提升燃機測振系統數據采集可靠性的策略

摘 要：燃機的水平和垂直振動數據是判定燃機性能的重要指標，所以在燃機的運行過程中，需要通過燃機測振系統實時的采集燃機水平和垂直的振動信號[1]。借此，對燃機運轉的情況進行分析并加以控制。但是由于電磁干擾、溫度諧波、器件精準度等原因會造成測振系統數據采集不可靠。本論文以解決上述問題為課題，首先分析了測振系統數據采集的現狀，隨后從測振系統的數據漂移、供給電壓、傳輸導線、標定方法、變送器干擾、傳感器干擾等六方面進行試驗。最后通過試驗數據分析得出提升燃機測振系統數據采集可靠性的策略。

關鍵詞：燃機；測振系統；可靠性

1 課題背景

燃機是一種結構復雜的高速旋轉機械。由于轉子不平衡和氣體流動等原因引起的燃機整機振動是全方位周期振動（例如正弦振動）和復雜隨機振動的復合。過大的振動將會極大的影響燃機本體的壽命以及發電質量。所以在燃機的運行過程中，實時監測燃機的水平和垂直振動值，對于保護燃機本體和保障發電質量尤為十分重要。新能源科技有限公司生產的燃氣輪機發電機組（機組）的燃機測振系統主要由：水平振動傳感器、垂直振動傳感器、振動變送器以及上位機共同組成，可以實現對水平和垂直0g-5g以內振動信號的采集。

2 測振系統數據采集現狀

通過對外場服役機組振動數據的分析，特別是服役于北京電力公司16B機組的振動誤報警事件，新能源公司現有測振系統數據采集的可靠性提出了質疑。

在北京電力公司16B機組上，采用編號為A11的測振系統，對機組的起動、加載以及減載的過程進行了跟蹤測量。隨后在此16B機組上安裝東安廠試車臺使用的測振系統，進行數據對比。實測數據如表1所示：

通過數據的比較，發現新能源公司現有測振系統的數據相比東安廠試車臺使用的測振系統數據偏大。在加載的過程中數據起伏快，在減載的過程中數據下降快。其中最大偏差達到：

為研究偏差問題所在，由省計量局提供標準（0-5g）的振動源，對現有的A11測振系統和東安廠試車臺使用的測振系統進行檢定：

東安廠試車臺使用的測振系統的檢定數據：

通過檢定證明東安廠試車臺使用的測振系統采集數據可靠。

對A11測振系統進行檢定的數據如下：

水平振動傳感器編號：02133

3 振動數據采集不可靠原因分析

3.1 是否由于傳感器和變送器的數據漂移導致數據采集不可靠

在長時間的運轉過程中，由于器件的磨損及老化可能造成器件測量數據的漂移。為排查此故障現象是否存在，對09年曾鑒定過的測振系統A002進行重新檢定：

3.2 是否由于振動系統電壓不穩定導致數據采集不可靠

為支持振動變送器正常工作，需要控制系統為其提供24V的直流電壓，這也正是內部信號變換所依據的基準電壓。如果這個基準電壓不穩定，那將直接影響振動變送器的輸出信號。新能源測振系統的24V電壓是由2個12V鉛酸蓄電池串聯來實現的，而蓄電池在大電流放電、饋電等狀態時很容易造成24V電壓的不穩定，這將直接影響測振系統的數據采集可靠性。

為排查該情況，為振動變送器提供獨立的24V電源。由市電經過24V恒壓源直接供給振動變送器。該項試驗是同“3.3 是否由于變送器受干擾導致數據采集不可靠”的試驗一同完成了。具體試驗數據見表9。

分析試驗數據，通過獨立供電后的數據相比原始數據變化不大，故此問題的可能性排除。

雖然由于萬用表的靈敏度，表10中數據部分失真。但是通過表9和表10百分比數據的比較發現，振動傳感器和振動變送器數據的線性度較好，但是振動傳感器和振動變送器的對應關系存在偏差。懷疑在振動變送器標定的過程中存在誤差，導致這樣對應關系的偏差。

4.1振動變送器加屏蔽隔離

振動變送器是燃機測振系統中數據變化的主要場所，描述振動的電壓或電流信號都是較微弱的信號，很容易受到外界干擾而變化。而外加金屬屏蔽層是隔離電磁干擾最簡單有效的策略。通過3.6節的試驗證明，在振動變送器外外套金屬屏蔽盒可以較好的提升燃機測振系統數據采集的可靠性。所以在振動變送器的封裝上，可以考慮選擇金屬殼體封裝，從而起到屏蔽隔離的作用。

4.2 傳輸導線采用屏蔽電纜

測振系統傳輸導線中的電信號同樣是較微弱的信號。所以為提升燃機測振系統數據采集的可靠性，傳輸導線的電磁屏蔽同樣重要。在傳輸導線的選型上，可以考慮選擇帶金屬層的屏蔽電纜。

4.3 正弦波信號發生器使用方法的更正

在測振系統標定的過程中，正弦波發生器是穩定的標準信號來源。正弦波信號的準確性將直接影響標定結果的準確性以及測振系統數據采集的可靠性。所以在標定的過程中需要保證信號發生器輸出的信號為穩定的252Hz正弦波信號，確保DUTY（占空比）旋鈕歸零。

在振動變送器的輸入端增加放大倍數為1的反相帶通濾波器，濾除252Hz之外的其他頻率的干擾信號。這樣可以為振動變送器輸入更潔凈的交流電壓信號。帶通濾波器由集成運算放大器構成，可以較好的抑制零漂，有較大的輸入電阻和較小的輸出電阻[4]。有利于提高測振系統數據采集的可靠性。

5 結束語

本論文以中航動科新能源燃機為課題研究平臺；基于測振系統的多次試驗，得出大量的對比數據；經過數理計算和樣本分析，最終得到適用于提升燃機測振系統數據采集可靠性的策略。將此策略應用于燃機的試運轉和加載試驗。通過試驗證明，對測振系統數據的采集起到了良好的改觀。所提出的策略尊重現場試驗數據、真實、有效、針對性強。它的應用對動科新能源燃機產品技術的革新和私有化以及燃氣輪機發電機組的長期穩定，可靠服役提供了保障。

參考文獻

[1] 鮑興財，王長志.燃機裝配試車工[M].中航工業哈爾濱東安發動機（集團）有限公司.2009，1-3.

[2] 詹昌斌，劉淑英.數據與曲線擬合[M].電子工業出版社.2005，248-300.

[3] 高偉濤.電路設計實例精粹[M].北京：國防工業出版社，2002，35-39.

[4] 張邦寧.通信抗干擾技術[M].北京：機械工業出版社，2010，14-15.

作者簡介

高金?。?984-），男，黑龍江省哈爾濱市人，民族：漢 職稱：工程師，學歷：碩士研究生。研究方向：電路與系統。單位：通用電氣。

（作者單位：通用電氣）