【主机培训】汽轮机TSI、ETS、DEH系统介绍
发电运行之家
一、汽轮机的TSI、ETS、DEH系统的区别？
TSI系统能连续地监测汽轮机的各种重要参数（属于监测系统），例如：可对转速、超速保护、偏心、轴振、盖（瓦）振、轴位移、胀差、热膨胀等参数进行监测，帮助运行人员判明机器故障，使机器能在不正常工作引起的严重损坏前遮断汽轮发电机组，保护机组安全。
ETS即汽轮机危急遮断系统（属于保护系统），它接受来自TSI系统或汽轮发电机组其它系统来的报警或停机信号，进行逻辑处理，输出指示灯报警信号或汽轮机遮断信号。
因此，在大型机组中，监测和保护系统（TSI和ETS）是非常重要的。它不仅可以提高劳动生产率和电能质量，还能降低发电成本，改善劳动条件，并为大型机组的安全、经济运行提供了可靠的保证。
DEH是指数字电调系统，主要功能为汽轮机转速控制；自动同期控制;负荷控制；参与一次调频；机、炉协调控制；；快速减负荷；主汽压力控制；单阀控制、多阀控制；阀门试验；汽轮机程控启动；OPC控制；甩负荷及失磁工况控制；与DCS系统实现数据共享；手动控制。跳闸信号需要传输给ETS实现保护。
简单的说即：TSI主要采集汽机重要监测信号，属于保安范畴；ETS主要用于汽轮机跳闸；DEH主要控制汽轮机的负荷和转速，DEH属于调节范畴，信号只发给伺服阀；TSI的信号一般通过硬接线输出到ETS和DEH，汽机跳闸信号通过DEH和TSI输出到ETS，它们引起的最终汽机跳闸必须通过ETS。
二、TSI系统简介
TSI系统测量参数包括：1、零转速；2、键相；3、相对振动（轴振）；4、绝对振动（轴承振动或瓦振）；5、轴向位移（串轴）；6、相对热膨胀（胀差）；7、绝对热膨胀（缸胀）；8、轴弯曲（偏心）。
1、零转速: 本厂共两个零转速探头（一用一备），主要用在汽机转速到零时投盘车的连锁以及对大机转速的精确监测，一般可精确到小数点后两位。与汽机3000转时的其他转速探头区别在于灵敏度不同，而且作用也不同，该探头不带保护。当一个零转速探头故障时可迅速投入另一备用探头以达到盘车时转速的精密监视，安装在汽机机头主油泵与推力轴承之间位置。热工测点一般通过220V UPS电源给卡件供电，卡件经内部转换后给前置器供给24V电源，前置器与探头通过线路连接，探头将测量的各种信号通过前置器反馈给卡件再传递到TSI系统。
图-1 汽轮机转速探头
2、键相：键相装在汽机机头，键相位又叫相位参考。本厂键相有一个探头，安装在汽轮机机头主油泵一侧。
键相测量就是通过在被测轴上设置一个凹槽称为键相标记。当这个凹槽转到探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲，轴每转一周，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期的位置。因此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速，通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定出振动的相位角，用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。键相位的作用有4个：
第1个作用是测量转速，主要是用在变频驱动的设备上；
第2个作用，设备启动时或停止时，都要过临界转速（刚性轴除外），使用键相位配合轴振动探头，可以完美的捕捉到启动/停止时的振动趋势；
第3个是正常使用时检测转轴的轴向扭曲，因为这种异常会导致转轴彻底报废，虽然很少发生！但是由于这种变形根本无法在普通的轴振动探头单独体现出来，这个叫相位角测量；
第4个作用是可以配合轴振动探头获取，转轴的实时轴心位置，分析轴承扰动或涡流。
在TSI中键相主要用作测量机组偏心使用。
图-2 汽轮机键相
3、振动：轴振共14个测量探头，分别对应1—7瓦的X向和Y向，测量的是大轴相对于轴瓦的振动，探头安在油管里。反馈电压量程为（-4—-20）V，振动越大反馈电压将向着-20方向变大。
瓦振共7个测量探头，每个轴瓦一个探头测点，反馈电压同轴振相同（-4— -20）V，测量的是轴瓦相对于地面的振动。瓦振测点不需要输入电压，直接装在汽缸上，测量的振动转换成电压信号直接传递到卡件中。
图-3 汽轮机轴振探头测点
图-4 轴向位移就地测点
汽轮机轴向位移测点探头共四个，两个安装在机头，两个安装在机尾。
汽轮机胀差探头安装在盘车位置，共两个探头，汽缸绝对膨胀一个探头。
TSI监测的振动、轴向位移、胀差、转速等带保护的数据通过装置自动判别后以开关量的形式送到ETS执行跳机。
三、危急遮断系统
危急遮断系统ETS(Emergency Trip System）是汽轮机紧急跳闸系统，是汽轮机在紧急情况下的保护系统。当汽轮机运行时，被监测的各项参数有任意一项或多项达到跳闸条件时，将使危急遮断电磁阀动作，迫使汽轮机安全油(AST油压)泄压，从而在最短的时间内关闭各个进汽阀门，使汽轮机紧急停机，保护汽轮机的安全。
图-5 ETS系统框图
ETS 停机信号：1 、 EH油压低；2、 润滑油压低；3 、 真空低； 4 、 电超速保护；5 、轴振大保护；6 、轴向位移大保；7、差胀大保护；8、高排压力高保护；9、高排压比低保护；10、 高排温度高保护；11、 锅炉MFT动作；12 、发电机保护；13、 DEH失电跳机。
其中，EH油压低、润滑油压低、真空低压力开关装在机头左侧，开关量保护动作送至ETS跳机。机组振动、轴向位移、胀差通过TSI监测系统输出开关量至ETS跳机。电超速包括DEH超速和ETS超速，动作转速均为110%额定转速。DEH超速探头（3个）在主机前箱，接受现场转速探头来的转速信号送给专门的转速卡件，转速超过110%额定转速经内部逻辑处理三取二后输出信号至ETS柜，再去动作现场的AST电磁阀。
ETS超速探头（3个）安装在盘车位置，当转速超过110%额定转速送给ETS柜子专门的转速处理卡件，输出开关量至PLC卡件，PLC在三取二处理后送到就地AST电磁阀跳机。PLC就是ETS的控制器，各跳机的开关量信号送至ETS后再通过PLC逻辑判断而跳机。
ETS有一块液晶显示操作面板,它对ETS信号进行监视、分析、报警，运行人员可以通过操作面板进行在线试验。操作面板通常安装在控制室或ETS机柜内，操作面板通常有以下三类画面：
1、操作员试验盘
2、输入信号状态
3、首出信号报警
图-6 ETS实验画面
图-7 ETS信号状态画面
图-8 ETS首出遮断报警画面
危急遮断系统的主要执行元件由一个带有四只自动停机遮断电磁阀（AST）和两只超速保护控制阀（OPC）的危急遮断控制块、隔膜阀、空气引导阀和几只压力开关组成。
1、四只AST电磁阀
正常运行时，他们是被通电励磁关闭，从而封闭了自动停机危急遮断母管上的抗燃油泄油通道，使所有蒸汽阀执行机构活塞下腔的油压能够建立起来。当电磁阀失电打开，则总管泄油导致所有汽阀关闭而使汽轮机停机。AST电磁阀是组成串并联布置，这样就有多重的保护性。每个通道中至少一个电磁阀打开，才可导致停机。同时也提高了可靠性，四只电磁阀中任意一个损坏或误动都不会导致停机。
2、OPC电磁阀
OPC电磁阀是超速保护控制电磁阀，他们是受DEH控制器的OPC部分所控制。正常运行时，这两个电磁阀是不带电常闭的，封闭了OPC总管油压的泄油通道，使调节汽阀和再热调节汽阀的执行机构活塞下腔能够建立起油压，一旦OPC控制板动作，这两个电磁阀就被通电开启，使OPC母管油压泄放。这样执行机构上的卸荷阀快速开启，使调节汽阀和再热调节汽阀关闭。
3、危急遮断控制块
该控制块主要功能是为自动停机危急遮断与超速控制母管直接提供接口。控制块上面装有6个电磁阀（4个AST电磁阀，两个OPC电磁阀），内部有两只单向阀，控制块内加工了必要的通道，以连接各元件。所有孔口或为了连接内孔而钻通的通孔，都用螺塞塞住，每个螺塞都用“O”型圈密封。
4、两个单向阀
两个单向阀安装在自动停机危急遮断（AST）油路和超速保护控制（OPC）油路之间，当OPC电磁阀通电打开，单向阀维持AST的油压，使主汽门和再热主汽门保持全开，当转速降到额定转速OPC电磁阀失电关闭，调节阀和再热调节阀开启。当AST电磁阀动作，AST油路油压下跌，OPC油路通过两个单向阀油压也下降，将关闭所有的进汽阀而停机。
5、隔膜阀
隔膜阀连接着润滑油（低压安全油）系统和EH油（高压安全油）系统，其作用是当润滑油压降到较低时，可通过EH油系统遮断汽轮机。
隔膜阀装于前轴承座的侧面，当汽轮机正常运行时，润滑油通入隔膜阀内隔膜上面的腔室中，克服了弹簧力使阀保持在关闭位置。堵住EH危急遮断油母管通向回油的通道，使EH系统投入工作。
机械超速遮断机构或手动超速实验杠杆的单独动作或同时动作，均能使隔膜阀上部的润滑油压消失，因而使压缩弹簧打开隔膜阀阀门把EH危急遮断油排到回油管，AST安全油迅速失压将关闭所有进汽阀。
6、空气引导阀
空气引导阀安装在汽轮机前轴承座旁边，该阀用于控制供给气动抽气逆止阀的压缩空气。该阀由一个油缸和一个带弹簧的青铜阀体组成，油缸控制阀门的打开，而弹簧提供了关闭阀门所需的力。
当OPC母管有压力时，油缸活塞向外伸出，空气引导阀的提升头便封住“通大气”的孔口，使压缩空气通过此阀进入抽气逆止阀的通道，打开抽气逆止阀。
当OPC母管失压时，该阀由于弹簧力的作用而关闭。提升头封住了压缩空气的出口通路，截留在到抽气逆止阀去的压缩空气经“通大气”阀口排放，这使得抽气逆止阀快速关闭。
四、汽轮机DEH调节控制系统
DEH全称为汽轮机数字电液控制系统 (Digital Electric Hydraulic control system)。汽轮机数字电液调节系统的主要任务就是调节汽轮发电机组的转速、功率，使其 满足电网的要求。汽轮机控制系统的控制对象为汽轮发电机组， 它通过控制汽轮 机进汽阀门的开度来改变进汽流量，从而控制汽轮发电机组的转速和功率。在紧急情况下，其保安系统迅速关闭进汽阀门，以保护机组的安全。汽轮机数字电液控制系统DEH 分为电子控制部分和液压调节保安部分。
图-9 330MW汽轮机DEH控制画面
DEH液压控制系统主要包括：供油系统、伺服油动机、保安系统。主要完成下述功能:
A)、向各阀门油动机提供符合要求的高压动力油(14MPa);
B)、驱动各阀门并使高压调节阀门能够停止在需要的位置;
C)、当需要时能够快速遮断汽轮机进汽。
DEH的供油系统功能是提供高压抗燃油，并由它来驱动伺服执行机构，该执行机构响应从电子控制器来的电响应信号，以调节汽机各蒸汽阀门开度，这种高压抗燃油是一种三芳基磷酸酯，具有良好的抗燃性能和流体稳定性。
由不锈钢油箱、两台变容量柱塞泵、两台电机、滤油器、冷油器、加热器、蓄能器、液位计、油再生装置及必备的监视仪表组成。
各个蒸汽阀的位置是由各自的执行机构来控制的，抗燃油压力使汽门开启，弹簧力使汽门关闭。执行机构上的液压油缸与控制块连接，在控制块上装有隔离阀，快速卸载阀和逆止阀。
没有伺服阀的执行机构仅能控制阀门的全开或全关，高压抗燃油从节流孔进入油缸活塞的下部腔室，此腔室内的油压是由快速卸载阀控制的，以使该腔室中的油压逐渐建立并开启阀门，当汽机打闸后快速卸载阀动作，汽阀在弹簧作用下快速关闭。有厂中主门无伺服阀。
带有伺服阀的执行机构可以将汽阀控制在任意的中间位置上，成比例地调节进汽量以适应需要。高压油经过一个10μm的滤网供给伺服阀，该伺服阀接受来自伺服放大器的阀位信号，从而控制执行机构的位置。
EH油系统中有压回油与无压回油的区别？
调节系统中执行机构的回油经有压回油母管、DP、两个并列的回油冷油器以及单独管路上设置的弹簧式过压阀来保持油压，当压力超过过压阀的油压时有压回油回到油箱。无压回油经DV1和DV2两个回油母管直接回油箱。
机组正常运行时无压回油母管中的回油为AST危急遮断油经两个节流孔板后的排油。有压回油是指机组运行中油动机正常调整的泄油及机组跳闸后油动机的泄油。保护动作后要求动作迅速，汽门关闭严密，所以泄油不能形成压力，故直接回EH油箱，这就是无压回油。而有压回油可以增加油动机开启时的阻力，提高了稳定性，减少了汽门的摆动，同时还能防止高压油对油管道的冲击。
图-11 伺服阀工作原理
图-12 伺服阀工作原理
上图中，Ps为供油，R为回到油箱的回油，C1、C2为与油动机相连接的供回油口，△PL为阀芯两侧的压差。
当伺服阀无电信号时，挡板置于中间位置，△PL等于零。当输入一个电信号至力矩马达，使挡板发生偏转，阀芯两侧的压差△PL不为零，导致阀芯产生位移，则供油及回油通过各自的孔道流入或者流出油动机。当油动机的动作使LVDT的反馈信号与阀位指令信号趋向一致。此时，作用在力矩马达上的电流消失，挡板在喷嘴作用下回到中间位置，滑阀两端的压差为零，滑阀就在反馈针的作用下回到原始位置，直到输入另一个信号电流为止。
图-13 主汽阀油动机的原理图
图-14 伺服阀本体结构图
LVDT即线性位移差动变送器，是一种电气机械式传感器，它产生与其外壳位移成正比的差动电信号。它由三个等跨分布在圆筒形线圈架上的线圈所组成，一个磁铁芯固定在油动机连杆上,此铁芯是沿轴向在线圈组件内移动，并且形成一个连接线圈的磁力线通路，中央的线圈是初级的，它是由交流中频电进行激励的。这样，在外面的二个线圈上就感应出电压。这二个外面的线圈（次级）是反向串接在一起的，因而次级线圈的二个电压相位是相反的，变压器的净输出是此二个电压的差。铁芯的中间位置，输出为零，这就称作零位。零位是机械地调整在油动机行程的中点。LVDT的输出是交流的，它必须由一解调器进行整流，以便与要求的油动机位置信号相加。
