消除給水泵汽輪機振動監視干擾的案例分析

徐朔文

（臺州發電廠，浙江 臺州 318016）

臺州發電廠9A和9B給水泵汽輪機軸承測振動采用飛利浦振動探頭，MMS6110（雙通道軸振動測量模塊）通過渦流傳感器測量軸的徑向振動。傳感器的輸出即模塊的輸入，代表傳感器前端到軸表面的間隙，信號由1個與靜態間隙成正比的靜態分量和1個與軸振動成正比的動態分量疊加而成。MMS6110模塊將每個通道信號的2個分量分離后，再根據組態中設置的工作模式將其轉換成標準信號輸出。

1 模塊工作原理

MMS6110是雙通道軸振動測量模塊，有2路獨立的渦流傳感器信號輸入，與之匹配的傳感器為德國EPRO公司生產的PR642X系列渦流傳感器和配套的前置器，也可使用其它廠家生產的同類型傳感器。輸入電壓為-1～-22 V。

渦流傳感器由探頭、延伸電纜、前置器等構成。前置器產生的高頻電流通過延伸電纜流入探頭線圈，當被測金屬體表面靠近該線圈時，由于高頻電磁場作用，金屬表面就產生了感應電流，即電渦流。該電流又會產生1個交變的磁場，磁場方向與線圈磁場方向相反，2個磁場的相互迭加改變了原線圈的阻抗。所以當探頭與被測金屬表面距離發生變化時，可通過探頭線圈阻抗的變化來測量。前置器根據探頭線圈阻抗的變化輸出與距離成正比的直流電壓。渦流傳感器就是根據這一原理實現對汽輪發電機組的軸位移、振動、轉速、脹差的在線監測和安全保護。但渦流傳感器是利用電磁場進行工作的，其輸出交流信號分量一般都是毫伏級，因此極易被干擾。

2 存在問題

在給水泵汽輪機的TSI（汽輪機安全監測系統）監測中，多次出現振動尖波。由于振動幅值是給水泵汽輪機的重要監視保護參數之一，當尖波的幅值超過保護值時，就會導致給水泵汽輪機跳閘，因此必須查清振動尖波的原因并加以處理。

當出現振動尖波時，用手持式測振儀在給水泵汽輪機軸承處測量，發現就地振動未出現變化，給水泵汽輪機其他運行參數也正常，可以判定振動尖波并不是實際振動的反映，而是由干擾產生的。

一般現場測量控制系統產生干擾的原因有：

（1）地環流干擾。在現場應用中，儀器設備根據要求需要接地，9號給水泵汽輪機的振動探頭前置器側屏蔽線也應接地，這樣，儀表接地與測量設備的接地點之間存在電勢差（即各設備的共地點不同），造成地環流干擾。當環流很大且超過一定數值時，會出現很高的共模噪聲電壓，并通過分布參數耦合到信號線或直接連接到電平信號線，產生很大的串模干擾，對測量有很大影響。這種干擾原因不明顯，要加以分析才能有效避免。

（2）人為干擾。電磁干擾產生的根本原因是導體中電壓和電流的變化速率，即較大的dU/dt或dI/dt能夠使導體產生電磁波輻射。電子設備在工作時，由于導體的dU/dt或dI/dt產生電磁輻射，會發生干擾。在實際工作中，也曾出現由于在振動卡件附近使用電焊機等電氣工器具而導致測量出現尖波的現象。這種現象由于比較直觀，容易分析原因，能夠及時避免。

3 對策及實施

干擾的三要素是干擾源、敏感源和耦合路徑。3個要素中缺少任意1個，電磁兼容問題就不存在，干擾就能被有效消除。因此要從這3個要素入手，找出最方便的解決辦法。一般來說，干擾源和敏感源無法解決，只能從耦合路徑著手。在對振動測量探頭及卡件進行充分檢查和分析后，采取了以下對策：

（1）將給水泵汽輪機的振動探頭前置器側屏蔽線浮空。

前置器側屏蔽線接地情況如圖1所示。測量探頭、MMS6110數據采集卡以及振動畫面顯示分別接地于A，B，C點。R1和R2為屏蔽電纜的導線電阻，R3和R4為連接線的導線電阻，Rx為振動探頭的內阻。由于大地內部結構、化學成分等都不均勻，所以大地上的任意點A和B間存在著電位差eAB，且其大小和方向隨時變化。如果干擾源加在A，B點上，則通過電纜電阻R2串聯到測量系統的輸入回路中，這個干擾信號與真正的信號源迭加后被送到測量放大電路，即MMS6110數據采集卡中進行放大。這種情況下，干擾是相當嚴重的，因為信號源ex本身通常很微弱，而A和B點間的干擾源eAB是隨時變化的，其大小不可預測，有時會遠遠超過信號源ex，干擾源eAB與信號源同時被送入數據采集卡進行放大后被采集，然后又被送至畫面顯示，這樣所得到的測量結果有可能完全失真，致使測量無效。由于eAB的不確定性，測量失真現象也具有不確定性。

圖1 前置器側屏蔽線接地等效電路

同樣，在B和C點間存在的干擾源eBC通過導線電阻加在電測量系統的輸出回路上，但干擾源eBC沒有被放大，而只是迭加到通過電測量放大電路過來、已被放大了數千倍的信號源ex上。因此，干擾源eBC所造成的測量誤差很小。

將9號給水泵汽輪機的振動探頭前置器側屏蔽線浮空后，取消了A點的接地，即可有效消除eAB的干擾。

（2）對必須接地的探頭連接點加裝絕緣套管，在不能加裝套管的地方則用絕緣膠帶做好絕緣。當連接點出現接地時，如圖2所示。

圖2 連接點接地等效電路

圖3 改造前后振動監視曲線

當連接點接地時，連接電纜的金屬屏蔽網分別接在測量探頭和放大電路，即數據采集卡的兩端，這樣通過A和B點接地，干擾源eAB通過金屬屏蔽網、電阻R與大地組成回路，即在電纜金屬屏蔽中有干擾電流，通過金屬屏蔽網與電纜芯線的相互感應作用，干擾源eAB被感應到測量系統的輸入回路中，然后同時被送入測量放大回路進行放大。雖然這種干擾的影響遠小于前置器屏蔽線直接接地，但當干擾源eAB較大時，其干擾作用也不可忽視。所以消除接頭的接地非常重要，這樣才能有效避免干擾。

（3）保證接地良好。信號回路參考地必須唯一。原先的接地線接地不規范，出現了松動現象，接地電阻較大，抗干擾能力較差。進行接地線改造后，保證接觸良好，接地電阻小于0.5Ω。另外，在機柜內加裝絕緣子,把信號地和保護地分開。

按上述對策進行改造后，清除了干擾，9號給水泵汽輪機振動監視平穩，改造前后振動監視曲線如圖3所示。

4 結語

在給水泵汽輪機的振動監視中，由于沒有做好抗干擾工作，出現不同原因的多點接地現象，導致多次出現測量不準確的情況。通過分析調查后，采取了有效措施，實現有效的單點接地，消除了干擾，給水泵汽輪機的振動監視平穩，能夠實時有效地反映振動參數的變化。

[1]鐵道部科學研究院鐵道建筑研究所.振動測試和分析[M].北京：人民鐵道出版社，1987.

[2]李德荷，張元潤.振動測量與試驗分析[M].北京：機械工業出版社，1992.