振動測量儀表受雷擊干擾的原因分析及處理

張良軍

（國電浙江北侖第一發電有限公司，浙江 寧波 315800）

1 概況

北侖電廠3，4，5號機循環泵振動測量系統采用日本某公司生產的VM-5儀表，振動探頭為CV-861壓電式加速度傳感器。儀表安裝于DCS系統電子室，與主機TSI系統相鄰。循環泵振動測量單元通過通訊電纜與電動給水泵、汽動給水泵、給水泵汽輪機及主機TSI系統相連，測量信號通過串行通信送DCS系統。

3，4，5號機循環泵振動測量系統自2005年7月28日開始頻繁受到雷擊干擾，并表現出如下特點：

（1）雷擊瞬間，循環泵振動測量值瞬間躍升又馬上回落，同時觸發振動測量故障報警，雷擊干擾發生后振動測量卡件無異常。

（2）雷擊并非每次均給循環泵振動測量系統帶來干擾。

（3）3，4，5號機循環泵振動測量系統沒有同時受到干擾，且沒有明顯的統計規律性。

（4）雷擊除了引起循環泵振動信號出現大幅跳躍以外，有幾次還造成主機軸向位移、高低壓差脹、缸脹信號發生突變等情況。

2 原因分析

由于循環泵振動信號的大幅跳躍伴隨雷擊而產生，所以雷擊干擾是引起循環泵振動信號異常的根本原因。為此從以下兩方面進行分析。

2.1 雷擊干擾傳播途徑

雷電表現形式主要有兩種：一種是直擊雷，雷擊通路上的物體會被高溫燒損甚至融化。另一種是感應雷，即在直擊雷放電過程中，周圍導線或金屬物受電磁場作用，感應產生的高電壓進入系統內部，干擾、損壞計算機和其它控制設備，嚴重的還會造成人員傷亡。

雷電瞬態干擾是一種具有極強破壞能力的共模干擾，由高能量的低頻分量和輻射能力極強的高頻分量組成，可以通過保護裝置的各種外接電纜作用到裝置上，對裝置造成極大的威脅。雷擊所產生的浪涌電壓一般是共模的，對其的防護方法只能是分級采用浪涌抑制器，以及減小裝置的分布電容和提高元器件絕緣。但對于較大的控制設備，分布電容難以做到很小，且元器件的絕緣能力有限，因此，浮地系統的浪涌問題很難得到有效控制。

2.2 振動儀表工作原理

VM-5系列振動測量系統24VDC電源的COM端為浮地方式，加速度振動探頭CV-861典型接線如圖1所示，一般采用的接線方式為探頭外殼通過設備金屬外殼接地，振動信號延伸電纜的屏蔽層與電源COM端相連，即該振動測量系統為浮地結構，對雷擊的反擊電壓具有很好的隔離作用，但對通過共模干擾、差模干擾進入振動測量系統內部的感應雷的抑制能力極弱。

圖1 CV-861加速度振動探頭典型接線圖

3，4，5號機循環泵振動測量系統安裝在主廠房電子室，與循環泵房距離為1 000～1 500 m，循環泵振動信號通過露天電纜橋架送至電子室。由于循環泵振動探頭處于循環泵房屏蔽之下，循環泵房避雷針的雷電流下泄點遠離振動測量系統接地點，且振動測量系統是浮地結構設計，所以系統不可能受到雷擊反擊電壓的沖擊。如果雷擊發生在電纜橋架附近，強烈的雷電流則有可能通過電磁感應沿循環泵振動信號電纜進入振動測量系統。

循環泵振動測量單元通過串行通信電纜送至DCS系統，而且處于整個串行通信鏈的末端，當循環泵振動測量系統受到雷擊干擾時，整個串行通信鏈中的信號都有可能受到影響，因此當循環泵振動信號躍變時，主機軸向位移、高低壓差脹等信號也出現了跳變，而主機軸向位移、高低壓差脹保護是根據自身輸入信號進行邏輯判斷，因此當DCS系統顯示主機軸向位移等信號出現巨幅跳變時，軸向位移保護并未動作。

3 采取措施

為防止雷擊干擾，一般采用等電位聯接、雙層屏蔽等措施，但由于CV-861振動探頭的接地方式不同于傳統振動測量裝置，其屏蔽層采用兩端浮空的方式，因此不能以等電位聯接解決雷擊干擾。另一方面，由于循環泵房與主廠房距離比較遠，而且在循環泵房的信號電纜采用預埋方式，因此對循環泵振動信號電纜采取穿金屬管埋地走線的整改方式成本較大。針對上述情況，為解決雷擊干擾，采取了如下措施：

（1）為避免循環泵振動受干擾后通過串行通信影響主機振動信號的測量，將循環泵振動測量系統與主機及其它振動測量系統分離，即解開循環泵振動串行通信線?？紤]到循環泵振動測量卡的4～20 mA模擬量輸出采用電隔離，為了防止雷擊浪涌對循環泵振動測量的干擾，將循環泵振動信號通過串行通信送DCS系統顯示改為以4～20 mA硬接線方式送DCS系統。

（2）CV-861加速度振動探頭需要二次卡提供24VDC工作電源，為了防止雷擊感應電流通過電源回路進入振動測量裝置內部，對振動測量卡加裝了反向二極管。

（3）對于雷擊浪涌干擾信號最有效的方法是建立一條高能浪涌干擾的泄放通道，但這正是該振動測量系統所欠缺的。根據浪涌防護理論，在低壓系統中對于浪涌過電壓的保護，一般是在被保護設備前加裝保護設備，如由壓敏電阻、放電管、瞬態抑制二極管等過電壓保護元件組成的涌流保護器。這些涌流保護器件工作原理不同，但有相似的伏安特性，即當兩端電壓高于啟動電壓后通過的電流呈指數規律增加，而電壓則被抑制在一定的范圍內幾乎不隨電流的變化而變化，當兩端的電壓低于啟動電壓時，器件呈高阻態，通過的電流很小。因此，在循環泵振動信號入口安裝浪涌保護器是比較可行的方法，接線方式如圖2所示。

圖2 浪涌保護器在循環泵振動測量系統中的接線

4 結語

3，4，5號機循環泵振動測量系統自從采取安裝反向二極管、浪涌保護器等措施后，3年時間經受了近百次雷擊干擾的考驗，說明采取的措施是有效的。

浪涌保護器是一種限制瞬態過電壓及對浪涌電流泄流的裝置，其性能直接影響防雷擊干擾的效果，所以在實際使用過程中必須重視對該裝置的日常維護。

根據浪涌保護器的工作特點，在選擇浪涌保護器時要特別注意主、重要技術指標（工作電壓、負載電流）應與系統負載相匹配，最大連續操作電壓應略大于回路最大正常工作電壓，負載電流應大于回路最大正常工作電流，以確保浪涌保護器在回路中正常工作；浪涌保護器標稱放電電流應盡可能選擇大一些；為提高防護效果，浪涌保護器的安裝位置應盡可能靠近被保護設備。

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