磁電式速度傳感器故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組跳機(jī)分析

孫京生，李國豪，甘智勇，王 坤，王梓越

（1.國網(wǎng)天津市電力公司，天津300010；2.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津300384）

天津市某臺汽輪發(fā)電機(jī)組，在帶負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)，突發(fā)異常振動(dòng)，造成保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。跳機(jī)檢查后檢查機(jī)組狀況并無明顯異常，再次起機(jī)后多次發(fā)生類似情況，造成較大損失。為弄清振動(dòng)故障原因，找出治理方法，防止類似事故再次發(fā)生，故對機(jī)組進(jìn)行跳機(jī)原因分析工作，最終發(fā)現(xiàn)了故障是由于磁電式速度傳感器故障導(dǎo)致的，本文將對故障的表現(xiàn)形式、排查過程、原因分析進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 故障的表現(xiàn)形式

1.1 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

故障機(jī)組采用的是青島捷能汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的C12-3.43/0.98 單缸抽汽式汽輪機(jī)，配以同公司生產(chǎn)的QFW-15-2 型發(fā)電機(jī)，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速3000 r/min，額定功率12000 kW。機(jī)組軸系示意圖如圖1 所示。

圖1 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系示意圖Fig.1 Schematic diagram of the turbine generator set shafting

汽輪機(jī)軸系監(jiān)測系統(tǒng)采用的電廠自主采購的國產(chǎn)某監(jiān)測系統(tǒng)。

1.2 表型形式

故障機(jī)組在帶負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)，突發(fā)#2 軸承垂直振動(dòng)突然增大，達(dá)到跳機(jī)保護(hù)動(dòng)作值，機(jī)組跳機(jī)。降速過程中，運(yùn)行人員就地采用手持振動(dòng)測試儀測試該軸瓦振動(dòng)正常。停機(jī)后檢查機(jī)組狀況正常，無引起振動(dòng)突然增大的條件，經(jīng)盤車后起機(jī)，后多次發(fā)生類似情況。

2 故障的排查過程

2.1 搭建振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)

故障汽機(jī)發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測工作采用在線連續(xù)采集、數(shù)據(jù)分析的方法進(jìn)行，使用美國本特利公司408P 振動(dòng)監(jiān)測分析系統(tǒng)，瓦振信號使用該公司9200 系列速度型振動(dòng)傳感器采集，并在#3 軸承處加裝了該公司300380 系列電渦流振動(dòng)傳感器，振動(dòng)信號其監(jiān)測分析系統(tǒng)示意圖如圖2 所示。

圖2 振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖Fig.2 Vibration monitoring system schematic

2.2 振動(dòng)監(jiān)測過程

針對故障機(jī)組存在的#2 軸承垂直振動(dòng)過大導(dǎo)致跳機(jī)的狀況，在起機(jī)前搭設(shè)振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采集的信號包括：

（1）#1 軸承垂直振動(dòng)、#1 軸承水平振動(dòng)、#2 軸承垂直振動(dòng)、#2 軸承水平振動(dòng)、#3 軸承垂直振動(dòng)、#3 軸承水平振動(dòng)、#4 軸承垂直振動(dòng)、#4 軸承水平振動(dòng)；

（2）引入電廠汽輪機(jī)軸系監(jiān)測系統(tǒng)自帶傳感器振動(dòng)信號；

（3）加裝#3 軸承電渦流軸傳感器。

在常規(guī)測試過程中未發(fā)現(xiàn)#2 軸承存在振動(dòng)異常情況，故采用縮短采樣間隔的方式進(jìn)行大密度采集，進(jìn)行了長達(dá)6 天的持續(xù)監(jiān)測，最終發(fā)現(xiàn)了振動(dòng)異常點(diǎn)。

2.3 振動(dòng)監(jiān)測結(jié)果及分析

調(diào)取監(jiān)測過程的趨勢圖如圖3 所示，左上為#2軸承垂直方向瓦振（本特利9200 測得），右上為#2軸承垂直方向瓦振（電廠某國產(chǎn)傳感器測得），左下為#3 軸承垂直方向瓦振（本特利9200 測得），右下為#3 軸承軸振（本特利電渦流傳感器測得）。

圖3 振動(dòng)監(jiān)測過程趨勢圖Fig.3 Vibration monitoring process trend diagram

由圖3 可知#3 軸承振動(dòng)狀況無明顯異常，本特利9200 測得#2 軸承振動(dòng)狀況無明顯異常，電廠某國產(chǎn)傳感器測得數(shù)據(jù)有明顯較大點(diǎn)，幅值為200 μm 以上，達(dá)到跳機(jī)保護(hù)值，足以引起跳機(jī)。而在其振動(dòng)大點(diǎn)的同一時(shí)間本特利9200 測得數(shù)值不大，與前后時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)基本一致。調(diào)取兩傳感器測得數(shù)據(jù)在該時(shí)間點(diǎn)的頻譜如圖4 所示，圖中上圖為本特利9200 傳感器測得頻譜，下圖為電廠某國產(chǎn)傳感器測得頻譜。

由頻譜圖可以看出，10 Hz 左右的振動(dòng)幅值是導(dǎo)致電廠某國產(chǎn)傳感器測得數(shù)據(jù)較大的直接原因，而本特利9200 在10 Hz 左右無明顯最大點(diǎn)，故電廠某國產(chǎn)傳感器在10 Hz 左右失真故障時(shí)導(dǎo)致電廠振動(dòng)大停機(jī)事故的直接原因。

3 故障原因分析

3.1 故障傳感器檢測結(jié)果

將故障傳感器置于振動(dòng)校驗(yàn)平臺上與標(biāo)準(zhǔn)傳感器進(jìn)行比對，在10 Hz 下比對結(jié)果如圖5 所示，圖中右上為標(biāo)準(zhǔn)傳感器、右下為故障傳感器。

圖4 振動(dòng)異常點(diǎn)頻譜圖Fig.4 Vibration abnormal point spectrum

圖5 振動(dòng)校驗(yàn)平臺測試結(jié)果Fig.5 Vibration calibration platform test results

由圖5 可以看出，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)傳感器示數(shù)為0.01 mm時(shí)，故障傳感器示數(shù)為0.15 mm，差距較大。

3.2 故障類型分析

故障傳感器為磁電式速度傳感器，磁電式慣性速度傳感器是一種把振動(dòng)物體的振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量的換能裝置，它是利用電磁感應(yīng)原理，在被測物體振動(dòng)時(shí)傳感器內(nèi)固定在慣性質(zhì)量上的線圈切割磁力線，得到正比于振動(dòng)速度的電勢，該電勢通過放大器放大，可測量被測物體的速度.經(jīng)過微分或積分網(wǎng)絡(luò)，便可測量加速度或位移.因此，此傳感器可廣泛地用于測量機(jī)床、發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶等試件的振動(dòng)位移、速度、加速度[1]。

磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)主要由永磁鐵、 慣性質(zhì)量、線圈、阻尼環(huán)、彈簧等組成.它的力學(xué)模型如圖6所示，工作時(shí)將傳感器外殼緊固于被測物體上，隨被測物體一起振動(dòng)。

圖6 磁電式速度傳感器力學(xué)模型Fig.6 Magnetoelectric speed sensor mechanical model

圖7為一般速度傳感器的頻響特性，從頻響特性曲線上可清楚地看出，20 Hz 以后基本上是平直段，可得到被試傳感器的固有頻率為11.45 Hz[2]。故當(dāng)振動(dòng)頻率接近傳感器固有振動(dòng)頻率時(shí)可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)欠阻尼導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)數(shù)10 倍誤差。

圖7 一般速度傳感器的頻響特性曲線Fig.7 Frequency response characteristic curve of general speed sensor

4 結(jié)語

由振動(dòng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)該汽輪發(fā)電機(jī)組跳機(jī)是某國產(chǎn)傳感器故障導(dǎo)致的，其故障主要原因?yàn)樗俣葌鞲衅髑纷枘釥顟B(tài)導(dǎo)致的頻響特性不佳，數(shù)十倍的誤差放大了10 Hz 附近的振動(dòng)幅值，導(dǎo)致振動(dòng)幅值超過跳機(jī)值引起跳機(jī)。故電廠在安裝汽輪機(jī)軸系監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)應(yīng)慎重考慮傳感器廠家及型號，除在選型時(shí)索要檢定報(bào)告外還需定時(shí)開展傳感器校驗(yàn)工作。