汽轮机安全监测系统tsi课件

汽轮机安全监测系统课件TSI第一章汽轮机安全监测系统概述汽轮机安全的重要性核心设备地位安全监测系统的使命汽轮机是火力发电站和核电站的心脏设备将热能转化为机械能再转化为安全监测系统犹如汽轮机的守护神小时不间断监测机组运行状态在,,24,电能它在高温高压环境下高速旋转运行任何微小的异常都可能引发连异常发生的第一时间发出预警并在危急时刻果断执行保护动作将事故消,,,锁反应导致设备损坏、人员伤亡甚至大面积停电事故灭在萌芽状态,一台大型汽轮机的造价高达数亿元其安全稳定运行直接关系到电网供电,可靠性和企业经济效益汽轮机安全监测系统定义与功能转速监测轴向位移监测油压监测实时监测转子转速防止超速飞车事故检测转子轴向窜动保护推力轴承监控润滑油和调节油压力确保供油正常,,,振动监测温度监测分析轴承振动特征预防机械故障监测轴承、油温等热力参数,系统通过多参数协同监测构建全方位安全防护网实现实时报警与自动保护双重保障在故障萌芽阶段即启动干预有效防止设备损坏和人身伤害事故,,,,的发生主要保护装置介绍123危急遮断器ETS磁力断路油门低油压保护装置核心功能超速保护及紧急停机的最后一道核心功能多参数异常时的快速切断装置核心功能润滑系统故障时的自动停机保护:::防线监测轴向位移、真空度、润滑油压等关主油泵压力低于设定值时启动备用油泵••机械式离心飞锤结构当转速超过额定值键参数•,压力进一步下降至危险值时触发停机•时自动动作110%通过电磁铁控制油路瞬间切断调节蒸汽•,保护轴承免受润滑不足导致的烧损•快速切断主蒸汽和调节蒸汽实现紧急停•,动作时间小于秒响应迅速•

0.2,机具有自保持功能需手动复位才能重启•,独立于电气控制系统可靠性极高•,配备手动跳闸拉杆可人工触发紧急停机•,汽轮机主机结构与关键监测点分布汽轮机保护系统的组成现场监测设备控制系统人机界面各类传感器实时采集运行参数及冗余设计确保可靠运行触摸屏实现监控与操作PLC转速传感器磁电式霍尔式双热备冗余配置实时参数显示与趋势曲线•/•CPU•位移传感器电涡流式高速信号处理单元报警信息提示与记录•••压力变送器保护逻辑运算模块保护投退控制界面•••热电阻热电偶冗余通讯网络历史数据查询分析•/••执行机构电磁阀、伺服阀不间断供电远程访问与诊断••UPS•第二章核心监测参数与保护逻辑转速监测与超速保护超速保护原理危急遮断器工作机制汽轮机正常运行转速为电网或电危急遮断器采用纯机械式离心原理由安装在主轴上的飞锤、弹簧、脱扣机构等组3000rpm50Hz3600rpm60Hz,网当负荷突然甩失时蒸汽做功未能及时调节转子会迅速加速可成当转速超过设定值时,,,:能在数秒内达到危险转速飞锤在离心力作用下克服弹簧力向外甩出

1.保护阈值设定:推动脱扣杆解除保持机构

2.•一次调频动作:额定转速+3%3090rpm

3.主汽门和调门在弹簧力作用下快速关闭切断蒸汽供应实现紧急停机超速保护动作额定转速

4.,•OPC:+9%3270rpm危急遮断动作额定转速•ETS:+10-11%3300-3330rpm轴向位移监测0102监测原理异常原因采用电涡流式传感器非接触测量转子相对于汽缸的轴向位置变化传感器轴向位移超限通常由推力轴承磨损、平衡活塞密封泄漏、动静部分摩擦、安装在推力轴承附近对准转子轴向推力盘表面蒸汽力突变等原因引起严重时可能导致动静碰摩事故,,0304保护逻辑信号处理设置两级保护一级报警位移提示运行人员注意二级跳闸位移系统采用双通道冗余测量经滤波、线性化处理后送入进行逻辑判断:±

0.3mm;,PLC自动停机防止事故扩大采用二取二表决方式避免单点故障导致的误动或拒动±

0.5mm,,润滑油压力与温度监测润滑油压力监测轴承温度监测监测点布置监测方案::主油泵出口压力正常每个径向轴承布置个热电阻•

0.12-

0.15MPa•2-4Pt100各轴承进油压力推力轴承上下瓦各布置个测温点••2顶轴油压力启停机用油箱回油温度监测••调节油压力用于调节系统冷油器进出口温度监测••保护动作逻辑温度限值::主油泵压力降至时自动启动备用油泵轴承温度正常值

1.

0.10MPa,•:40-65°C两台油泵运行压力仍低于时发出预警一级报警巴氏合金轴承

2.

0.08MPa,•:75°C压力降至以下时触发低油压保护停机二级报警跳闸

3.

0.06MPa,•/:85-90°C交流润滑油泵失电时直流事故油泵自动投入回油温度超过时检查冷却系统

4.,•65°C润滑系统是汽轮机的血液循环系统油压异常或温度超限都可能在短时间内造成轴承烧毁、轴颈拉伤等严重后果监测系统通过多参数协同分析能,,够及时发现润滑系统的潜在隐患振动监测与异常诊断振动监测系统报警与保护趋势分析与诊断在每个轴承座水平和垂直方向各安装一设置两级保护阈值振动值时一系统记录振动数据的时域波形和频域频:7mm/s个振动传感器速度式或加速度式实时级报警振动值时二级报警并谱通过分析识别不同故障特征不平,;11mm/s,FFT:监测轴承座振动烈度测量范围自动停机对于大型机组还监测轴振动衡、不对中、轴承磨损、动静碰摩、油0-,精度轴相对于轴承的振动膜振荡等实现故障早期预警25mm/s,±5%,现代振动监测系统已从简单的幅值报警发展到智能诊断能够通过振动特征识别故障类型和严重程度为检修决策提供科学依据实现从事后维修到预知,,,维修的转变真空度监测真空系统的重要性保护措施凝汽器真空度直接影响汽轮机的经济性和安全性正常运真空度监测采用真空压力变送器连续测量信号送入和系统双重监视:,DCS TSI行时凝汽器应维持在至绝压,-

0.09-

0.096MPa4-10kPa保护动作逻辑:的高真空状态真空度低于绝压时发出报警•-

0.065MPa35kPa真空度下降会导致:真空度低于绝压时触发真空低保护•-

0.045MPa55kPa,排汽温度升高•磁力断路油门动作快速关闭调节汽门•,低压缸末级叶片过负荷•同时联锁关闭主汽门实现安全停机•,机组效率显著降低•对于及以上大型机组还设置真空低联锁减负荷功能在真空度缓慢下降时自动降300MW,,严重时引起叶片断裂•低机组负荷避免直接跳机,保护系统逻辑框图该流程图完整展示了从现场传感器信号采集、信号调理处理、逻辑运算判断、保护PLC动作输出到执行机构响应的全过程图中标注了各环节的响应时间、冗余配置方案以及人工干预节点清晰呈现了保护系统的多层防护机制和快速响应能力,第三章现代控制系统在汽轮机安全监PLC测中的应用探索可编程逻辑控制器技术如何革新汽轮机保护系统实现更高的可靠性、灵活性和智能,化水平引领电站自动化技术的发展方向,控制系统优势PLC️高可靠性⚡快速响应采用工业级处理器和冗余设计平均无故障时间超过万小时扫描周期可达毫秒级保护动作时间高速计数器模块可实现转,MTBF10,,50ms远高于继电器系统双热备配置单点故障自动切换系统可用性达速信号的实时捕捉输出响应延迟小于满足快速保护要求CPU,,,5ms,以上

99.99%灵活编程强大功能采用标准编程语言梯形图、结构化文本等保护逻辑清晰内置调节、数据记录、趋势分析、报表生成等功能支持复杂的IEC61131-3,PID易懂可在线修改程序快速适应工艺调整需求无需改动硬件接线逻辑运算和数学运算可实现智能诊断算法丰富的通讯接口实现与,,,、等系统的无缝集成DCS MIS经济高效易于扩展减少硬件接线和维护工作量降低全生命周期成本模块化设计便于扩采用开放式架构和标准通讯协议可方便地增加新的监测点和保护功,,展和升级保护用户投资远程诊断功能减少现场维护次数能支持与上位机系统、故障诊断专家系统等集成构建智能化,SCADA,保护平台系统结构示意PLC12冗余CPU模块数字量输入模块采用双CPU热备方案,主CPU处理所有逻辑运算和I/O扫描,备用CPU实时同步运行状态主CPU故障时,备用CPU在一接收开关量信号如保护开关位置、极限开关等采用光电隔离技术,隔离电压2500VAC,有效防止现场干扰输入延个扫描周期内通常10ms无扰切换,确保保护功能不间断时可调1-50ms,滤除抖动信号•处理器:32位RISC架构,主频1GHz•输入点数:16/32点/模块•内存:256MB RAM,支持大规模程序•输入电压:24VDC/110VDC/220VAC可选•通讯:双冗余背板总线,带宽100Mbps•响应时间:5ms34模拟量输入模块数字量输出模块采集温度、压力、位移、振动等模拟信号16位A/D转换精度,测量误差±

0.1%支持电压0-10V、电流4-控制电磁阀、继电器等执行机构采用继电器或晶体管输出,继电器输出适合大功率负载,晶体管输出适合频繁动作场20mA、热电阻、热电偶等多种信号类型合具有短路保护和状态指示功能•输入通道:8/16通道/模块•输出点数:16/32点/模块•转换时间:100μs/通道•输出容量:2A/点继电器,

0.5A/点晶体管•隔离方式:通道间隔离•响应时间:10ms继电器,1ms晶体管56冗余通讯网络电源模块采用ControlNet或Profinet等工业以太网,实现与HMI、DCS的通讯冗余环网拓扑,单点断线不影响通讯支持OPC为PLC系统提供稳定可靠的直流电源输入220VAC或110VDC,输出24VDC冗余配置,单电源故障不影响系统运UA协议,便于与第三方系统集成行具有过压、欠压、过流保护功能•网络速度:100Mbps全双工•输出功率:120W-240W•网络拓扑:冗余环网/星型•效率:85%•切换时间:50ms•保持时间:20ms掉电后人机界面HMI功能核心功能模块

1.实时监控显示•主画面显示机组运行状态总览•关键参数数字显示和棒图显示•设备状态用颜色区分正常/报警/跳闸•动画模拟汽水流程和设备运行

2.趋势曲线功能•实时趋势:显示最近1-24小时的参数变化•历史趋势:查询任意时段的历史数据•多参数叠加显示,便于关联分析•曲线缩放、移动、标注功能

3.报警管理

5.数据管理•实时报警窗口,优先级分类显示•SOE事件顺序记录功能,精度1ms保护逻辑软件设计信号采集与处理对模拟量信号进行滤波、线性化、工程量转换对数字量信号进行防抖处理采用中值滤波或滑动平均滤波抑制干扰保证信号质量,冗余信号表决对于关键参数如转速、轴位移采用三选二或二取二表决逻辑当多个传感器测量值差异超过设定偏差时报传感器故障警告提高系统可靠性,,,保护逻辑判断采用梯形图编程实现各项保护功能每个保护项设置独立的投退开关可单独控制逻辑中包含延时、记忆、闭锁等功能块防止误动作,,保护动作输出保护动作信号通过与门逻辑最终输出到跳闸回路采用一票否决原则任一保护动作均可触发跳闸设置手动复位环节防止自动重启:,事件记录与分析记录所有开关量变位时间分辨率跳闸追忆功能记录跳闸前秒、后秒的所有模拟量和开关量为事故分析提供依据SOE,1ms3010,软件质量保证程序开发遵循功能安全标准经过严格的模块测试、集成测试和现场联调采用版本管理所有修改留有记录定期进行保护传动试验验证逻辑正确性:IEC61508,,,典型保护动作流程演示异常检测1传感器检测到参数异常如振动值突然升高至8mm/s,信号经过模拟量输入模块转换后送入PLC系统进行信号有效性判断和冗余表决,确认异常真实存在预警报警2参数超过一级报警值7mm/s,PLC输出报警信号HMI画面闪烁提示,同时触发声光报警运行人员接到报警后,查看参数趋势,判断异常原因,采取应对措施如降负荷观察保护判断3振动值持续上升并超过二级报警值11mm/s且延时3秒未恢复,满足保护动作条件PLC中的保护逻辑程序启动,进行最后的闭锁条件检查如保护未投退、系统无故障等跳闸动作4PLC输出跳闸命令到数字量输出模块,驱动跳闸电磁阀动作电磁阀使磁力断路油门失电,调节汽门快速关闭;同时触发危急遮断器,主汽门关闭汽轮机蒸汽供应被切断,开始惰走停机事件记录5系统自动记录跳闸时间、原因、动作的保护项目以及跳闸前后的所有运行参数生成跳闸报告,包括故障发展过程、各保护的动作顺序SOE、关键参数趋势曲线等,为后续事故分析提供完整数据故障处理6运行人员根据记录信息分析故障原因,联系检修人员处理如检查轴承、转子等故障消除并确认后,手动复位保护系统,按照启动程序重新启动机组整个保护过程从异常检测到跳闸动作完成,通常在数秒内完成,有效防止了设备损坏和事故扩大,体现了现代保护系统快速、准确、可靠的特点控制柜与触摸屏现场应用PLC左侧为控制柜采用标准英寸机柜内部安装有模块、模块、电源模块、接PLC,19,CPU I/O线端子等柜体具有良好的屏蔽和散热设计适应电厂恶劣环境右侧为工业触摸EMC,屏寸高亮显示屏支持手套触控操作防护等级可在高温、高湿、强振动环境,15-21,,IP65,下稳定运行案例分享沈阳新北热电厂汽轮机保护系统应用:系统配置•ControlLogix双冗余PLC,配置1769I/O模块•监测参数:转速×

2、轴位移×

2、振动×

8、油压×

4、温度×12等•PanelView Plus7触摸屏HMI,15英寸彩色触摸屏•ControlNet冗余通讯网络,与DCS系统集成•UPS后备电源,保证断电后30分钟运行运行效果系统可靠性:连续运行3年无误动作和拒动,可用率达

99.98%期间经历多次异常工况考验,保护系统均准确动作,未发生一起因保护问题导致的设备损坏事故故障预警能力:提前发现并处理潜在故障15起,包括轴承温度缓升、振动异常、油压波动等,避免了非计划停机通过趋势分析,优化了检修计划,由定期检修向状态检修转变项目背景沈阳新北热电厂2×200MW供热机组,采用Rockwell AB PLC构建的TSI汽轮机安全监测系统,于2018年投运

099.98%1530%误动作次数系统可用率预警故障数维护成本降低三年运行期间零误动,可靠性极高远超行业平均水平提前发现并处理的潜在故障相比传统继电器系统经济效益:系统投资回收期不到2年通过提高机组可靠性,减少非计划停机损失约500万元/年优化检修策略,降低维护成本30%提升自动化水平,减少运行人员劳动强度,改善人员配置相关标准与规范《电站汽轮机技术条件》《火力发电厂热工保护系统设计规程》标准号代替标准号代替:DL/T892-2021DL/T892-2004:DL/T5428-2023DL/T5428-2009主要内容主要内容::汽轮机本体技术要求和验收标准热工保护系统总体设计原则••保护系统配置的基本要求汽轮机保护的配置和整定要求••转速、振动、轴位移等参数的监测要求冗余设计、可靠性设计要求••危急遮断系统、自动主汽门、调节系统的技术规范保护逻辑设计规范••机组安全运行的技术条件和性能指标测量回路、执行回路的设计要求••系统试验、验收、维护的技术规定适用范围火力发电厂、核电站常规岛、工业用汽轮机•:适用范围新建、改扩建火电厂热工保护系统的设计:其他相关标准《电气电子可编程电子安全相关系统的功能安全》、《可编程控制器编程语言》、《火电:IEC61508//IEC61131-3GB/T13284厂热力设备性能验收试验规程》等国际和国家标准共同构成了汽轮机安全监测系统的标准体系,维护与运行管理要点定期校验记录管理传感器校验每半年校验一次转速、位移、压力、温度传感器确保测量精度使用标准运行日志记录每日巡检情况、参数变化、异常现象及处理措施建立电子档案便于查:,:,信号源或实物标准进行比对校准询和统计分析执行机构检查每季度对电磁阀、伺服阀进行动作试验检查动作灵活性和密封性测量报警分析对所有报警进行分类统计分析频发报警的原因制定改进措施建立报警知:,:,,阀门关闭时间应符合设计要求识库指导运行人员处理,,保护传动试验每月进行一次完整的保护传动试验模拟各种故障工况验证保护逻辑正故障档案详细记录每次故障的现象、原因、处理过程和防范措施积累经验教训:,,:,确性和动作可靠性人员培训制度建设岗位培训定期组织运行人员学习保护系统原理、操作规程和应急预案通过考核确保操作规程制定详细的保护系统操作规程明确各项操作的步骤、权限和注意事项严格::,人员掌握必要技能执行两票三制仿真培训利用仿真系统进行故障处理演练提高应急响应能力模拟各种异常工况训维护计划根据设备特点制定年度、月度维护计划合理安排检修时间保证检修质量:,,:,,练快速准确的判断和处理应急预案编制保护系统故障应急预案明确故障判断流程和处理措施定期演练确保应:,,,技术交流:组织与设备厂家、其他电厂的技术交流,学习先进经验,提升管理水平急响应快速有效未来发展趋势智能化监测1当前基于固定阈值的报警和保护:未来采用机器学习算法建立设备健康模型实现动态阈值和智能预警系统能:,,够自动学习正常运行模式识别异常模式在故障萌芽阶段即发出预警2故障诊断专家系统,,当前依赖人工经验判断故障原因:未来集成故障诊断专家系统基于大量历史案例和专家知识自动分析故障征兆预测性维护3:,,,给出故障类型、原因和处理建议缩短故障诊断时间提高准确率,当前定期维护或故障后维修:未来通过连续监测和趋势分析预测设备剩余寿命优化维护策略在最佳时机:,,4远程监控与云平台安排检修既避免设备意外故障又减少不必要的维护降低维护成本,,,当前本地监控信息孤岛:,未来通过工业互联网将多台机组的数据上传至云平台实现集团级集中监控设:,数字孪生技术5备厂家可远程诊断快速响应故障云平台汇聚海量数据支持大数据分析和行业,,对标当前实物设备与数字模型分离:未来建立汽轮机的数字孪生模型实时映射物理设备状态在数字空间进行仿真:,6人工智能辅助决策预测优化运行参数模拟故障场景指导实际操作实现虚实融合提升决策科学,,,,性当前人工分析和决策:未来引入算法自动分析海量运行数据发现隐藏规律优化控制策略助手:AI,,,AI为运行人员提供决策支持提高运行经济性和安全性逐步实现少人值守、无人,值守智能监测系统架构图中展示了未来智能化汽轮机监测系统的整体架构底层是现场传感器和边缘计算设备:,负责数据采集和初步处理中层是本地系统和实现实时监控和保护上层是云平;PLC HMI,;台进行大数据存储、分析和建模顶层是移动端和端实现远程访问和协同管理,AI;Web,整个系统通过工业互联网连接实现数据互通和智能协同,总结核心价值技术优势汽轮机安全监测系统是保障机组安全稳定运行的核心技术通过实时监现代技术的应用显著提升了保护系统的可靠性、灵活性和智能化水PLC测关键参数、准确判断异常状态、快速执行保护动作有效防止了设备平冗余设计确保单点故障不影响保护功能快速响应能力满足紧急停,,损坏和人身伤害事故是现代化电站不可或缺的安全屏障机要求灵活的编程方式适应工艺调整需求强大的数据处理能力支持复,,,杂诊断算法管理要求发展方向持续优化维护策略和升级技术手段是保障长期安全运行的关键建立完智能化、网络化、集成化是汽轮机安全监测系统的发展方向通过引入善的运行管理制度加强人员培训定期开展设备检查和功能测试及时消人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术实现从被动保护到主动,,,,除隐患紧跟技术发展趋势适时引入新技术新方法不断提升系统性预防、从经验判断到智能决策、从独立运行到协同管理的转变推动电,,,能站自动化水平迈上新台阶安全是电力生产的生命线我们要始终保持对安全的敬畏之心不断完善安全监测系统提高安全管理水平为电力供应可靠、企业经济效益、员工生命,,,安全提供坚实保障互动问答欢迎提出您的问题关于汽轮机安全监测系统您可能关心的问题,:如何选择合适的传感器和系统•PLC保护系统常见故障及处理方法有哪些•如何优化保护定值平衡安全性和可用性•,新技术如、数字孪生的应用前景如何•AI不同厂家设备的集成和兼容性问题如何解决•如何进行保护系统的升级改造•分享您的经验如果您在实际工作中遇到过有趣的案例或挑战欢迎与大家分享交流集,思广益共同进步,!参考文献与资料来源技术文献标准规范腾讯文库《汽轮机、、课件》危急遮断系统、超速《电站汽轮机技术条件》国家能源局电力行业标•ETS OPCASP-•DL/T892-2021-保护、自动主汽门技术详解准国际金属加工网《在汽轮机保护系统的应用》《火力发电厂热工保护系统设计规程》国家能•ABPLC-Rockwell•DL/T5428-2023-自动化解决方案案例源局电力行业标准百度百科《汽轮机保安系统》汽轮机保护系统基础知识《功能安全标准》国际电工委员会标准•-•IEC61508-《编程语言标准》国际电工委员会标准•IEC61131-3PLC-工程案例在线资源沈阳新北热电厂机组系统应用案例中国电力企业联合会官网技术资料•2×200MW TSI•国内多家电厂汽轮机保护系统运行经验总结北极星电力网技术专题••设备制造商、西门子、三菱日立等技术资料技术支持中心•GE•Rockwell Automation国家能源局标准化信息平台•以上资料为本课件的编制提供了坚实的技术支撑和理论依据在此表示感谢,谢谢聆听期待与您共同推动汽轮机安全监测技术进步联系方式后续培训安排如需进一步交流或咨询欢迎联系我们将持续开展系列技术培训,::技术支持热线初级培训系统操作与日常维护•:400-XXX-XXXX•:TSI电子邮件中级培训保护逻辑设计与故障诊断•:turbine-tsi@example.com•:技术交流群高级培训智能监测技术与系统优化•QQ:XXXXXXXX•:官方网站专题培训新技术应用与案例分析•:www.example.com•:具体时间和报名方式将通过邮件通知敬请关,注!安全源于责任技术成就未来让我们携手并进为电力行业的安全高效发展贡献力量,,!。