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摘要：
TSI转速监控系统作为汽轮机运行的安全监控系统在电力行业里已应用非常成熟，行业调试标准已成为准则。试图从一些检修思路入手来分析这个系统，许多电厂使用的是美国本特利的产品（3500型号），也有使用艾普的或国产江苏无锡的产品，但测量原理基本一致，测量安装应用也基本一致。
关键词：
测量原理；检测器；故障现象
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：16723198（2013）02016603
1转速测量原理
3500本特利系统测量转速采用的8mm的电涡流探头，转速测量回路的配置是：探头、前置器、延长线、监测器模块。测量原理：利用电涡流探头采集大轴旋转产生的脉冲数，3500/50/53转速、超速监测器模块通过单片机芯片程序测出单位时间（s）的脉冲频率，然后通过公式（1）算出实时转速，这里有必要解释一下这个公式的推算道理，首先我们定义每分钟转数为n，1分钟有60s，1转z个脉冲，那么单位时间计数脉冲比上齿数得出单位时间重复旋转次数，也就是f（频率），一分钟有多少转就为：n=60f。下面以我厂的设备做简要引述：我厂使用的本特利3500/50/53转速、超速监测器模块，配3300xl-8mm proximitor电涡流传感器，电涡流传感器：根据法拉第电磁感应原理，金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流。以上现象称为电涡流，而根据这个效应制成的传感器为电涡流传感器。
由于传感器反馈回的电感电压是有一定频率的调幅信号，需检波后，才能得到间隙随时间变化的电压波形，由此得知，要测量位移必须有一个专用的测量线路，这一测量线路（称为前置器）应包括一定频率的稳定的震荡器和一个检波电路，涡流小传感器加上一测量线路，从前置器输出的电压Vd是正比于间隙d的电压，它分为两部分：一为直流电压Vde，对应于平均间隙（初始间隙）；一为交流电压Vac，对应于变化间隙。
到这有人要问：测量转速和位移有什么关系？其实电涡流传感器主要用来侧间隙位移的，测量转速其实采的一个变化间隙位移所对应的变化的脉冲电压值（Vac），通过检波器后，把电压信号送到检测器（3500/50/53）上，它测算出脉冲频率，最后计算出转速。
对于维护人员主要重视调试和故障处理的这一块工作，上述引入一些工作原理，目的为了让维护人员处理问题时理解问题本质。
2安装调试注意事项
在探头安装时，为了防止机械损坏，应断开探头引线与延伸电缆的连接，并且不能采用握住传感器引线旋入的方法进行安装，正确的方法及要求见下所述：
（1）用工具夹住探头上的扳手平台进行传感器的旋入，并保证探头引线随之旋转。
（2）每个传感器头端面对于被测面都要求垂直，最大偏移角度小于1°。
（3）按要求紧固探头后，接好探头引线与延伸电缆接头，再捆扎好固定在箱体内，防止运行时损坏电缆。
（4）把各测速传感器，牢固装在相应的测速传感器支架上，间隙约为0.8～1.0mm。
传感器系统在现场的连接有以下几点需要注意，以保证测量系统的正常工作：
（1）接地。严格按图样和资料的要求，对装置和信号输入单端接地，接地电阻应小于4Ω。
（2）电缆的铺设应按有关要求进行，信号输入电缆的铺设应与强电电缆分开，强弱电交汇处应相互垂直。传感器测点应采用单独的屏蔽电缆进行连接，不允许几个信号混入一根多芯屏蔽电缆中。针对转速和超速的传感器系统最好采用对绞电缆进行连接。
（3）探头电缆与延伸电缆之间的接插件连接好后，应用热缩套管封装，使之与外部铠装电缆绝缘；此处禁止采用绝缘胶布等易腐材料进行封装，否则会影响传感器的阻抗，导致测量误差。
所有接线应在断电情况下进行，并且通电前应仔细比照相关图纸，认真核对，确认无误后方可通电。特别是对于带前置器的接线，更应正确区分电源、地与信号端，切忌接反，以免产生不良后果。
3转速检测器工作介绍
实际工作中3500/50转速模块主要用来检测零转速比例值（小于99r/min），当超出组态值报警并把报警接点信号送给盘车装置，另外还可以把比例值传送到DCS上；用于转速的指示，3500/53（3块逻辑三取二）超速模块主要用来检测超速比例值（大于3300r/min），当超出组态值报警并把报警接点信号送给ETS装置，这里需要简单介绍一下这两块模块。
3500/50转速表模块是一个双通道模块，它可接受来自涡流探头或磁探头的速度脉冲输入信号，并用此输入信号驱动报警输出。下面介绍一下模块上部件的功用
（1）通道状态“OK”：它标识是否已经有故障被相应模块的通道检测到。在下列任何条件下，一个非OK状态将被返回：
传感器故障
探头间隙OK检测失败
通道特定硬件故障
触发Not OK的条件包括：
输入信号的频率高于20kHz
输入信号频率低于规定的传感器的最小频率值。
输入转速高于99999r/min。
在一个旋转周期中，输入信号的变化等于或高于50%。
零转速的比较百分比（%Comparison）检测失败。
（2）旁路：它标识通道已经旁路了它的一个或多个比例值的报警。下列条件将导致通道处于旁路状态：
转速表模块从未组态
转速表模块处于组态模式
转速表通道组态中有错误
转速表模块处于上电自检状态
在自检时发现致命错误 通道按零转速组态，但零转速使能触点开路（未激活）
报警通过软件开关被旁路
框架报警抑制被使能
3500/53超速保护模块，其设计是一个通道模块。它适用于两模块或三模块组的超速保护应用。模块接收来自趋近式传感器或磁电式传感器的转速脉冲输入信号，并使用这个输入信号驱动报警。为了实现机器保护目的，模块提供四种快速响应报警继电器输出。3500超速保护系统组态成两模块二选一表决或三模块三选二表决设置。本说明书只叙述三模块组。
3通道超速保护系统：作为3500机器管理和保护系统的一部分，三通道3500/53超速保护系统可提供高可靠性超速保护。三通道超速保护系统要求三个独立的传感器输入，三个模块组，必须相邻安装。每个3500框架中只能安装一组超速保护系统。3500/53超速保护系统可安装在具有其它3500监测功能的3500框架中，三通道超速保护系统提供3个独立的转速监测通道。在报警时，三通道超速保护系统可组态成能提供3选2的表决功能。具有这种功能时，来自每个模块的报警输出进行比较，在继电器被驱动前，两个模块必须一致。使用在系统背板上的一高速内部模块通讯网络来实现模块间的通讯。下面介绍一下模块上部件的功用。
（1）通道状态OK：这表示在通道中是否已检测到错误。在下列任何情况下，将返回到非OK状态：
传感器故障
探头间隙OK检查故障
通道特殊硬件故障
触发非OK条件——包括：
输入信号频率大于20kHz
输入信号频率低于传感器特有频率最小值。
输入速度大于99999rpm
在一周期中，输入信号有50%或大于50%的变化
比较检查故障
（2）警告/报警1：这表示相应模块通道已进入警告/报警1。当通道提供的比例值超过它组态的警告/报警1设置点时，通道将进入警告/报警l状态。
（3）危险/报警2（超速）：这表示相应模块的通道已进入危险/报警2（超速）。当通道的比例值超过它组态的危险/报警2（超速）设置点时，通道将进入危险/报警2状态。
（4）旁路：这表示通道已经旁路了比例值报警。下列情况可引起通道旁路状态：
超速模块从未组态
超速模块处于组态模式
超速通道有一无效组态
超速模块处于上电自检
在自检期间，发现致命错误
通过软件开关设置报警为旁路
框架报警抑制可以实现
（5）I/O模块描述：超速保护I/O模块接收来自传感器的信号并发送该信号给超速保护模块。I/O模块也为趋近式传感器供电，并为传感器输入通道提供4-20mA记录仪输出。超速保护I/O模块还提供四套继电器触点，每个继电器能组态成常带电或常不带电形式。每个监测器都装有一I/O模块。在架装框架或盘装框架中，I/O模块安装在监测器的后部。
4故障现象分析
上述资料引用本特利产品用户指导说明，旨在说明工作中我们所见故障现象，是源于何因。平时本产品一但调试好，运行非常稳定，常见问题：（1）干扰问题，安装时注意信号线接线屏蔽（上述有介绍），探头安装尽量避免与带有磁性的探头（磁电转速探头）太靠近，具体按照厂家设计图纸定位安装，电涡流探头附近如受到外部电磁场干扰，上传到模块的频率信号会失真，有时模块“旁路”指示灯会亮，此时测量比例值跳动很大，处理的唯一办法，就是摘掉此转速传感器信号线，带停机后处理。（2）探头间隙调校不合适，太大指示值会偏小，或报通道故障，太小容易在大轴运转时打坏探头。（3）3500/53危险报警开关选择当模块断电后，报警开关触点（去ETS装置的传送点）闭合的那组，这是特别提醒的，其实理由很简单：所有的机组保护设置，并不是保护机组稳定运行，而是确保机组能在失控的情况下，安全停下来。当3500系统已断电，汽轮机安全监控系统已失控，这时唯一的迫切的要求就是机组必须安全停下来。
5结束语
转速作为TSI监控系统一个非常重要的监控点，本论文试图从探头到探头信号进入检测器检测做了一个系统的分析，旨在强调一种检修思路：只要了解从单点到系统设备测控原理以及方案，这样才能较准确地分析出故障原因。
TSI转速监控系统作为汽轮机运行的安全监控系统在电力行业里已应用非常成熟，行业调试标准已成为准则。试图从一些检修思路入手来分析这个系统，许多电厂使用的是美国本特利的产品（3500型号），也有使用艾普的或国产江苏无锡的产品，但测量原理基本一致，测量安装应用也基本一致。
关键词：
测量原理；检测器；故障现象
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：16723198（2013）02016603
1转速测量原理
3500本特利系统测量转速采用的8mm的电涡流探头，转速测量回路的配置是：探头、前置器、延长线、监测器模块。测量原理：利用电涡流探头采集大轴旋转产生的脉冲数，3500/50/53转速、超速监测器模块通过单片机芯片程序测出单位时间（s）的脉冲频率，然后通过公式（1）算出实时转速，这里有必要解释一下这个公式的推算道理，首先我们定义每分钟转数为n，1分钟有60s，1转z个脉冲，那么单位时间计数脉冲比上齿数得出单位时间重复旋转次数，也就是f（频率），一分钟有多少转就为：n=60f。下面以我厂的设备做简要引述：我厂使用的本特利3500/50/53转速、超速监测器模块，配3300xl-8mm proximitor电涡流传感器，电涡流传感器：根据法拉第电磁感应原理，金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流。以上现象称为电涡流，而根据这个效应制成的传感器为电涡流传感器。
由于传感器反馈回的电感电压是有一定频率的调幅信号，需检波后，才能得到间隙随时间变化的电压波形，由此得知，要测量位移必须有一个专用的测量线路，这一测量线路（称为前置器）应包括一定频率的稳定的震荡器和一个检波电路，涡流小传感器加上一测量线路，从前置器输出的电压Vd是正比于间隙d的电压，它分为两部分：一为直流电压Vde，对应于平均间隙（初始间隙）；一为交流电压Vac，对应于变化间隙。
到这有人要问：测量转速和位移有什么关系？其实电涡流传感器主要用来侧间隙位移的，测量转速其实采的一个变化间隙位移所对应的变化的脉冲电压值（Vac），通过检波器后，把电压信号送到检测器（3500/50/53）上，它测算出脉冲频率，最后计算出转速。
对于维护人员主要重视调试和故障处理的这一块工作，上述引入一些工作原理，目的为了让维护人员处理问题时理解问题本质。
2安装调试注意事项
在探头安装时，为了防止机械损坏，应断开探头引线与延伸电缆的连接，并且不能采用握住传感器引线旋入的方法进行安装，正确的方法及要求见下所述：
（1）用工具夹住探头上的扳手平台进行传感器的旋入，并保证探头引线随之旋转。
（2）每个传感器头端面对于被测面都要求垂直，最大偏移角度小于1°。
（3）按要求紧固探头后，接好探头引线与延伸电缆接头，再捆扎好固定在箱体内，防止运行时损坏电缆。
（4）把各测速传感器，牢固装在相应的测速传感器支架上，间隙约为0.8～1.0mm。
传感器系统在现场的连接有以下几点需要注意，以保证测量系统的正常工作：
（1）接地。严格按图样和资料的要求，对装置和信号输入单端接地，接地电阻应小于4Ω。
（2）电缆的铺设应按有关要求进行，信号输入电缆的铺设应与强电电缆分开，强弱电交汇处应相互垂直。传感器测点应采用单独的屏蔽电缆进行连接，不允许几个信号混入一根多芯屏蔽电缆中。针对转速和超速的传感器系统最好采用对绞电缆进行连接。
（3）探头电缆与延伸电缆之间的接插件连接好后，应用热缩套管封装，使之与外部铠装电缆绝缘；此处禁止采用绝缘胶布等易腐材料进行封装，否则会影响传感器的阻抗，导致测量误差。
所有接线应在断电情况下进行，并且通电前应仔细比照相关图纸，认真核对，确认无误后方可通电。特别是对于带前置器的接线，更应正确区分电源、地与信号端，切忌接反，以免产生不良后果。
3转速检测器工作介绍
实际工作中3500/50转速模块主要用来检测零转速比例值（小于99r/min），当超出组态值报警并把报警接点信号送给盘车装置，另外还可以把比例值传送到DCS上；用于转速的指示，3500/53（3块逻辑三取二）超速模块主要用来检测超速比例值（大于3300r/min），当超出组态值报警并把报警接点信号送给ETS装置，这里需要简单介绍一下这两块模块。
3500/50转速表模块是一个双通道模块，它可接受来自涡流探头或磁探头的速度脉冲输入信号，并用此输入信号驱动报警输出。下面介绍一下模块上部件的功用
（1）通道状态“OK”：它标识是否已经有故障被相应模块的通道检测到。在下列任何条件下，一个非OK状态将被返回：
传感器故障
探头间隙OK检测失败
通道特定硬件故障
触发Not OK的条件包括：
输入信号的频率高于20kHz
输入信号频率低于规定的传感器的最小频率值。
输入转速高于99999r/min。
在一个旋转周期中，输入信号的变化等于或高于50%。
零转速的比较百分比（%Comparison）检测失败。
（2）旁路：它标识通道已经旁路了它的一个或多个比例值的报警。下列条件将导致通道处于旁路状态：
转速表模块从未组态
转速表模块处于组态模式
转速表通道组态中有错误
转速表模块处于上电自检状态
在自检时发现致命错误 通道按零转速组态，但零转速使能触点开路（未激活）
报警通过软件开关被旁路
框架报警抑制被使能
3500/53超速保护模块，其设计是一个通道模块。它适用于两模块或三模块组的超速保护应用。模块接收来自趋近式传感器或磁电式传感器的转速脉冲输入信号，并使用这个输入信号驱动报警。为了实现机器保护目的，模块提供四种快速响应报警继电器输出。3500超速保护系统组态成两模块二选一表决或三模块三选二表决设置。本说明书只叙述三模块组。
3通道超速保护系统：作为3500机器管理和保护系统的一部分，三通道3500/53超速保护系统可提供高可靠性超速保护。三通道超速保护系统要求三个独立的传感器输入，三个模块组，必须相邻安装。每个3500框架中只能安装一组超速保护系统。3500/53超速保护系统可安装在具有其它3500监测功能的3500框架中，三通道超速保护系统提供3个独立的转速监测通道。在报警时，三通道超速保护系统可组态成能提供3选2的表决功能。具有这种功能时，来自每个模块的报警输出进行比较，在继电器被驱动前，两个模块必须一致。使用在系统背板上的一高速内部模块通讯网络来实现模块间的通讯。下面介绍一下模块上部件的功用。
（1）通道状态OK：这表示在通道中是否已检测到错误。在下列任何情况下，将返回到非OK状态：
传感器故障
探头间隙OK检查故障
通道特殊硬件故障
触发非OK条件——包括：
输入信号频率大于20kHz
输入信号频率低于传感器特有频率最小值。
输入速度大于99999rpm
在一周期中，输入信号有50%或大于50%的变化
比较检查故障
（2）警告/报警1：这表示相应模块通道已进入警告/报警1。当通道提供的比例值超过它组态的警告/报警1设置点时，通道将进入警告/报警l状态。
（3）危险/报警2（超速）：这表示相应模块的通道已进入危险/报警2（超速）。当通道的比例值超过它组态的危险/报警2（超速）设置点时，通道将进入危险/报警2状态。
（4）旁路：这表示通道已经旁路了比例值报警。下列情况可引起通道旁路状态：
超速模块从未组态
超速模块处于组态模式
超速通道有一无效组态
超速模块处于上电自检
在自检期间，发现致命错误
通过软件开关设置报警为旁路
框架报警抑制可以实现
（5）I/O模块描述：超速保护I/O模块接收来自传感器的信号并发送该信号给超速保护模块。I/O模块也为趋近式传感器供电，并为传感器输入通道提供4-20mA记录仪输出。超速保护I/O模块还提供四套继电器触点，每个继电器能组态成常带电或常不带电形式。每个监测器都装有一I/O模块。在架装框架或盘装框架中，I/O模块安装在监测器的后部。
4故障现象分析
上述资料引用本特利产品用户指导说明，旨在说明工作中我们所见故障现象，是源于何因。平时本产品一但调试好，运行非常稳定，常见问题：（1）干扰问题，安装时注意信号线接线屏蔽（上述有介绍），探头安装尽量避免与带有磁性的探头（磁电转速探头）太靠近，具体按照厂家设计图纸定位安装，电涡流探头附近如受到外部电磁场干扰，上传到模块的频率信号会失真，有时模块“旁路”指示灯会亮，此时测量比例值跳动很大，处理的唯一办法，就是摘掉此转速传感器信号线，带停机后处理。（2）探头间隙调校不合适，太大指示值会偏小，或报通道故障，太小容易在大轴运转时打坏探头。（3）3500/53危险报警开关选择当模块断电后，报警开关触点（去ETS装置的传送点）闭合的那组，这是特别提醒的，其实理由很简单：所有的机组保护设置，并不是保护机组稳定运行，而是确保机组能在失控的情况下，安全停下来。当3500系统已断电，汽轮机安全监控系统已失控，这时唯一的迫切的要求就是机组必须安全停下来。
5结束语
转速作为TSI监控系统一个非常重要的监控点，本论文试图从探头到探头信号进入检测器检测做了一个系统的分析，旨在强调一种检修思路：只要了解从单点到系统设备测控原理以及方案，这样才能较准确地分析出故障原因。