Das TSI-System (Turbine Supervisory Instrumentation) dient als wichtigste Sicherheitsbarriere für Dampfturbineneinheiten; Wichtige Schutzfunktionen – wie die Überwachung der axialen Verschiebung, der Wellenvibration, der Differenzausdehnung, der Drehzahl und der Wellenexzentrizität – basieren vollständig auf den von TSI-Sonden erfassten Signalen. Probleme wie falsche Sondenabstandseinstellungen, lockere Montagehalterungen oder mangelhafte Verkabelungspraktiken können zu Messwertabweichungen und häufigen Fehlalarmen führen oder in schweren Fällen zu ungeplanten Geräteausfällen führen. Fachleute für Temperaturkontrollinstrumente wissen genau, dass es beim Schutz der Einheit keine trivialen Fragen gibt: Die Stabilität der Haupteinheit hängt von der Stabilität der TSI-Messpunkte ab. Alle wichtigen Überwachungs-, Verriegelungs- und Auslöseschutzfunktionen für die Dampfturbine basieren auf TSI-Sonden. Letztendlich sind viele Probleme vor Ort – darunter Fehlalarme, Signalschwankungen und Anomalien des Schutzsystems – auf ungenaue Installationsabstände, nicht kalibrierte Nullpunkte, unsichere Montage oder nicht standardmäßige Installationspraktiken zurückzuführen.
I. Installation der Axialverschiebungssonde (Kernschutz für die Haupteinheit)
Die Überwachung der axialen Verschiebung verfolgt die relative axiale Position zwischen Rotor und Gehäuse, um Reibung zwischen rotierenden und stationären Teilen zu verhindern. Es handelt sich um eines der Schutzsysteme auf höchstem Niveau für Dampfturbinen.
Vor der Installation muss eine umfassende Sondenkalibrierung durchgeführt werden: Prüfung auf physische Schäden und Überprüfung der Integrität der elektrischen Isolierung. Die Linearität muss auf einem Prüfstand mit einer Messuhr überprüft werden, und die 4–20-mA- und 0–10-V-Ausgänge sowie die Alarm- und Auslöserelais-Betätigungszustände müssen überprüft werden, um eine gute Linearität sicherzustellen.
Standards für die Installation vor Ort: Doppelsonden werden auf derselben Seite der Hauptwelle installiert, die dem Niederdruckgehäuse zugewandt ist. Sondenspezifikationen: Φ14 mm; Empfindlichkeit: 3,937 V/mm; Näherungsstromversorgung: -24 V. Der Abstand zwischen Sonde und Druckring muss weniger als 305 mm betragen, um Messverzerrungen durch thermische Ausdehnung zu vermeiden.
- Messbereich: -2 mm bis +2 mm (kalter Zustand).
- Installationsspannung: -9,75 ± 0,2 V.
Die Dual-Probe-Auslöselogik nutzt eine „UND“-Konfiguration, um Fehlauslösungen durch Einzelpunktausfälle wirksam zu verhindern.
II. Installation der Absolutexpansionssonde
Während des Anfahrens, Abschaltens und Lastwechsels einer Dampfturbine führen Temperaturschwankungen im Gehäuse zu einer Wärmeausdehnung. Wenn die Gleitkeile klemmen oder die Ausdehnung ungleichmäßig ist, können Risiken wie Gehäusekippen, ungewöhnliche Fundamentbelastungen und eine Fehlausrichtung der Welle entstehen.
Zwei LVDT-Absolutausdehnungssensoren werden im kalten Zustand des Geräts installiert; Sie werden auf speziellen Halterungen montiert und ihre Kerne sind fest mit dem Gehäuse verbunden.
Die Gehäuseausdehnung bewirkt die Verschiebung des Sensorkerns und erzeugt ein lineares elektrisches Signal. Nach der Verarbeitung durch die Leiterplatte wird ein Standardsignal von 4–20 mA ausgegeben, um den Gesamtstatus der Gehäuseausdehnung in Echtzeit zu überwachen. Der Installationsnullpunkt muss mit der Nullmarke der Waage übereinstimmen.
III. Installation der Differentialausdehnungssonde im Hoch- und Niederdruckgehäuse
Unter Differenzausdehnung versteht man den Ausdehnungsunterschied zwischen Rotor und Gehäuse.
Der Rotor hat eine geringe Masse, erwärmt sich schnell und erfährt eine erhebliche Ausdehnung, wohingegen das Gehäuse eine hohe Masse hat und sich langsam erwärmt; Folglich sind ihre Expansionsraten nicht synchronisiert. Wenn die differenziellen Ausdehnungsgrenzen während des An- oder Abfahrens überschritten werden, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass es zu Reibung zwischen rotierenden und stationären Teilen (oder einem Kontakt zwischen Rotor und Stator) kommt. Installationsparameter – Sondenspezifikation: Φ25-mm-Wirbelstromsonde
- Empfindlichkeit: 0,8 V/mm
- Messbereich: -2 mm bis 10 mm
- Standard-Nullpunktspannung (zum Generator hin eingebaut):
- Differenzielle Hochdruckausdehnung (HP): -11,10 V
- Differentialausdehnung bei niedrigem Druck (LP): -3,80 V
Branchenkonvention: Die Rotorausdehnung zur Generatorseite hin wird als positive Richtung der Differenzausdehnung definiert, was eine einheitliche Überwachung und Trendanalyse erleichtert.
IV. Installation von Drehzahl- und Stillstandssonden
Die Drehzahl ist ein zentraler Parameter für die Steuerung von Dampfturbinen. Die Nullgeschwindigkeitserkennung wird hauptsächlich für die Verriegelung des Drehgetriebes während des Abschaltens verwendet, um ein Durchbiegen des Rotors aufgrund statischer Ruhe zu verhindern.
Technische Parameter
- Messbereich: 0–5000 U/min
- Betätigungswert bei Nullgeschwindigkeit: <4 U/min
- Hochgeschwindigkeitsalarm: 3240 U/min
- Sondenabstand: 0,8–1,0 mm (kalibriert mit einer Fühlerlehre)
Dem Zahnrad gegenüber sind zwei magnetische Induktionssonden installiert; Drehzahl wird über Pulsfrequenz berechnet:
Drehzahl = Pulsfrequenz ÷ Zähnezahl * 60
Wenn die Geschwindigkeit der Einheit unter die Nullgeschwindigkeitsschwelle fällt, schaltet sich das Drehgetriebe automatisch ein, um eine kontinuierliche langsame Drehung des Rotors aufrechtzuerhalten.
V. Installation von Lagerdeckel-Vibrationssonden (Lagerschalenvibration).
Der Lagerschalen-Vibrationssensor erfasst Vibrationsgeschwindigkeitssignale vom Lagergehäuse; Diese werden gefiltert und integriert, um sie in Spitze-zu-Spitze-Schwingungsverschiebungswerte umzuwandeln und so den Gesamtschwingungspegel des Lagers zu überwachen.
Vor der Installation ist eine Kanalkalibrierung erforderlich. Es wird ein Standardsignal eingegeben, um zu überprüfen, ob die Schleife ordnungsgemäß funktioniert, und so eine genaue und zuverlässige Messung sicherzustellen.
VI. Installation von Wellenschwingungssonden (kritisch)
Wellenvibrationsmesspunkte liefern die empfindlichsten und direktesten Daten zur Diagnose von Wellensystemfehlern.
An jedem Lager der Einheit (Nr. 1 bis Nr. 6) sind zwei Wirbelstromsonden mit einem Durchmesser von 8 mm (Empfindlichkeit: 7,87 V/mm) installiert.
Die beiden Sonden sind im 90°-Winkel zueinander und im 45°-Winkel zur horizontalen Ebene positioniert und überwachen Vibrationen in X- bzw. Y-Richtung. Installationsstandards
- Standardlückenspannung: -9,75 ± 0,2 V
- Entsprechender physischer Abstand: Ca. 1,2 mm
Stellen Sie sicher, dass der Betrieb unter allen Bedingungen innerhalb des linearen Bereichs der Sonde bleibt.
Praxiserfahrung: Geringfügige Schwankungen des Wellenschwingungsnullpunkts sind zwar zulässig, eine präzise Nullpunktkalibrierung verbessert jedoch die Genauigkeit der anschließenden Fehleranalyse deutlich.
VII. Installation von Wellenexzentrizitätssonden
Die Exzentrizität überwacht die Durchbiegung des Rotors und ist ein kritischer Parameter, der vor dem Start überprüft werden muss. Das Rollen der Turbine ist strengstens untersagt, wenn die Exzentrizität die Grenzwerte überschreitet. Standard-Einbaulückenspannung: -10 V.
Keilphasensonden dürfen nicht direkt gegenüber der Keilnut installiert werden.
Schlüsselzeigersignale liefern außerdem Schwingungsphasendaten für die Spektrumanalyse und Fehlerdiagnose.
VIII. Allgemeine Installationsvorkehrungen für TSI-Sonden (unverzichtbar für Außendienstpersonal)
- Verdrehen Sie das Anschlusskabel nicht, um die Sonde festzuziehen
Halten Sie den Sondenkörper/die Plattform beim Festziehen mit einem Schraubenschlüssel fest; Das Verdrehen des Signalkabels ist verboten. Die feine interne Verkabelung von Wirbelstromsonden ist anfällig für versteckte Schäden, die während des Betriebs zu unregelmäßigen Signalspitzen oder zeitweiligen Verbindungsfehlern führen können – Probleme, die äußerst schwer zu beheben sind.
- Kabel müssen ordentlich gebündelt und sicher befestigt sein
Stellen Sie sicher, dass die Anschlüsse fest eingesteckt sind und die interne Verkabelung so organisiert ist, dass Abrieb, Spannung oder Erdungsgefahr vermieden werden.
- Die Sondenfläche muss senkrecht zur Zieloberfläche stehen
Maximaler Neigungswinkel ≤ 1°; Verkippungen führen direkt zu Linearitätsfehlern und Messungenauigkeiten.
- Genaue Ausrichtung für Weg- und Differenzausdehnungssonden
Richten Sie die Sondenmitte auf die Mitte des Zielflansches aus (oder leicht nach außen versetzt), um eine effektive Messung unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen.
IX. Häufige Inbetriebnahmefehler und Standard-Abhilfemaßnahmen
- Nullpunktverschiebung bei differenzieller Expansion bei hohem/niedrigem Druck
Ursachen: Lockere Sonde, Verschiebung der Halterung aufgrund von Vibration, Verschiebung der Wellennullposition oder ungleichmäßige Zylindertemperatur.
Abhilfe: Überprüfen Sie die Temperatur des Niederdruckzylinders, ziehen Sie die Sondenhalterung fest, kalibrieren Sie die Standard-Nullpunktspannung neu und sichern Sie die Position des Messpunkts.
- Kontinuierlicher Anstieg der axialen Verschiebung (ansteigend auf ±0,89 mm)
Führen Sie sofort eine umfassende Inspektion durch: Überprüfen Sie die Gerätelast, die Temperaturen des Haupt- und Zwischenerhitzungsdampfes, das Kondensatorvakuum, die Temperaturen der Drucklagersegmente, unterschiedliche Ausdehnungstendenzen, lokale akustische Kontrollen, Lagervibrationen und die Abgastemperatur. Koordinieren Sie sich mit dem I&C-Personal, um die Instrumentierung zu überprüfen und die Betriebsbedingungen umgehend anzupassen, um eine Auslösung des Schutzsystems zu verhindern.
- Abnormale Vibrationen überschreiten die Grenzwerte (Kriterien der „roten Linie“ der Einheit)
Vor dem Aufwärmen bei mittlerer Geschwindigkeit: Wenn die Lagervibration > 0,03 mm ist, schalten Sie das Gerät sofort ab.
Bei kritischer Geschwindigkeit: Wenn die Lagervibration > 0,1 mm oder die Wellenvibration > 0,254 mm ist, erzwingen Sie eine Auslösung; Es ist strengstens verboten, die kritische Geschwindigkeit zu überschreiten. Reduzieren Sie stattdessen die Geschwindigkeit und führen Sie eine Aufwärmphase durch.
Priorisieren Sie die Überprüfung des Schmieröldrucks, der Öltemperatur und der Wasserstofftemperatur. Beurteilen Sie das Risiko einer Reibung des Wellensystems oder einer Durchbiegung des Rotors.
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