检轴振传感器安装夹具，5-轴振传感器，6-轴振前置放大器，7-轴振金属盘，8-基座，9-轴位移金属盘，10-轴位移传感器，11-被检轴位移传感器安装夹具，12-轴位移前置放大器，13-千分尺安装夹具，14-千分尺，15-转速传感器智能综合检测装置，16-测速尺盘，17-转速传感器安装夹具，18-转速传感器。
具体实施方式
[0043] 以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
[0044] 在图1中，本发明主要提出了对TSI系统的全过程校准的整体方案，由传感器开始直至DCS(DEH)系统间均敷设有信号
电缆，其实施方案如下：
[0045] TSI系统现场校准包括从传感器到TSI监测模块回路(包含模块内参数设置)以及DCS模拟量输入通道，直至
软件组态的全程整体校准和各项报警、保护功能测试工作。
[0046] 整个校准过程包括：标准物理量输入、TSI系统传感器、前置器、二次接线回路、TSI机柜和DCS/ETS画面显示。通过实施TSI系统校准，其最终目的达到：
[0047] (1)能够准确地评定TSI系统每个测量回路的测量误差，保证所测量参数的准确性；
[0048] (2)能精确核准报警和停机动作值，保证保护动作的准确性和可靠性；
[0049] (3)能及时发现TSI测量模块、DCS(DEH)模拟量输入模块存在的问题；
[0050] (4)能发现并消除每个测量回路中可能存在的
电磁干扰、接线工艺等隐患或缺陷；
[0051] (5)能普及和提高检修人员对TSI系统的维护水平和工作效率。
[0052] 以下对TSI系统中瓦振、轴振、轴位移和转速这四类测点校准方法的实施过程进行说明，校准过程一共三个步骤：
[0053] 1、第一步：传感器的安装。
[0054] (1)瓦振测点，属于动态振动测量范畴，使用的标准仪器为振动校准参考系统，是一种便携式振动发生器，用于提供标准的振动信号，按要求将瓦振传感器1安装在振动校准参考系统3上，安装方法如图2所示。
[0055] 在图2中，瓦振传感器1和振动校准参考系统3的振动台面2刚性连接。瓦振传感器1直接感知振动校准参考系统3的振动，并输出相应电信号。
[0056] (2)轴振测点，属于动态振动测量范畴，使用的标准仪器也是振动校准参考系统3，按要求将轴振传感器5安装在振动校准参考系统3上，安装方法如图3所示。
[0057] 在图3中，轴振传感器5，通过被检轴振传感器安装夹具4固定在振动校准参考系统3，轴振金属盘7固定在振动校准参考系统3的振动台面2上，振动台面2振动时带动轴振金属盘7振动，轴振金属盘7产生和轴振传感器5的相对振动，经过电涡流效应，轴振传感器5输出相应电信号。
[0058] 安装
位置调整：将轴振传感器5固定在被检轴振传感器安装夹具4上，轴振传感器5的电缆(接头)连接到与之相匹配的轴振前置放大器6上，然后将数字万用表连接到轴振前置放大器6的两个输出端子；调整振动校准参考系统3上的轴振金属盘7与轴振传感器5端部间的距离，使前置器输出电压读数为-10.0V(或-12.0V，取决于传感器测量链路电压是-2到-18V还是-4到-20V)，或采用塞尺测量，使得间隙在1.5到2.0mm之间；
[0059] (3)轴位移测点，属于静态位移测量范畴，使用的标准仪器为位移静校器，是一种便携式位移发生器，用于提供标准的静态位移信号(mm)，按要求将轴位移传感器10安装在位移静校器上，安装方法如图4所示。
[0060] 在图4中，轴位移传感器10通过被检轴位移传感器安装夹具11固定在基座8上，轴位移传感器10的接头连接到与之相匹配的轴位移前置放大器12上，轴位移金属盘9和千分尺14相连，并通过千分尺安装夹具13固定在基座8上，当旋转千分尺14的手轮时，轴位移金属盘9和轴位移传感器10测头的间隙发生变化，经过电涡流效应，轴位移传感器10输出相应信号。
[0061] (4)转速测点，使用的标准仪器为转速传感器智能综合检测装置，是一种便携式转速发生器，用于提供标准的转速信号(r/min)，按要求将转速传感器18安装在转速传感器智能综合检测装置15上，安装方法如图5所示。
[0062] 在图5中，转速传感器18通过转速传感器安装夹具17固定在转速传感器智能综合检测装置15的台体上，在转速传感器智能综合检测装置15设定一定的转速值，转速传感器18则输出相应信号。
[0063] 安装位置调整：调整转速传感器18端部与测速齿盘16凸齿间的间隙为1.0mm左右。对于涡流传感器，不必关注间隙量值，只需要调整间隙、监测前置器的输出电压为-10至-12伏左右为宜。
[0064] 2、第二步：实施校准。
[0065] (1)瓦振测点，将振动校准参考系统3的振动频率设置为80Hz或100Hz；然后依次调整给定振动幅值(mm/s)为：(3.0、5.0、7.0、9.0、11.0和15.0)，校准点包括报警值和跳机值(不同机组设定值不同，根据实际情况而定)。每变换一次振动幅值，停顿几秒钟后，记录DCS(或ETS)画面上的振动显示数值。
[0066] (2)轴振测点，将振动准参考系统3的振动频率设置为80Hz或100Hz；然后依次调整给定振动幅值(μm)为：(50、100、150、200、250和300)，校准点包括报警值和跳机值(不同机组设定值不同，根据实际情况而定)。每变换一次振动幅值，停顿几秒钟后，记录DCS(或ETS)画面上的振动显示数值。
[0067] (3)轴位移测点，以零点为基准，将轴位移金属盘9分别向靠近传感器和远离传感器两个方向，按照以下位移(mm)的步进顺序：(0.25、0.50、0.75、1.00和1.25)，校准点包括报警值和跳机值(不同机组设定值不同，根据实际情况而定)。调整轴位移金属盘9与轴位移传感器10间的间隙，每步进一次，均记录轴位移前置放大器12输出电压和DCS(或ETS)画面上的位移显示数值。
[0068] (4)转速测点，对于汽轮机所用转速传感器，依次设置转速值(r/min)为：(100、500、1000、2000、3000和3500)。在DCS(或ETS)画面上记录与之相对应的转速显示数据。对于电动给水泵或者汽动给水泵所用转速传感器，依次转速设定值(r/min)为：(1500、2500、
3500、4500、5500和6500)，校准点包括报警值和跳机值(不同机组设定值不同，根据实际情况而定)。记录DCS(或ETS)画面上的转速显示数值。
[0069] 3、第三步：校准结果及合格判定。
[0070] 同时记录标准仪器示值以及DCS/ETS画面显示值，瓦振、轴振、轴位移和转速四类测点的相对或者绝对误差可表示如下：
[0071] 或e＝X-X0
[0072] 其中：
[0073] er—瓦振、轴振、轴位移和转速测点相对误差(单位：％)；
[0074] e—瓦振、轴振、轴位移和转速测点绝对误差(单位：mm/s、μm、mm、r/min)；
[0075] X0—瓦振、轴振、轴位移和转速测点标准值(单位：mm/s、μm、mm、r/min)；
[0076] X—瓦振、轴振、轴位移和转速测点DCS/ETS画面显示值(单位：mm/s、μm、mm、r/min)。
[0077] 参考DL/T 1012-2006《火力发电厂汽轮机监视和保护系统验收测试规程》，TSI系统中瓦振、轴振、轴位移和转速测点的技术指标要求如下表1所示。其中瓦振、轴振、轴位移是相对误差，转速为绝对误差。
[0078] 表1 TSI系统技术指标
[0079]
[0080]
[0081] (1)当各测点校准结果在最大允许误差内时，则说明TSI系统运行正常；
[0082] (2)当某个测点的校准结果超过允差，则说明在该测点的误差产生在TSI机柜或者DCS环节处(因为传感器是经过检定合格的)，具体产生误差的环节需要进一步排查。
