對(duì)汽輪機(jī)組瓦振控制信號(hào)波動(dòng)的分析研究

賈昕澤

（哈爾濱電氣國(guó)際工程有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 機(jī)組概況

蒙古國(guó)額爾登特銅礦自備電廠汽輪機(jī)組采用南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司生產(chǎn)的2臺(tái)功率為12MW，型號(hào)為CC12-3.43/1.2/0.6的中溫中壓、單軸、單缸、雙抽凝氣式汽輪機(jī)和2臺(tái)功率為12MW，型號(hào)為N12-3.43型中溫中壓、單軸、單缸、凝氣式汽輪機(jī)。每臺(tái)機(jī)組有4個(gè)軸瓦2個(gè)推力瓦，TSI汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)采用本特利的3500系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)采用浙江中控的ECS-700系統(tǒng)。

2 問(wèn)題描述

在機(jī)組首次啟機(jī)沖轉(zhuǎn)期間，3號(hào)機(jī)組的四瓦振動(dòng)信號(hào)顯示正常，在負(fù)荷升至約2MW時(shí)，瓦振信號(hào)開(kāi)始出現(xiàn)跳變，幅度能達(dá)到100μm。由于本機(jī)組的保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)為任一瓦振大跳機(jī)（四取一），需要對(duì)4臺(tái)機(jī)組都進(jìn)行優(yōu)化以避免該現(xiàn)象再次發(fā)生。此外，在切除3號(hào)機(jī)瓦振信號(hào)ETS保護(hù)后的檢查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)組在進(jìn)行手動(dòng)AST電磁閥動(dòng)作時(shí)，3號(hào)機(jī)的4瓦振動(dòng)信號(hào)同時(shí)發(fā)生大幅度跳變。該問(wèn)題也需要消除，以免各機(jī)組之間互相影響。

3 問(wèn)題分析研究

針對(duì)這種信號(hào)波動(dòng)的情況，立即對(duì)三號(hào)機(jī)各瓦實(shí)際振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，振動(dòng)值在10～12μm左右，屬于正常范圍內(nèi)。由此可以排除機(jī)械實(shí)際振動(dòng)超標(biāo)的可能，判斷為電磁信號(hào)干擾。需要進(jìn)一步分析查找信號(hào)干擾源及干擾途徑。

3.1 探頭測(cè)量原理

本機(jī)組采用的瓦振探頭為本特利內(nèi)華達(dá)Seismoprobe系列9200兩線制壓電式傳感器，該傳感器電源為24VDC，輸出信號(hào)為毫伏級(jí)電壓信號(hào)。各瓦振動(dòng)探頭的安裝位置在各瓦就地軸承座罩殼蓋上，經(jīng)一根兩芯1.5平方的計(jì)算機(jī)控制屏蔽電纜敷設(shè)至電子設(shè)備間的TSI機(jī)柜上，通過(guò)接線端子和BENTLY-3500監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊各通道進(jìn)行連接，各探頭連接每通道的計(jì)算機(jī)控制電纜長(zhǎng)度約為50m。

3.2 干擾源及分析

（1）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁干擾：如圖1所示，4瓦振動(dòng)探頭安裝位置位于4瓦軸承座蓋上，靠近發(fā)電機(jī)勵(lì)磁端。經(jīng)觀察信號(hào)從機(jī)組升至約2MW負(fù)荷時(shí)開(kāi)始突變，而且隨著負(fù)荷的增加，瓦振信號(hào)的跳變有逐漸增大的趨勢(shì)。根據(jù)探頭的安裝位置，分析其原因是由于在發(fā)電機(jī)升負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁產(chǎn)生高頻電磁脈沖。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流增大，感應(yīng)電流隨磁場(chǎng)耦合到瓦振信號(hào)電纜而產(chǎn)生干擾。如圖2所示，根據(jù)磁場(chǎng)耦合干擾公式En=jωMI，M為干擾源和被干擾對(duì)象之間的互感系數(shù)，I為干擾源工作電流，ω為干擾源的工作頻率，即感應(yīng)干擾與干擾源的工作電流I和頻率ω成正比，這種干擾屬于共模干擾。但軸瓦振動(dòng)檢測(cè)位置不能更改，就需要對(duì)探頭的抗干擾性能進(jìn)行優(yōu)化提高。

圖1 四瓦振動(dòng)探頭位置示意圖

圖2 磁場(chǎng)耦合干擾示意

（2）電纜屏蔽接地不良的干擾：由于各控制電纜相近電路之間存在著分布耦合電容，如果電纜屏蔽不好的情況下，將導(dǎo)致電位發(fā)生變化，這時(shí)其他電路的電荷即可能通過(guò)分布電容進(jìn)而靜電耦合到測(cè)量電路上，產(chǎn)生干擾。根據(jù)國(guó)標(biāo)熱控工程施工規(guī)范以及《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》規(guī)定，傳感器的控制屏蔽電纜需要保證單點(diǎn)接地。瓦振信號(hào)接地方式為：振動(dòng)探頭側(cè)懸空，與控制電纜連接敷設(shè)至機(jī)柜處，控制電纜的屏蔽層連接SHLD端子，引到振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊的外殼上，在機(jī)柜側(cè)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，電纜與SHLD端子接觸良好，機(jī)柜外殼接地電阻為0.01Ω，接地正常。控制電纜內(nèi)的單層屏蔽層接地正常，排除由于接地不良造成的干擾因素。

（3）其他設(shè)備的干擾：由于發(fā)現(xiàn)了4號(hào)機(jī)AST電磁閥動(dòng)作時(shí)引起3號(hào)機(jī)4瓦振動(dòng)信號(hào)跳變的情況，可判斷電磁閥動(dòng)作信號(hào)引起的干擾，4號(hào)機(jī)AST電磁閥位置位于4號(hào)機(jī)汽機(jī)機(jī)頭側(cè)，而3號(hào)機(jī)4瓦振信號(hào)位于3號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁端，所以不是電磁閥直接對(duì)探頭進(jìn)行的干擾，即應(yīng)從電纜敷設(shè)路徑進(jìn)行分析優(yōu)化。

4 問(wèn)題的解決

針對(duì)這兩種情況分別進(jìn)行處理。

（1）通過(guò)咨詢本特利廠家，原9200系列探頭在本機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁端，抗干擾性能目前不滿足要求，所以現(xiàn)場(chǎng)將4瓦瓦振9200傳感器更換為本特利的抗干擾性能更好的330500 Velomitor?壓電式兩線制速度傳感器。為保證所有4臺(tái)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，將4臺(tái)機(jī)組的4瓦振動(dòng)傳感器都進(jìn)行了更換，提高了抗干擾性能。

（2）針對(duì)電纜敷設(shè)路徑存在干擾源的情況，由于壓電式傳感器的毫伏級(jí)信號(hào)比較敏感，采取各瓦振信號(hào)線匯到接線盒內(nèi)后通過(guò)鍍鋅鋼管走到備用槽盒內(nèi)，外殼進(jìn)行兩點(diǎn)接地，然后單獨(dú)走線敷設(shè)至電子間TSI機(jī)柜的做法。如圖3原理圖所示，當(dāng)電纜路徑上的外部設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)耦合干擾時(shí)，在外層通道產(chǎn)生感應(yīng)電流I1，并在電纜屏蔽層上感應(yīng)產(chǎn)生同等的電流I2，而I1在電纜屏蔽層上又會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生與I2相位角相反的大小同等的電流I3，以做到兩者相互抵消，進(jìn)而加強(qiáng)了對(duì)外部電磁干擾的屏蔽作用。這樣既實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦振控制信號(hào)的雙層屏蔽、優(yōu)化了屏蔽效果，也在路徑上遠(yuǎn)離了干擾源。

圖3 重新敷設(shè)電纜后的雙層屏蔽原理圖

通過(guò)以上方式的處理，在各汽輪機(jī)組進(jìn)行啟機(jī)升負(fù)荷，以及停機(jī)ETS動(dòng)作、AST電磁閥復(fù)位等工況下，經(jīng)觀察均未出現(xiàn)瓦振信號(hào)大幅度跳變的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了問(wèn)題的徹底解決，保證了機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

TSI系統(tǒng)各模擬量信號(hào)對(duì)于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，本文通過(guò)對(duì)機(jī)組瓦振信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)的研究和分析，對(duì)電廠機(jī)組控制信號(hào)抗干擾性能的處理提供了可參考的經(jīng)驗(yàn)。

（1）當(dāng)出現(xiàn)控制信號(hào)波動(dòng)時(shí)，首先排查來(lái)自設(shè)備的干擾和傳感器安裝情況，檢查發(fā)電機(jī)勵(lì)磁干擾或重要輔機(jī)等大功率設(shè)備強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾，傳感器安裝應(yīng)嚴(yán)格按廠家要求安裝，包括安裝角度和方向等，檢查其抗干擾性能是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（2）首先檢查控制電纜接線是否接觸良好；進(jìn)而檢查控制電纜屏蔽層是否已在機(jī)柜卡件側(cè)單點(diǎn)接地；若單層屏蔽效果不佳，檢查電纜槽盒或單獨(dú)的金屬外殼通道的屏蔽情況；或采用雙層屏蔽電纜接線，電纜外層采用兩點(diǎn)接地，內(nèi)層采用單點(diǎn)接地，達(dá)到等電位以屏蔽強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾。

（3）檢查控制電纜敷設(shè)路徑，施工驗(yàn)收嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，電纜敷設(shè)應(yīng)控制電纜和動(dòng)力電纜分層敷設(shè)，避免與高壓電纜、電源電纜交叉或平行，優(yōu)化敷設(shè)路徑以避免其他電纜的干擾。汽輪機(jī)組控制信號(hào)的抗干擾性能優(yōu)化是一個(gè)系統(tǒng)分析的過(guò)程，要多方面考慮，采取逐一排除的分析方法，盡快地找到干擾源和干擾路徑，有效地解決問(wèn)題。