消除給水泵汽輪機振動監(jiān)視干擾的案例分析

徐朔文

（臺州發(fā)電廠，浙江 臺州 318016）

臺州發(fā)電廠9A和9B給水泵汽輪機軸承測振動采用飛利浦振動探頭，MMS6110（雙通道軸振動測量模塊）通過渦流傳感器測量軸的徑向振動。傳感器的輸出即模塊的輸入，代表傳感器前端到軸表面的間隙，信號由1個與靜態(tài)間隙成正比的靜態(tài)分量和1個與軸振動成正比的動態(tài)分量疊加而成。MMS6110模塊將每個通道信號的2個分量分離后，再根據(jù)組態(tài)中設(shè)置的工作模式將其轉(zhuǎn)換成標準信號輸出。

1 模塊工作原理

MMS6110是雙通道軸振動測量模塊，有2路獨立的渦流傳感器信號輸入，與之匹配的傳感器為德國EPRO公司生產(chǎn)的PR642X系列渦流傳感器和配套的前置器，也可使用其它廠家生產(chǎn)的同類型傳感器。輸入電壓為-1～-22 V。

渦流傳感器由探頭、延伸電纜、前置器等構(gòu)成。前置器產(chǎn)生的高頻電流通過延伸電纜流入探頭線圈，當被測金屬體表面靠近該線圈時，由于高頻電磁場作用，金屬表面就產(chǎn)生了感應(yīng)電流，即電渦流。該電流又會產(chǎn)生1個交變的磁場，磁場方向與線圈磁場方向相反，2個磁場的相互迭加改變了原線圈的阻抗。所以當探頭與被測金屬表面距離發(fā)生變化時，可通過探頭線圈阻抗的變化來測量。前置器根據(jù)探頭線圈阻抗的變化輸出與距離成正比的直流電壓。渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對汽輪發(fā)電機組的軸位移、振動、轉(zhuǎn)速、脹差的在線監(jiān)測和安全保護。但渦流傳感器是利用電磁場進行工作的，其輸出交流信號分量一般都是毫伏級，因此極易被干擾。

2 存在問題

在給水泵汽輪機的TSI（汽輪機安全監(jiān)測系統(tǒng)）監(jiān)測中，多次出現(xiàn)振動尖波。由于振動幅值是給水泵汽輪機的重要監(jiān)視保護參數(shù)之一，當尖波的幅值超過保護值時，就會導(dǎo)致給水泵汽輪機跳閘，因此必須查清振動尖波的原因并加以處理。

當出現(xiàn)振動尖波時，用手持式測振儀在給水泵汽輪機軸承處測量，發(fā)現(xiàn)就地振動未出現(xiàn)變化，給水泵汽輪機其他運行參數(shù)也正常，可以判定振動尖波并不是實際振動的反映，而是由干擾產(chǎn)生的。

一般現(xiàn)場測量控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因有：

（1）地環(huán)流干擾。在現(xiàn)場應(yīng)用中，儀器設(shè)備根據(jù)要求需要接地，9號給水泵汽輪機的振動探頭前置器側(cè)屏蔽線也應(yīng)接地，這樣，儀表接地與測量設(shè)備的接地點之間存在電勢差（即各設(shè)備的共地點不同），造成地環(huán)流干擾。當環(huán)流很大且超過一定數(shù)值時，會出現(xiàn)很高的共模噪聲電壓，并通過分布參數(shù)耦合到信號線或直接連接到電平信號線，產(chǎn)生很大的串模干擾，對測量有很大影響。這種干擾原因不明顯，要加以分析才能有效避免。

（2）人為干擾。電磁干擾產(chǎn)生的根本原因是導(dǎo)體中電壓和電流的變化速率，即較大的dU/dt或dI/dt能夠使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射。電子設(shè)備在工作時，由于導(dǎo)體的dU/dt或dI/dt產(chǎn)生電磁輻射，會發(fā)生干擾。在實際工作中，也曾出現(xiàn)由于在振動卡件附近使用電焊機等電氣工器具而導(dǎo)致測量出現(xiàn)尖波的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象由于比較直觀，容易分析原因，能夠及時避免。

3 對策及實施

干擾的三要素是干擾源、敏感源和耦合路徑。3個要素中缺少任意1個，電磁兼容問題就不存在，干擾就能被有效消除。因此要從這3個要素入手，找出最方便的解決辦法。一般來說，干擾源和敏感源無法解決，只能從耦合路徑著手。在對振動測量探頭及卡件進行充分檢查和分析后，采取了以下對策：

（1）將給水泵汽輪機的振動探頭前置器側(cè)屏蔽線浮空。

前置器側(cè)屏蔽線接地情況如圖1所示。測量探頭、MMS6110數(shù)據(jù)采集卡以及振動畫面顯示分別接地于A，B，C點。R1和R2為屏蔽電纜的導(dǎo)線電阻，R3和R4為連接線的導(dǎo)線電阻，Rx為振動探頭的內(nèi)阻。由于大地內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等都不均勻，所以大地上的任意點A和B間存在著電位差eAB，且其大小和方向隨時變化。如果干擾源加在A，B點上，則通過電纜電阻R2串聯(lián)到測量系統(tǒng)的輸入回路中，這個干擾信號與真正的信號源迭加后被送到測量放大電路，即MMS6110數(shù)據(jù)采集卡中進行放大。這種情況下，干擾是相當嚴重的，因為信號源ex本身通常很微弱，而A和B點間的干擾源eAB是隨時變化的，其大小不可預(yù)測，有時會遠遠超過信號源ex，干擾源eAB與信號源同時被送入數(shù)據(jù)采集卡進行放大后被采集，然后又被送至畫面顯示，這樣所得到的測量結(jié)果有可能完全失真，致使測量無效。由于eAB的不確定性，測量失真現(xiàn)象也具有不確定性。

圖1 前置器側(cè)屏蔽線接地等效電路

同樣，在B和C點間存在的干擾源eBC通過導(dǎo)線電阻加在電測量系統(tǒng)的輸出回路上，但干擾源eBC沒有被放大，而只是迭加到通過電測量放大電路過來、已被放大了數(shù)千倍的信號源ex上。因此，干擾源eBC所造成的測量誤差很小。

將9號給水泵汽輪機的振動探頭前置器側(cè)屏蔽線浮空后，取消了A點的接地，即可有效消除eAB的干擾。

（2）對必須接地的探頭連接點加裝絕緣套管，在不能加裝套管的地方則用絕緣膠帶做好絕緣。當連接點出現(xiàn)接地時，如圖2所示。

圖2 連接點接地等效電路

圖3 改造前后振動監(jiān)視曲線

當連接點接地時，連接電纜的金屬屏蔽網(wǎng)分別接在測量探頭和放大電路，即數(shù)據(jù)采集卡的兩端，這樣通過A和B點接地，干擾源eAB通過金屬屏蔽網(wǎng)、電阻R與大地組成回路，即在電纜金屬屏蔽中有干擾電流，通過金屬屏蔽網(wǎng)與電纜芯線的相互感應(yīng)作用，干擾源eAB被感應(yīng)到測量系統(tǒng)的輸入回路中，然后同時被送入測量放大回路進行放大。雖然這種干擾的影響遠小于前置器屏蔽線直接接地，但當干擾源eAB較大時，其干擾作用也不可忽視。所以消除接頭的接地非常重要，這樣才能有效避免干擾。

（3）保證接地良好。信號回路參考地必須唯一。原先的接地線接地不規(guī)范，出現(xiàn)了松動現(xiàn)象，接地電阻較大，抗干擾能力較差。進行接地線改造后，保證接觸良好，接地電阻小于0.5Ω。另外，在機柜內(nèi)加裝絕緣子,把信號地和保護地分開。

按上述對策進行改造后，清除了干擾，9號給水泵汽輪機振動監(jiān)視平穩(wěn)，改造前后振動監(jiān)視曲線如圖3所示。

4 結(jié)語

在給水泵汽輪機的振動監(jiān)視中，由于沒有做好抗干擾工作，出現(xiàn)不同原因的多點接地現(xiàn)象，導(dǎo)致多次出現(xiàn)測量不準確的情況。通過分析調(diào)查后，采取了有效措施，實現(xiàn)有效的單點接地，消除了干擾，給水泵汽輪機的振動監(jiān)視平穩(wěn)，能夠?qū)崟r有效地反映振動參數(shù)的變化。

[1]鐵道部科學(xué)研究院鐵道建筑研究所.振動測試和分析[M].北京：人民鐵道出版社，1987.

[2]李德荷，張元潤.振動測量與試驗分析[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.