汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)防干擾分析

戚渝梅 俞驍 吉瑞 徐星

[摘? ? 要]在當(dāng)前的技術(shù)條件下，電廠所采用的汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)容易被外界各種因素所干擾，由此造成監(jiān)測(cè)結(jié)果的不穩(wěn)定性。只有在有效排除外界的干擾因素，才能夠準(zhǔn)確的對(duì)汽輪機(jī)本體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證機(jī)組能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。首先對(duì)VM600系統(tǒng)進(jìn)行介紹，并且對(duì)其系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析，之后從汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行介紹，從而著眼于汽輪機(jī)軸系在監(jiān)測(cè)中所面臨的干擾因素的分析，再對(duì)汽輪機(jī)軸系的振動(dòng)監(jiān)測(cè)進(jìn)行防干擾的對(duì)策研究。

[關(guān)鍵詞]汽輪機(jī)軸系監(jiān)測(cè);TSI系統(tǒng);防干擾

[中圖分類號(hào)]TK267 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–00–02

Analysis of Anti-interference of Turbine Shaft Vibration Monitoring System

Qi Yu-mei，Yu Xiao，Ji Rui，Xu Xing

[Abstract]Under the current technical conditions， the signal of the turbine shaft vibration monitoring system adopted by the power plant is easily disturbed by various external factors， which causes the instability of the monitoring results. Only when external interference factors are effectively eliminated， can the main body of the steam turbine be accurately monitored to ensure the safe and stable operation of the unit. Therefore， the VM600 system is introduced first， and its system characteristics are analyzed， and then the steam turbine shafting vibration monitoring system is introduced， so as to focus on the analysis of the interference factors faced by the steam turbine shafting in the monitoring， and then the steam turbine shafting Vibration monitoring for anti-interference countermeasures.

[Keywords]steam turbine shafting monitoring; TSI system; anti-interference

本文所界定的汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)是指能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下分析設(shè)備振動(dòng)方面的故障并判斷設(shè)備的損傷程度。因此，本文所研究的汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，是保障設(shè)備和人員安全的重要組成部分。

1 VM600系統(tǒng)介紹

VM600系統(tǒng)分為主控與就地兩部分，位于主控室機(jī)柜內(nèi)的VM600系統(tǒng)接收就地傳感器送出的4～20 mA或0～10 V的信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理送至盤臺(tái)TSI系統(tǒng)顯示，同時(shí)通過(guò)硬接線送出至DEH和ATC報(bào)警系統(tǒng)。

主控部分：VM600系統(tǒng)框架主要包含6通道輸入模塊MPC4卡件、16通道輸入的CMC16卡件、用于框架顯示、組態(tài)和通訊CPU-M卡和RPS6U的電源卡。

VM600系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)在于它使用的是MPC4卡，在MPC4卡4+2的4個(gè)通道中每個(gè)通道都可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，通過(guò)跳線以及軟件設(shè)置為絕對(duì)振動(dòng)、相對(duì)振動(dòng)、復(fù)合振動(dòng)、軸向位移以及缸脹、差脹等信號(hào);而另外兩個(gè)通道可以單獨(dú)設(shè)定為轉(zhuǎn)速和鍵相，基本上汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)所有的模擬量參數(shù)只需通過(guò)卡件跳線和較為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)軟件設(shè)置后便能夠進(jìn)行處理。CMC卡件則在接收MPC4進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后通過(guò)軟件組態(tài)為汽輪機(jī)提供軸心軌跡和頻譜分析等實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

就地部分主要有：渦流探頭+前置器+同軸延長(zhǎng)電纜、LVDT探頭、速度探頭等傳感器，通過(guò)就地端子箱將信號(hào)傳輸至主控TSI系統(tǒng)機(jī)柜。

2 汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

2.1 汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本運(yùn)行原理

在汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，軸系振動(dòng)分為軸振和瓦振兩個(gè)部分，現(xiàn)場(chǎng)軸振的渦流探頭分別位于大軸各個(gè)軸瓦的左右45°，瓦振探頭位于Y側(cè)，與軸振的Y側(cè)探頭位置并排裝在一起。軸振探頭為電渦流傳感器，可以利用電渦流效應(yīng)測(cè)量金屬表面與探頭之間的變化。前置器中的振蕩器為探頭線圈提供一個(gè)高頻穩(wěn)幅的交流信號(hào)，產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，當(dāng)金屬被測(cè)面接近這個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電渦流。瓦振探頭是由一個(gè)帶有電極的壓電元件，內(nèi)分低端與高端。將低端部分緊貼軸瓦蓋，而高端加一重塊，當(dāng)振動(dòng)時(shí)元件則會(huì)反復(fù)壓縮和拉伸，產(chǎn)生電荷，并通過(guò)電荷放大器加積分電路將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變成與運(yùn)動(dòng)速度成正比的電壓信號(hào)。

2.2 汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)

汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有以幾個(gè)方面的特點(diǎn)：①監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠全部采用智能技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，具有監(jiān)測(cè)過(guò)程穩(wěn)定和較強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)顯示直觀。②直接振動(dòng)測(cè)量部分具有高速數(shù)據(jù)采集和處理、自動(dòng)識(shí)別和消除干擾的功能。③監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采用的模型具有良好的響應(yīng)性和自適應(yīng)性。④系統(tǒng)采用雨流法能夠在一定程度上簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)分析，如疲勞損傷分析、載荷歷程、應(yīng)變、局部應(yīng)力以及循環(huán)計(jì)數(shù)。⑤對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行永久性維護(hù)，便于重復(fù)分析。⑥系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行各種操作，無(wú)需操作員干預(yù)。

3 電子干擾源對(duì)系統(tǒng)的干擾

3.1 造成TSI系統(tǒng)擾動(dòng)的干擾源

3.1.1 電源干擾

在核電廠有很多大型用電設(shè)備，如水泵、風(fēng)機(jī)、變頻器等，大型設(shè)備的啟停所引起的諧波等會(huì)影響其他控制設(shè)備的電源端。電源干擾諧波會(huì)通過(guò)TSI系統(tǒng)的電源回路進(jìn)入監(jiān)測(cè)卡件，直接影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，甚至造成測(cè)量卡件的損壞。

3.1.2 電磁耦合

TSI的電纜要從主控機(jī)柜側(cè)面穿過(guò)電纜間抵達(dá)汽輪機(jī)廠房，通過(guò)電纜橋架到達(dá)汽輪機(jī)側(cè)的接線箱。如果干擾信號(hào)電纜并行敷設(shè)在同一橋架上，相當(dāng)于兩個(gè)電路之間有一個(gè)耦合磁場(chǎng)。干擾電壓經(jīng)過(guò)電磁耦合加到TSI的信號(hào)線上而產(chǎn)生干擾信號(hào)。

3.1.3 電阻耦合

當(dāng)測(cè)量導(dǎo)線與前置器供電導(dǎo)線之間出現(xiàn)絕緣不良，二者之間會(huì)產(chǎn)生漏電電流造成干擾，直接影響測(cè)量結(jié)果。

3.1.4 共模干擾

共模干擾主要是信號(hào)對(duì)地的電位差，由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓疊加所形成。共模干擾的狀態(tài)并不會(huì)影響系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果。如果共模干擾通過(guò)不對(duì)稱電路則可轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，通過(guò)空間電磁場(chǎng)疊加在信號(hào)上，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，還有可能造成元器件損壞。如果接地處理不當(dāng)，會(huì)可能造成共模干擾。

3.1.5 電磁干擾

根據(jù)電渦流傳感器的原理，傳感器附近的磁場(chǎng)變化將直接影響測(cè)量結(jié)果，無(wú)線電廣播、對(duì)講機(jī)、移動(dòng)電話、電臺(tái)、甚至發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)都可能會(huì)對(duì)傳感器造成電磁干擾，出現(xiàn)測(cè)量和計(jì)算的誤差。

3.2 汽輪機(jī)軸系的干擾因素剖析

（1）現(xiàn)場(chǎng)電纜接地：用兆歐表測(cè)量電纜的絕緣，檢查是否接地。

（2）延長(zhǎng)電纜接地：需要檢查所延長(zhǎng)的電纜的外觀，如果發(fā)現(xiàn)延長(zhǎng)的電纜有破損，需進(jìn)行更換或絕緣處理，并重新對(duì)所延長(zhǎng)的電纜進(jìn)行固定并且考慮是否需要改變電纜的方向，避免再發(fā)生同類問(wèn)題。

（3）電纜敷設(shè)不合理、不規(guī)范：應(yīng)檢查電纜布線情況，同一電纜橋架上有無(wú)電力電纜;周圍有無(wú)大型啟停設(shè)備的電纜。

（4）機(jī)柜接地不規(guī)范：檢查機(jī)架設(shè)備、機(jī)柜接地情況;檢查是否存在多點(diǎn)接地情況。

（5）就地端子箱內(nèi)部其他干擾：檢查就地端子柜內(nèi)有無(wú)其他干擾。

（6）電纜接地母排是否可靠：檢查接地母排至接地箱的接地母線是否牢固可靠。

（7）設(shè)備電源有無(wú)受到干擾：可以使用UPS獨(dú)立供電，檢查是否仍有干擾。

（8）發(fā)電機(jī)軸電壓引起的干擾：檢查8瓦軸振和瓦振探頭的底座有無(wú)絕緣墊，螺栓有無(wú)護(hù)套墊。

4 汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的防干擾設(shè)計(jì)

4.1 探頭延長(zhǎng)電纜外皮接地干擾的處理

渦流探頭與延伸電纜接頭處有可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)和滑移。如果出現(xiàn)松動(dòng)和滑移，應(yīng)檢查同軸電纜對(duì)接的接頭部分與汽輪機(jī)的金屬部分有無(wú)接觸，清洗對(duì)接頭中積聚的油和臟污，在清洗后采用耐油熱縮管收縮延長(zhǎng)電纜接頭。

4.2 軸系設(shè)備附近存在大的干擾源的處理

當(dāng)TSI監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)軸系報(bào)警后，就地確認(rèn)無(wú)實(shí)際振動(dòng)大，同時(shí)無(wú)溫度改變，則可以考慮出現(xiàn)的干擾時(shí)間段振動(dòng)超限的瓦塊附近有無(wú)大功率啟動(dòng)設(shè)備，同時(shí)檢查TSI電纜與大功率啟動(dòng)設(shè)備的電纜相距很近，如果有則考慮重新布置電纜。

4.3 機(jī)柜接地干擾的處理

檢查機(jī)柜接地情況，如果接地母排電阻大于2 Ω，則檢查接地電纜至接地箱之間的端子是否緊固，電纜是否有破損。檢查機(jī)柜與相鄰機(jī)柜的絕緣值，看其是否符合單端接地的要求。

4.4 TSI軸系設(shè)備內(nèi)部接地干擾的處理

對(duì)TSI系統(tǒng)單個(gè)通道接地端進(jìn)行檢查，是否符合電纜屏蔽單端接地的要求;檢查每個(gè)通道接地端與框架的接地端是否連通，檢查屏蔽電纜是否處于懸浮狀態(tài)。

5 TSI系統(tǒng)的抗干擾措施

TSI系統(tǒng)事故處理中，大多是電纜絕緣不好，或屏蔽層接地方法不正確，或探頭安裝人為因素等引起的潛在安全隱患。而這些因素都是可以在前期檢查和后期調(diào)試中發(fā)現(xiàn)排除，避免非計(jì)劃停機(jī)事故。

目前TSI系統(tǒng)電源進(jìn)線為兩路電源冗余，經(jīng)穩(wěn)壓電源模塊變成12 V或24 V直流為系統(tǒng)提供電源，穩(wěn)壓電源模塊本身具有良好的抗干擾特性。在機(jī)柜內(nèi)電源端子至框架的電源端子處也需做好屏蔽。當(dāng)懷疑電源干擾時(shí)，可以使用UPS電源直接接入TSI系統(tǒng)框架進(jìn)行檢查。

5.1 接地系統(tǒng)的處理

TSI系統(tǒng)機(jī)柜接地母排至接地箱的接地線截面積需大于50 mm2，機(jī)柜內(nèi)各通道的接地線至機(jī)柜的接地母排的截面積宜不小于25 mm2，接地電阻不應(yīng)大于2 Ω。系統(tǒng)線纜屏蔽采用機(jī)柜側(cè)單點(diǎn)接地，線纜總屏通過(guò)PE端子接入機(jī)柜接地母排，線纜分屏與卡件COM端相連，接入電氣地。線纜屏蔽接地是否正確可靠，直接關(guān)系到系統(tǒng)的抗干擾能力，在TSI系統(tǒng)中，大部分干擾信號(hào)都是通過(guò)“場(chǎng)”的方式進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)，只要線纜屏蔽可靠，完全可以隔斷這些干擾信號(hào)對(duì)TSI系統(tǒng)的影響。

5.2 加強(qiáng)管理和維護(hù)

主控室內(nèi)在運(yùn)行期間應(yīng)禁止使用對(duì)講機(jī)、手機(jī)等無(wú)線設(shè)備，防止對(duì)TSI系統(tǒng)造成干擾引起信號(hào)波動(dòng)。加強(qiáng)對(duì)TSI系統(tǒng)的巡檢，一旦發(fā)現(xiàn)信號(hào)波動(dòng)、卡件故障等情況，要對(duì)相應(yīng)信號(hào)做全面檢查，盡可能減少因TSI系統(tǒng)干擾所引起的非計(jì)劃停機(jī)停堆。

在機(jī)組大修期間，要對(duì)TSI系統(tǒng)做全面的檢查。探頭和前置器送有關(guān)單位校驗(yàn)，同軸電纜絕緣做全面檢查，卡件也必須由專業(yè)技術(shù)人員做全面校驗(yàn)，確?？臏?zhǔn)確性和可靠性。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析VM600系統(tǒng)的特點(diǎn)，汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行原理、系統(tǒng)特點(diǎn)，造成TSI系統(tǒng)擾動(dòng)的干擾源，以及汽輪機(jī)軸系的干擾因素;進(jìn)而得出了汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的防干擾應(yīng)用分析和TSI系統(tǒng)的抗干擾措施，從而有效地分析了汽輪機(jī)軸系振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行原理，并且提出了有效措施進(jìn)行系統(tǒng)外部干擾因素的控制，以期保證汽輪機(jī)軸有效安全的運(yùn)轉(zhuǎn)。

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