关于汽轮机监测保护的探讨

学术论文 2018-08-28 16:41:57
  引言 
  随着我国国民经济的持续快速发展,电力需求逐渐增多,汽轮机的研究成为了势在必行。伴随着我国电力的发展,我国汽轮机产品的进出口也有所增长,因此这对于我国汽轮机工业来说是一个难得的冲击国外市场的机遇。然而,由于我国的汽轮机行业是从完全使用国外技术到逐步迈到具有自主开发能力的道路上来的,处于技术过渡阶段,目前在高端技术上我国与国外大公司仍然有着较大的差距。 
  1.汽轮机监测保护系统概述 
  汽轮机热工监视和保护系统以及由其所组成的信号报警系统和保护控制系统,是保护汽轮机安全运行的重要设备。随着机组容量的增大,汽轮机安全监视和保护就显得更加重要,同时对汽轮机的安全监视和保护装置动作的准确性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期设计的保护系统大多为继电器及硬件逻辑搭接的,可靠性较差,维护量较大。汽轮机振动及监控保护系统是为了监视汽轮机在运行过程中主轴和轴承的振动状况及大轴弯曲而设计的,它由振动监视组件,速度监视组件和偏心监视组件三部分组成,每个部分可由用户的需要提供若干组件,以完成用户需要监视的测点。其中监视振动组件和偏心监视组件配涡流传感器,用来监视主轴的振动状况,涡流传感器的输出信号大小为-4―-20V,它是一个含有直流分量的交流信号,速度监视组件配电磁式传感器,用来监视轴瓦的振动情况。 
  2.汽轮机监测保护系统监视组件 
  振动监视组件是以单片机为核心研制的,为了对输入信号进行有效的处理,要求所选用的CPU速度快,集成度高,指令系统简单,根据目前世界上在线控制发展的趋势和市场上提供的产品,监视组件选用8098单片机。8098单片机为准16位单片机,外接芯片简单,具有16位处理速度,典型指令的执行时间为2μs,它的主要特性:十六位中央处理器;具有高效的指令系统;集成了采样保持器和四路十位A/D转换器;具有高速输入口HSI,高速输出口HSO和脉宽调制输出PWM;具有监视定时器,可以在产生软硬件故障时,使系统复位,恢复CPU工作。监视保护系统的设计方法和步骤分为:系统总体设计,硬件设计,软件设计。它是指根据测量系统的功能要求和技术特性,反复进行系统构思,综合考虑硬件和软件的特点,原则:能用软件实现的就不用硬件,但值得一提的是软件会占用 CPU的时间。为了缩短研制周期,尽可能利用熟悉的机型或利用现有的资料进行改进和移植,并采用可利用的软硬件资源,然后根据系统的要求增加所需要的功能,在完全满足系统功能的同时,为提高系统工作的可靠性和稳定性,还必须充分考虑到系统的抗干扰能力。 
  3.汽轮机的原理及应用 
  3.1汽轮机的基本原理 
  汽轮机是用蒸汽做功的一种旋转式热力原动机,具有功率大、效率高、结构简单、易损件少,运行安全可靠,调速方便、振动小、噪音小、防爆等优点。主要用于驱动发电机、压缩机、给水泵等。 
  3.2工业汽轮机的应用 
  工业汽轮机主要应用领域工业汽轮机主要应用于石油、化工、冶金、电力、轻工等领域作驱动压缩机、鼓风机、泵及压榨机等旋转机械,也应用于造纸、制糖、酿酒、食品、建材、制药和城市加压煤气以及热电联供、利用地热和低品位余热发电设备。 
   
  3.2.1发电用工业汽轮机 
  ①城市集中供热及热电联产区域供热、热电联产在节约能源和环境保护方面有独特的重要作用。 
  ②能源综合利用的节能机组能源综合利用主要指石化、轻工冶金、造纸、食品、建材等行业的自备电厂,利用工厂生产必备的锅炉提高压力,或利用生产过程中产生的废气、废热发电。这些机组一般容量较小。 
  3.2.2驱动用工业汽轮机 
  ①石油化工工业领城 
  在合成氨、尿素装置方面,与国内大型合成氨装置配套的尿素装置中需采用次高压抽汽、补汽凝汽式汽轮机驱动压缩机。在乙烯装置方面,大型乙烯装置流程中配有大小不等的压缩机、泵等10余台到30余台,它们需配置驱动小型泵的小汽轮机10多台来驱动。 
  ②石油炼制、天然气液化以及煤气化工业领域大型炼油厂中一般也需配10余台驱动用工业汽轮机,用于驱动裂化气压缩机、富气压缩机、主风机、循环氢压缩机等。单机容量一般在10MW以下。天然气液化厂的冷冻压缩机等需要用较大功率,高速的凝汽式汽轮机来驱动,单机功率一般在3-20MW。 
  ③大型火力发电领域用于驱动辅助设备据有关技术经济分析400MW以上大型火电机组的锅炉给水泵采用工业汽轮机驱动经济效益显著。实际上国内外通常以300MW为分界线,等于和大于300MW的火电大机组基本采用凝汽式汽轮机驱动锅炉给水泵。其容量取决于所驱动的给水泵容量,一般单机容量在3-20MW。 
  4.汽轮机监测保护系统的软件设计 
  主要是应用软件的设计。根据系统功能要求设计。在设计应用软件时,必须考虑到单片机的指令系统和软件功能,并与硬件统筹考虑。单片机的系统开发,其软件设计不可能相对于硬件而独立,其软件总要与硬件结合在一起,实现要求的功能。当应用系统总体方案一经审定,硬件系统设定基本定型,大量的工作将是软件系统的程序设计与调试。振动监视组件软件的设计采用模块编程法,模块法的优点是把一个较为复杂的程序化为编制和装配几个比较简单的程序,使程序设计容易实现。由于块与块之间具有一定的独立性,如果其程序模块需要修改或变动时,将只影响模块内部程序,而对其它程序模块的影响很小,或基本没影响就很方便,它主要由下面几个部分组成:标准的自检程序模块;采样以及通道计算程序模块;设定值调整程序模块,报警程序模块。 
  自检程序模块:该模块检查系统的电源电压是否正常,系统将以故障码的形式提示用户:系统电源出现故障,并指出哪一路电源处于故障状态。系统得自检功能由上电自检,循环自检和用户请求自检三部分组成。在自检过程中,系统解除所有形式的保护。如果自检过程中发现故障,那么监视保护系统一直处于自检状态,直至用户排除了故障为止。 
  采样及通道值计算程序模块:本程序模块首先对监视保护系统处于的状态进行判断,这些状态是指监视保护系统是否处于通道旁路和危险旁路,如果监视保护系统某一通道处于旁路状态,那么解除继电器报警,系统正常灯熄,旁路灯亮,同时通道指示值为0。如果监视保护系统某一通道没有被旁路,则启动该通道的A/D转换,随后将采集的数字信号进行滤波,计算得到通道值。模拟量输出通道输出代表该通道值的标准电流值0-10mA.DC或4-20mA.DC。 
  报警程序模块:如果两通道的测量值之差即差值超过警告或危险设定值,那么监视保护系统将处于警告或危险状态,这时显示面板上的警告或危险报警灯亮,同时将驱动警告或危险继电器,如果处于危险旁路状态,那么仅仅是两个通道的危险灯亮而危险继电器则不动作。如果监视组件处于通电抑制状态,那么将解除所有形式的报警。 
  显示程序模块:显示程序模块执行显示双通道的测量值、报警值以及四种故障代码。在8098内部RAM中,开设一个具有16个寄存器单元缓冲区,如80H-8FH。将缓冲区对半分成两部分,每一部分的寄存单元寄存一个通道的显示代码。将显示代码送到8279的显示缓冲区,8279可以自动扫描显示。 
  中断程序模块:T1的溢出周期作为输出脉冲信号的宽度,改变HSO高低电平的触发时间就可以改变方波的占空比,从而改变输出电流大小。 
  5结束语 
  汽轮机一直是汽轮机油系统最主要的失效根源。加强对汽轮机油的监测将汽轮机油污染度控制在规定范围内,不仅可以减少油系统故障的发生,保证机组更加安全可靠地运行,还可以延长油系统的使用寿命,为电厂带来显著的经济效益。 

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