Bently軸系狀態檢測系統故障隱患的解決辦法

杜 勇 東立明 薛軼明

(中國石油蘭州石化公司電儀事業部，蘭州 730060)

通過對中國石油蘭州石化公司生產現場的多套大型機組Bently軸系狀態檢測系統的使用情況和故障分析，發現系統存在故障停車隱患，如3300或3500電源模塊未實現冗余供電配置，軸瓦溫度及軸向位移等聯鎖邏輯設置不合理，Bently軸系狀態檢測系統報警聯鎖正常勵磁等。筆者分析了上述故障停車隱患原因，并一一予以解決。

1 電源模塊冗余供電配置①

為切實提高Bently 3300或3500軸系狀態監測系統供電的可靠性，使得系統電源模塊實現冗余供電配置，引入電氣UPS和市電實現雙電源供電。電氣UPS和市電供電引自電氣的不同兩段，在一段供電丟失的情況下，確保系統供電可靠，運行穩定。Bently軸系狀態檢測系統電源配置需符合《儀表供電設計規定》和《儀表系統接地設計規定》[1～3]。

Bently 3300軸系狀態檢測系統的電源模塊由一塊電源卡將220V(AC)/110V(AC)轉換供電，需在其上級對來自電氣UPS和市電的兩路交流電源加電源切換裝置，實現一路輸出供電，完成電源模塊冗余供電配置(圖1)。

圖1 Bently 3300冗余供電配置簡圖

Bently 3500系列軸系狀態檢測系統電源模塊由兩塊冗余電源卡將220V(AC)/110V(AC)轉換供電，將電氣UPS和市電分別引入冗余電源卡，完成電源模塊冗余供電配置，如圖2所示。

圖2 Bently 3500冗余供電配置簡圖

2 聯鎖邏輯參數重置

Bently軸系狀態檢測系統的軸瓦溫度、徑向振動及軸向位移等單點聯鎖邏輯設置不合理，導致現場儀表聯鎖誤動作。聯鎖邏輯不能真實反映現場大型機組的實際運行狀態，需進行改造。

軸瓦溫度的單點聯鎖儀表，由聯鎖儀表改造為報警指示儀表。大型機組軸承溫度測量包括支撐軸承和推力軸承兩部分，支撐軸承由5塊瓦塊組成，溫度探頭安裝在垂直于旋轉方向下的軸承體的活動瓦塊上，一般選用的測量元件為鉑熱電阻Pt100，軸溫熱電阻需沿著軸瓦與支撐間的間隙引出，主要特點是溫度元件集成且引線細長柔軟。軸瓦溫度探頭的安裝一般采用埋入式，每塊需測溫的軸瓦上都有加工好的測溫孔，安裝時將探頭插到底部，引出線則沿著軸瓦側面固定的預留引線槽縫隙引出到設備外殼的接線盒。在設備安裝軸支撐架和軸瓦蓋時，很容易把溫度的引出線壓壞或壓斷。

對中國石油蘭州石化公司現場的多套大型Bently軸系狀態檢測系統的軸承(軸瓦)溫度故障的原因分析如下：

a. 軸承與軸頸貼合不均勻或接觸面過小，這種情況大部分發生在更換新軸瓦后。設備安裝時，按照操作規程實施，可以避免此類問題。

b. 潤滑油質量不符合要求(粘度小)，或油路堵塞。齒輪油泵供油壓力低與供油中斷的情況，會造成軸瓦缺油，產生干摩擦。因潤滑油系統有相應壓力低聯鎖，可以起到保護機組作用，不需要軸溫聯鎖。

c. 軸承潤滑油過多，潤滑油太臟或粘度過大。技術人員定期對大型機組潤滑油進行抽樣分析，并出具專業檢測報告，可避免此類問題。

d. 壓縮機安裝時主軸與汽輪機(電動機)主軸的聯軸器沒有找正，誤差太大。設備安裝時，按照操作規程實施，可以避免此類問題。

e. 溫度探頭故障、軸承(軸瓦)測溫引線與軸盤磨損及端子接線松動等引起的故障，引發測溫儀表誤動作。

通過分析壓縮機軸承(軸瓦)溫度故障的原因，可以將軸溫單點聯鎖儀表改造為報警指示儀表，避免大型機組非計劃停車。

軸向位移單點聯鎖儀表由單點聯鎖邏輯改為A、B和C三選二聯鎖邏輯。位移量指移動部件與固定部件之間的間隙變化，包括壓縮機和汽輪機的轉子軸向位移量測量。大型機組啟停過程中，由于受熱及重力等因素引起的轉子彎曲，由于膨脹不同造成的轉子熱膨脹和殼體膨脹的脹差問題。以上參數都可以采用電渦流趨近傳感器測量。位移傳感器測量范圍寬，可達幾十毫米。隨著測量范圍的增加，探頭直徑增大，靈敏度下降。

電渦流傳感器是依據法拉第電磁感應定律制成的。塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中做切割磁力線運動時，導體內將產生渦旋狀感應電流，即電渦流，以上現象為電渦流效應。前置器中高頻振蕩電流通過延長電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產生交變磁場，當被測金屬體靠近這類磁場時，在此金屬表面產生感應電流，與此同時該電渦流場也產生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈的高頻電流的幅度與相位得到改變。通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗的變化(即頭部線圈與金屬導體的距離的變化)轉換成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測表面之間的間距而變化。電渦流傳感器就是依據這一原理實現對金屬物體位移參數的測量。

電渦流傳感器故障的原因分析：

a. 電渦流探頭損壞。斷開探頭與前置器連接的延長電纜，通過測量探頭直流內阻，線圈的通斷，探頭的同軸芯與外殼部金屬的絕緣性判斷。

b. 探頭導線與延長電纜和延長電纜與前置器的連接處松動。

c. 前置器和延長電纜故障。

d. 延長電纜接地或探頭導線與延長電纜的連接絕緣不好而接地。

e. 探頭安裝固定不牢，測量波動。

f. 延長電纜和信號回路電纜屏蔽接地不符合規范，干擾進入導致測量波動。

通過分析電渦流傳感器故障的原因，可以通過將軸向位移單點聯鎖儀表，改為A、B和C三選二聯鎖邏輯，避免聯鎖儀表誤動作。

3 聯鎖動作正常非勵磁配置

一般具有報警聯鎖功能的儀表，按照報警聯鎖形式來分，可分為報警聯鎖正常非勵磁(圖3)和報警聯鎖正常勵磁(圖4)兩種形式[4]。報警聯鎖正常非勵磁就是當輸入信號達到報警聯鎖給定值時，儀表電路就將額定電壓加在繼電器勵磁線圈上，工作電流流過勵磁線圈，勵磁線圈勵磁，繼電器動作(吸合)，圖3中的b、c常開接點閉合，報警聯鎖回路接通而報警聯鎖。報警聯鎖正常勵磁就是當輸入信號達到報警聯鎖給定值時，儀表電路反而將加在繼電器勵磁線圈上的額定電壓消除，這樣勵磁線圈就處于非勵磁狀態，繼電器恢復未動作(不吸合)狀態，圖4中的b、a常閉接點閉合，這樣報警聯鎖回路接通，處于報警聯鎖狀態。

圖3 報警聯鎖正常非勵磁儀表報警聯鎖動作

圖4 報警聯鎖正常勵磁儀表報警聯鎖動作

通過對中國石油蘭州石化公司生產現場的多套Bently軸系狀態檢測系統的聯鎖動作形式進行調查，發現全部為報警聯鎖正常勵磁配置。當儀表故障，儀表輸入信號線未接好，電源出現故障而不能正常向Bently系統供電等現象發生時，由于繼電器勵磁線圈處于非勵磁狀態，聯鎖回路產生誤報，造成大型機組停車。從以上原因來講，報警聯鎖正常非勵磁要比報警聯鎖正常勵磁更為可靠實用。通過內部跳線操作，將Bently軸系狀態檢測系統繼電器輸出卡報警聯鎖正常形式設置為報警聯鎖正常非勵磁，易產生聯鎖誤報而導致機組停車的事故得以杜絕。

4 結束語

Bently軸系狀態檢測系統通過電源模塊實現冗余供電配置，軸瓦溫度及軸向位移等聯鎖邏輯的合理設置，同時將系統的報警聯鎖跳線為正常非勵磁等改造之后，實現了機組軸系狀態檢測系統的穩定運行，聯鎖動作可靠，杜絕了儀表誤動作導致的故障。改造投用后，效果良好。