汽輪機軸系振動監測系統防干擾分析

戚渝梅 俞驍 吉瑞 徐星

[摘? ? 要]在當前的技術條件下，電廠所采用的汽輪機軸系振動監測系統的信號容易被外界各種因素所干擾，由此造成監測結果的不穩定性。只有在有效排除外界的干擾因素，才能夠準確的對汽輪機本體進行監測，保證機組能夠安全穩定的運轉。首先對VM600系統進行介紹，并且對其系統特點進行分析，之后從汽輪機軸系振動監測系統進行介紹，從而著眼于汽輪機軸系在監測中所面臨的干擾因素的分析，再對汽輪機軸系的振動監測進行防干擾的對策研究。

[關鍵詞]汽輪機軸系監測;TSI系統;防干擾

[中圖分類號]TK267 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–00–02

Analysis of Anti-interference of Turbine Shaft Vibration Monitoring System

Qi Yu-mei，Yu Xiao，Ji Rui，Xu Xing

[Abstract]Under the current technical conditions， the signal of the turbine shaft vibration monitoring system adopted by the power plant is easily disturbed by various external factors， which causes the instability of the monitoring results. Only when external interference factors are effectively eliminated， can the main body of the steam turbine be accurately monitored to ensure the safe and stable operation of the unit. Therefore， the VM600 system is introduced first， and its system characteristics are analyzed， and then the steam turbine shafting vibration monitoring system is introduced， so as to focus on the analysis of the interference factors faced by the steam turbine shafting in the monitoring， and then the steam turbine shafting Vibration monitoring for anti-interference countermeasures.

[Keywords]steam turbine shafting monitoring; TSI system; anti-interference

本文所界定的汽輪機軸系振動監測是指能夠對設備進行實時在線監測的系統，在實時監測系統下分析設備振動方面的故障并判斷設備的損傷程度。因此，本文所研究的汽輪機軸系振動監測系統能夠在設備運轉中保障設備穩定運行，是保障設備和人員安全的重要組成部分。

1 VM600系統介紹

VM600系統分為主控與就地兩部分，位于主控室機柜內的VM600系統接收就地傳感器送出的4～20 mA或0～10 V的信號，經過處理送至盤臺TSI系統顯示，同時通過硬接線送出至DEH和ATC報警系統。

主控部分：VM600系統框架主要包含6通道輸入模塊MPC4卡件、16通道輸入的CMC16卡件、用于框架顯示、組態和通訊CPU-M卡和RPS6U的電源卡。

VM600系統最大的優勢在于它使用的是MPC4卡，在MPC4卡4+2的4個通道中每個通道都可以根據現場要求進行單獨設置，通過跳線以及軟件設置為絕對振動、相對振動、復合振動、軸向位移以及缸脹、差脹等信號;而另外兩個通道可以單獨設定為轉速和鍵相，基本上汽輪機TSI系統所有的模擬量參數只需通過卡件跳線和較為簡單的系統軟件設置后便能夠進行處理。CMC卡件則在接收MPC4進行數據采集后通過軟件組態為汽輪機提供軸心軌跡和頻譜分析等實時狀態監測。

就地部分主要有：渦流探頭+前置器+同軸延長電纜、LVDT探頭、速度探頭等傳感器，通過就地端子箱將信號傳輸至主控TSI系統機柜。

2 汽輪機軸系振動監測系統概述

2.1 汽輪機軸系振動監測系統的基本運行原理

在汽輪機軸系振動監測系統的正常運行中，軸系振動分為軸振和瓦振兩個部分，現場軸振的渦流探頭分別位于大軸各個軸瓦的左右45°，瓦振探頭位于Y側，與軸振的Y側探頭位置并排裝在一起。軸振探頭為電渦流傳感器，可以利用電渦流效應測量金屬表面與探頭之間的變化。前置器中的振蕩器為探頭線圈提供一個高頻穩幅的交流信號，產生高頻磁場，當金屬被測面接近這個磁場時，就會產生電渦流。瓦振探頭是由一個帶有電極的壓電元件，內分低端與高端。將低端部分緊貼軸瓦蓋，而高端加一重塊，當振動時元件則會反復壓縮和拉伸，產生電荷，并通過電荷放大器加積分電路將輸入信號轉變成與運動速度成正比的電壓信號。

2.2 汽輪機軸系振動監測系統的特點

汽輪機軸系振動監測系統主要有以幾個方面的特點：①監測系統能夠全部采用智能技術進行系統的實時自動監測，具有監測過程穩定和較強的抗干擾能力，同時顯示直觀。②直接振動測量部分具有高速數據采集和處理、自動識別和消除干擾的功能。③監測系統所采用的模型具有良好的響應性和自適應性。④系統采用雨流法能夠在一定程度上簡化數據分析，如疲勞損傷分析、載荷歷程、應變、局部應力以及循環計數。⑤對原始數據進行永久性維護，便于重復分析。⑥系統自動執行各種操作，無需操作員干預。

3 電子干擾源對系統的干擾

3.1 造成TSI系統擾動的干擾源

3.1.1 電源干擾

在核電廠有很多大型用電設備，如水泵、風機、變頻器等，大型設備的啟停所引起的諧波等會影響其他控制設備的電源端。電源干擾諧波會通過TSI系統的電源回路進入監測卡件，直接影響到測量結果的準確性和穩定性，甚至造成測量卡件的損壞。

3.1.2 電磁耦合

TSI的電纜要從主控機柜側面穿過電纜間抵達汽輪機廠房，通過電纜橋架到達汽輪機側的接線箱。如果干擾信號電纜并行敷設在同一橋架上，相當于兩個電路之間有一個耦合磁場。干擾電壓經過電磁耦合加到TSI的信號線上而產生干擾信號。

3.1.3 電阻耦合

當測量導線與前置器供電導線之間出現絕緣不良，二者之間會產生漏電電流造成干擾，直接影響測量結果。

3.1.4 共模干擾

共模干擾主要是信號對地的電位差，由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓疊加所形成。共模干擾的狀態并不會影響系統的測量結果。如果共模干擾通過不對稱電路則可轉變為差模干擾，通過空間電磁場疊加在信號上，會影響測量結果，還有可能造成元器件損壞。如果接地處理不當，會可能造成共模干擾。

3.1.5 電磁干擾

根據電渦流傳感器的原理，傳感器附近的磁場變化將直接影響測量結果，無線電廣播、對講機、移動電話、電臺、甚至發電機勵磁系統都可能會對傳感器造成電磁干擾，出現測量和計算的誤差。

3.2 汽輪機軸系的干擾因素剖析

（1）現場電纜接地：用兆歐表測量電纜的絕緣，檢查是否接地。

（2）延長電纜接地：需要檢查所延長的電纜的外觀，如果發現延長的電纜有破損，需進行更換或絕緣處理，并重新對所延長的電纜進行固定并且考慮是否需要改變電纜的方向，避免再發生同類問題。

（3）電纜敷設不合理、不規范：應檢查電纜布線情況，同一電纜橋架上有無電力電纜;周圍有無大型啟停設備的電纜。

（4）機柜接地不規范：檢查機架設備、機柜接地情況;檢查是否存在多點接地情況。

（5）就地端子箱內部其他干擾：檢查就地端子柜內有無其他干擾。

（6）電纜接地母排是否可靠：檢查接地母排至接地箱的接地母線是否牢固可靠。

（7）設備電源有無受到干擾：可以使用UPS獨立供電，檢查是否仍有干擾。

（8）發電機軸電壓引起的干擾：檢查8瓦軸振和瓦振探頭的底座有無絕緣墊，螺栓有無護套墊。

4 汽輪機軸系振動監測系統的防干擾設計

4.1 探頭延長電纜外皮接地干擾的處理

渦流探頭與延伸電纜接頭處有可能會出現松動和滑移。如果出現松動和滑移，應檢查同軸電纜對接的接頭部分與汽輪機的金屬部分有無接觸，清洗對接頭中積聚的油和臟污，在清洗后采用耐油熱縮管收縮延長電纜接頭。

4.2 軸系設備附近存在大的干擾源的處理

當TSI監測系統出現軸系報警后，就地確認無實際振動大，同時無溫度改變，則可以考慮出現的干擾時間段振動超限的瓦塊附近有無大功率啟動設備，同時檢查TSI電纜與大功率啟動設備的電纜相距很近，如果有則考慮重新布置電纜。

4.3 機柜接地干擾的處理

檢查機柜接地情況，如果接地母排電阻大于2 Ω，則檢查接地電纜至接地箱之間的端子是否緊固，電纜是否有破損。檢查機柜與相鄰機柜的絕緣值，看其是否符合單端接地的要求。

4.4 TSI軸系設備內部接地干擾的處理

對TSI系統單個通道接地端進行檢查，是否符合電纜屏蔽單端接地的要求;檢查每個通道接地端與框架的接地端是否連通，檢查屏蔽電纜是否處于懸浮狀態。

5 TSI系統的抗干擾措施

TSI系統事故處理中，大多是電纜絕緣不好，或屏蔽層接地方法不正確，或探頭安裝人為因素等引起的潛在安全隱患。而這些因素都是可以在前期檢查和后期調試中發現排除，避免非計劃停機事故。

目前TSI系統電源進線為兩路電源冗余，經穩壓電源模塊變成12 V或24 V直流為系統提供電源，穩壓電源模塊本身具有良好的抗干擾特性。在機柜內電源端子至框架的電源端子處也需做好屏蔽。當懷疑電源干擾時，可以使用UPS電源直接接入TSI系統框架進行檢查。

5.1 接地系統的處理

TSI系統機柜接地母排至接地箱的接地線截面積需大于50 mm2，機柜內各通道的接地線至機柜的接地母排的截面積宜不小于25 mm2，接地電阻不應大于2 Ω。系統線纜屏蔽采用機柜側單點接地，線纜總屏通過PE端子接入機柜接地母排，線纜分屏與卡件COM端相連，接入電氣地。線纜屏蔽接地是否正確可靠，直接關系到系統的抗干擾能力，在TSI系統中，大部分干擾信號都是通過“場”的方式進入測量系統，只要線纜屏蔽可靠，完全可以隔斷這些干擾信號對TSI系統的影響。

5.2 加強管理和維護

主控室內在運行期間應禁止使用對講機、手機等無線設備，防止對TSI系統造成干擾引起信號波動。加強對TSI系統的巡檢，一旦發現信號波動、卡件故障等情況，要對相應信號做全面檢查，盡可能減少因TSI系統干擾所引起的非計劃停機停堆。

在機組大修期間，要對TSI系統做全面的檢查。探頭和前置器送有關單位校驗，同軸電纜絕緣做全面檢查，卡件也必須由專業技術人員做全面校驗，確保卡件的準確性和可靠性。

6 結束語

通過分析VM600系統的特點，汽輪機軸系振動監測系統的運行原理、系統特點，造成TSI系統擾動的干擾源，以及汽輪機軸系的干擾因素;進而得出了汽輪機軸系振動監測系統的防干擾應用分析和TSI系統的抗干擾措施，從而有效地分析了汽輪機軸系振動監測系統運行原理，并且提出了有效措施進行系統外部干擾因素的控制，以期保證汽輪機軸有效安全的運轉。

參考文獻

[1] 宗緒東，潘廣強，袁晨，等.汽輪機軸系穩定性評估，風險預警系統及方法：CN109933048A[P].2019.

[2] 游洋，張梅有.汽輪機軸系振動在線監測與故障診斷系統[J].汽輪機技術，2011，53（5）：381-382.

[3] 謝晨輝.汽輪機振動監測保護裝置分析與改進[J].科技創新導報，17（13）：2.