Tiêu chuẩn hóa độ rung của các tổ máy tuabin hơi

Xem xét các quan điểm về mặt công nghệ khi lựa chọn các thuật toán bảo vệ theo mức độ rung giới hạn của các gối trục. Đề xuất phân loại bốn kiểu theo mức độ cứng vững. Khuyến nghị thuật toán tổ hợp, có tính đến thông số độ rung của các gối trục và trục. Nêu kinh nghiệm thực hiện bảo vệ các tổ máy tuabin hơi bằng thiết bị ALMAZ - 7010 của hãng DIAMECH 2000.

Kết luận của Hội thảo khoa học kỹ thuật toàn Liên bang Nga “Vấn đề rung, hiệu chỉnh độ rung, theo dõi độ rung và chẩn đoán rung các thiết bị nhà máy điện” tổ chức năm 2005 nêu rõ rằng cần phải đưa vào chương trình nâng cao độ tin cậy của các thiết bị ở các nhà máy điện những biện pháp về trang bị các hệ thống kiểm tra độ rung bằng các hệ thống hiện đại, nâng cao chất lượng kiểm tra, theo dõi, phân tích và hiệu chỉnh độ rung cho các tổ máy tuabin hơi và đảm bảo các chức năng bảo vệ các tổ máy tuabin để các ổ trục không bị rung (tốc độ rung) quá mức cho phép. Các nhà máy điện và các hãng cung cấp thiết bị kiểm tra đo lường cảm thấy lúng túng khi lựa chọn các thuật toán về theo dõi và bảo vệ, điều này liên quan đến việc diễn đạt kém rành mạch những vấn đề đó trong các văn bản hiện hành của ngành năng lượng Liên bang Nga. Hãng DIAMECH đã tiến hành phân tích các văn bản nói trên và cả của các nước xung quanh, các khuyến nghị của các chuyên gia về rung thuộc Liên hiệp Cổ phần “Hệ thống điện thống nhất Liên bang Nga” (LHCP HTĐTN) và công văn của vụ Tổng thanh tra về vận hành các nhà máy điện và lưới điện thuộc LHCP HTĐTN liên quan đến bảo vệ chống rung. Các văn bản trên đều thống nhất về các giới hạn đánh giá tình trạng rung: Cho phép vận hành khi trị số hiệu dụng của tốc độ rung (vrhd) dưới 4,5 mm/s, vận hành với thời gian hạn chế với vrhd tới 7,1 mm/s và bắt buộc ngừng tổ máy khi vrhd đạt 11,2 mm/s. Trong tất cả các văn bản đều dự kiến về định vị các đột biến của tốc độ rung hiệu dụng và quan điểm chung là: các đột biến cần được chú ý nếu nó xảy ra trên hai hướng của một gối đỡ hoặc trên các gối đỡ liền kề hoặc trên các gối đỡ của một roto. Đồng thời nhân viên vận hành phải tự “làm rõ nguyên nhân” và khi cần thiết phải ngừng tổ máy đến “ngừng khẩn cấp”. Không có những chỉ dẫn nhất quán về sự cần thiết phải đưa bộ bảo vệ chống đột biến về độ rung vào hoạt động. Theo tất cả các văn bản trên, các xu thế chậm chạp của tốc độ rung hiệu dụng ở mức 2 mm/s trong thời gian 1-3 ngày đêm đều cần phải ghi chép lại, không đưa bảo vệ vào hoạt động. Tuy nhiên quan điểm đánh giá các xu thế rung trong các văn bản trên lại khác nhau. Thí dụ theo một văn bản thì khi đánh giá những thay đổi độ rung cần phải đối chứng các chế độ được so sánh (rõ ràng là theo phụ tải, độ chân không, trạng thái nhiệt độ, thời gian duy trì ở chế độ đó, v.v.), điều đó ngay cả khi có hệ thống kiểm tra và chẩn đoán rung tự động hóa với việc áp dụng các thông số công nghệ thì về mặt thuật toán là rất phức tạp. Trong một văn bản khác lại không có quy định về các chế độ so sánh với nhau, điều này tạo điều kiện đơn giản hóa việc kiểm tra. Theo văn bản này, không phụ thuộc vào trạng thái tổ máy, khi thay đổi đều tốc độ rung hiệu dụng ở mức 2 mm/s trong 1-3 ngày đêm thì cần phải giảm tải tổ máy. Trên thực tế, sự cần thiết của việc giảm tải đó là do nhân viên vận hành xác định. Cũng trong văn bản đó không có quy định như được nêu trong văn bản đầu tiên – đó là việc ghi chép xu thế của tốc độ rung hiệu dụng khi nó tăng đến mức  3 mm/s không phụ thuộc vào thời gian của những sự thay đổi. Quy định này cũng đơn giản hóa bài toán đối với các thuật toán của hệ thống tự động hóa kiểm tra và chẩn đoán rung. Với rung tần số thấp, văn bản thứ nhất không cho phép vận hành tổ máy với tốc độ rung hiệu dụng ở mức 0,5 mm/s, còn theo văn bản thứ hai là ở mức 1 mm/s. Các thuật toán bảo vệ trong các văn bản chỉ thị Các văn bản nói trên chỉ ra rằng bảo vệ cần phải cắt tổ máy khi tốc độ rung hiệu dụng đạt tới 11,2 mm/s. Tuy nhiên thuật toán thực hiện đều không có trong cả hai văn bản đó. Một tài liệu khác cũng qui định không rõ ràng về hệ thống bảo vệ ở các nhà máy điện. Theo tài liệu này, bảo vệ phải tác động khi tốc độ rung hiệu dụng tăng cao trên hai gối trục của một roto hoặc trên hai gối trục liền kề, nhưng không thấy có bất kỳ sự giải thích thêm nào. Liệu điều đó có liên quan đến các đột biến về độ rung hoặc trị số giới hạn 11,2 mm/s hay không, trong tài liệu này cũng không được làm rõ. Do đó có thể kết luận rằng các thuật toán bảo vệ trong các văn bản hiện hành còn mập mờ, không có được sự rành mạch cần thiết. Điều đó thôi thúc cán bộ lãnh đạo các nhà máy điện đến mức độ là khi lắp hệ thống kiểm tra rung hiện đại phải đặt bảo vệ theo giới hạn của tốc độ rung hiệu dụng bằng 11,2 mm/s, với số lượng tối đa các điểm (tất cả các gối trục của tổ máy tuabin hơi theo tất cả các hướng) và đồng thời đưa vào bảo vệ thêm một chỉ tiêu nữa là đột biến về độ rung. Các quan điểm công nghệ khi lựa chọn thuật toán bảo vệ theo mức giới hạn độ rung gối trục Bảo vệ tự động kèm theo sa thải công suất gây ra những chế độ nguy hiểm trong hệ thống “lò hơi – tuabin”, trong đó có chế độ tổ máy quay vượt tốc (khi các van stop, van điều chỉnh và van một chiều không kín). Vì vậy việc ngừng tổ máy đúng trong phương thức bảo vệ đòi hỏi phải có căn cứ. Trước khi lựa chọn thuật toán bảo vệ tổ máy tuabin hơi theo mức giới hạn của độ rung trên các gối trục cần lưu ý rằng khi lắp ráp phương tiện thiết bị hiện đại, ngoài bản thân bảo vệ, còn cần đặt khối lượng lớn hệ thống tín hiệu, hệ thống này thông tin trước cho nhân viên vận hành về tình trạng rung khi: - Tốc độ rung hiệu dụng qua mức 4,5 và 7,1 mm/s của tất cả các thành phần rung trên gối trục (rung đứng, ngang, dọc trục); - Đột biến về độ rung; - Xu thế chậm; - Rung tần số thấp. Đưa vào bảo vệ quá mức cần thiết các điểm và các hướng kiểm tra rung, đặc biệt các điểm và các hướng dễ có thay đổi, có thể khiến nhân viên vận hành lo ngại tổ máy tuabin hơi bị ngắt không có căn cứ. Thành phần rung dọc trục của gối trục Ở nhiều tổ máy tuabin hơi, thành phần rung dọc trục của gối trục rất nhạy cảm với sự mất cân bằng, và đó là lý do vì sao các thành phần rung dọc trục của các gối trục, trực tiếp hoặc kết hợp phức tạp với các thành phần rung đứng và rung ngang, được đưa vào hệ thống bảo vệ. Trong khi đó có nhiều nguyên nhân về công nghệ làm tăng rung dọc trục khi mà các thành phần rung đứng và ngang chỉ ở chừng mực vừa phải. Đó là không cân bằng bậc cao (cấp 2, cấp 3), sai sót trong gia công khớp nối roto, kết cấu không đối xứng của gối trục theo chiều dọc trục, cộng hưởng cục bộ, hư hỏng gối trục, lật gối trục do biến dạng nhiệt, v.v. Vì vậy, có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến rung dọc trục, nhưng nguồn gốc đều là do các lực ngang trục kích thích tại các gối trục. Bởi thế khi có sự khống chế thường xuyên nhiều mức và tín hiệu độ rung tăng cao theo hướng dọc trục trong khi độ rung ngang trục chỉ ở mức vừa phải, đã có thể phải ngừng tuabin theo đúng quy trình, nếu xuất hiện sự cần thiết như vậy. Máy kích từ Máy kích từ là thành phần quan trọng trong hệ thống trục nhưng có nhiều điều kiện tiên quyết để đưa các gối trục của máy kích từ ra khỏi thiết bị bảo vệ, một số điều kiện tiên quyết đó được trình bày sau đây: 1. Giải pháp kết cấu của máy kích từ loại hệ thống “khung - đệm - tấm nền” có những chỗ không chặt, khó khắc phục, những chỗ này lâu ngày sẽ dẫn tới tăng độ rung trên các gối trục. 2. Nhược điểm thường gặp nhất là hiện tượng cộng hưởng trên các gối trục của máy kích từ theo hướng dọc trục được bù bằng việc lắp đặt bộ phận giảm chấn ở các nhà máy điện Lâu ngày sẽ xuất hiện sự rối loạn của bộ phận giảm chấn (thí dụ lỏng bộ phận bắt giữ chặt), bộ phận này không hoạt động và độ rung tăng cao. Nếu các gối trục của máy kích từ được đưa vào thiết bị bảo (vệ) thì tổ máy tuabin hơi sẽ bị cắt vô căn cứ. 3. Ở nhiều tổ máy, ghép nối giữa roto của máy phát điện và máy kích từ không đủ tin cậy, dẫn đến tăng độ rung. Quá trình trên kéo dài trong thời gian dài, và không phải là bất ngờ. Chúng được kiểm soát bằng hai cấp tín hiệu: Khi tốc độ rung hiệu dụng vượt các trị số 4,5 và 7,1 mm/s; khi đạt tới trị số 11,2 mm/s tổ máy có thể phải cho ngừng theo quy trình. Việc không đưa gối trục của máy kích từ vào thiết bị bảo vệ, trong khi vẫn duy trì một tập hợp đầy đủ về kiểm soát độ rung các gối trục của máy và tín hiệu về các mức tốc độ rung hiệu dụng là 4,5; 7,1; 11,2 mm/s và kể cả các thuật toán về các đột biến, xu thế chậm và rung tần số thấp, là có căn cứ về mặt công nghệ. Vậy điều gì còn lại trong thiết bị bảo vệ về mức độ rung tăng cao? Sau khi xét đến các vấn đề nêu trên, trong thiết bị bảo vệ còn giữ lại bảo vệ các gối trục của roto xilanh cao áp, xi lanh trung áp, xilanh hạ áp và máy phát điện. Đồng thời tất cả mọi gối trục của tổ máy được đặt dưới sự kiểm soát của bốn thuật toán tín hiệu, theo các mức tốc độ rung hiệu dụng là 4,5 và 7,1 mm/s, các đột biến, các xu thế, độ rung tần số thấp. Thuật toán bảo vệ theo mức giới hạn rung trên gối trục Các văn bản chỉ thị nêu trên không đưa ra những khuyến nghị nhất quán cho các nhà máy điện về lựa chọn thuật toán bảo vệ theo mức giới hạn về tốc độ rung hiệu dụng. Dưới đây trình bày các thuật toán bảo vệ phổ biến nhất và các đặc tính của chúng. Thuật toán thứ nhất - Nhạy cảm. Bảo vệ phải tác động khi tốc độ rung hiệu dụng tăng cao theo một thành phần rung (thẳng đứng hoặc nằm ngang) của bất kỳ gối trục nào của tuabin và máy phát điện trước, tốc độ rung hiệu dụng dưới 11,2 mm/s. Thuật toán dễ dàng thực hiện trên thiết bị. Nhược điểm của thuật toán này là sự ngừng tổ máy vô căn cứ khi độ rung tạm thời tăng cao trong các chế độ quá độ “khởi động - ngừng” tổ máy. Thí dụ khi “kẹt” gối trục và sau đó độ rung tăng “đột biến”, “lật nhào” gối trục dẫn đến khe hở giữa gối trục và tấm nền, tạm thời giảm độ cứng và khi có sự sai sót thiết bị của một trong các kênh rung khi không có những thay đổi trong các kênh khác. Vì vậy thiết bị bảo vệ theo một kênh là không tin cậy theo quan điểm vận hành, bởi vì nó có thể dẫn tới việc cắt tổ máy vô căn cứ. Thuật toán thứ hai - Mềm mại. Bảo vệ phải tác động khi tốc độ rung hiệu dụng của một thành phần rung (thẳng đứng hoặc ngang) của bất kỳ gối trục nào tăng lên tới 11,2 mm/s và khẳng định tốc độ rung hiệu dụng của thành phần khác của chính gối trục đó hoặc gối trục bên cạnh tăng lên tới 7,1 mm/s. Thuật toán thứ ba – Cứng (không nhạy). Bảo vệ phải tác động ngay tức khắc khi tốc độ rung hiệu dụng tăng lên tới 11,2 mm/s theo hai hướng của một gối trục hoặc bất cứ thành phần nào (đứng hoặc nằm ngang) trên hai gối trục của roto hoặc trên hai gối trục liền kề. Thuật toán thứ tư - Cứng vừa phải. Bảo vệ phải tác động ngay tức khắc khi tốc độ rung hiệu dụng tăng lên tới 10 mm/s theo hai hướng của một gối trục hoặc bất cứ thành phần nào (đứng hoặc ngang) trên hai gối trục của roto hoặc trên hai gối trục liền kề. Thuật toán thứ tư do Hội đồng chuyên gia về rung của Liên hiệp Cổ phần “Hệ thống điện thống nhất Liên bang Nga” đề xuất. Từ các thuật toán trình bày trên, thuật toán lý tưởng là thuật toán khi thực hiện một mặt không bỏ qua sự gia tăng độ rung thực sự nguy hiểm, mặt khác nó lại không được cực đoan đòi hỏi cắt tổ máy theo cách “cưỡng chế”. Thuật toán không chuẩn có thể gây lo lắng cho nhân viên vận hành một cách không cần thiết, khiến họ nghi ngờ thiết bị, và kết cục, có thể dẫn đến tự họ cắt thiết bị bảo vệ ra khỏi vận hành. Kinh nghiệm thực hiện các thuật toán trên  thiết bị ALMAZ-7010 Thiết bị này đã thực hiện nhiều thuật toán khác nhau. Những tổ hợp mà khi hội đủ những điều kiện của chúng thì thiết bị bảo vệ phải tác động là rất đa dạng. Các phương án thuật toán đã được đề xuất trên cơ sở các khuyến nghị của các chuyên gia vận hành nhà máy điện. Một số thuật toán xuất phát từ các đặc tuyến của tổ máy tuabin hơi trên cơ sở các hệ số ảnh hưởng về động lực. Hàng loạt các thuật toán đã được xây dựng trên cơ sở các sự cố tuabin và phân tích những thay đổi độ rung trong những trường hợp đó. Các thuật toán “mềm” và “cứng” là phổ biến hơn cả. Chúng được lựa chọn trên cơ sở các quyền ưu tiên của nhà máy điện: Lưu tâm hơn tới độ rung (độ tin cậy) hoặc giảm số lần ngừng sự cố và thực hiện biểu đồ điều độ phụ tải. Điều đó được xác định bởi mức độ hoàn thiện về kết cấu của tổ máy tuabin hơi: Kết cấu và trạng thái kỹ thuật càng hoàn thiện, thì càng giảm các nguyên nhân gia tăng độ rung một cách bất thường và có thể chấp nhận thuật toán nhạy cảm hơn cho thiết bị bảo vệ. Đối với các tổ máy tuabin hơi mà trong quá trình khởi động và nâng công suất, do những nhược điểm về kếu cấu hoặc tình trạng kỹ thuật kém, thường có khuynh hướng thay đổi độ rung trong dải rộng, thuật toán “cứng” hơn (kém nhạy cảm) là phù hợp cho thiết bị bảo vệ, bởi vì nếu không, tổ máy sẽ liên tục bị ngừng sự cố.

Theo: KHCN Điện số 5/2009

Related Posts by Categories