燃汽輪機軸振測量失真分析處理

尹磊

摘? 要：西門子9F級燃氣-蒸汽聯合循環機組多為一拖一單軸運行，在汽輪機升速到3 000轉時由3S離合器連接燃機和汽輪機轉軸，機組高轉速咬合瞬間軸振實測值相對高，靠近發電機也容易受到電磁干擾，對5瓦6瓦軸承振動傳感器測量可靠性要求更高。該文通過現場發生的渦流探頭測量失真2個事例，闡述了軸振傳感器失真原因及后續處理過程，使TSI檢測系統正常可靠地運行，保證機組安全穩定運行。

關鍵詞：3S離合器;渦流振動傳感器;分析;處理

中圖分類號：TK67? ? ? 文獻標志碼：A

1 燃氣蒸汽輪機發電方式簡介

燃氣蒸汽輪機聯合循環機組以天燃氣為主要原料，實現能源高效利用與低污染排放，其特點是體積小，啟停迅速，調峰快，節能環保。東亞電力（廈門）有限公司西門子9F級燃汽輪機為一拖一聯合循環，燃機與發電機同軸，汽輪機高中低壓缸同軸，燃機和汽輪機通過3S離合器連接，啟動過程有別于煤電機組，燃機通過燃料閥控制天燃氣進氣量，天燃氣與壓氣機加壓后的空氣混合燃燒，沖轉燃機升速并網，燃機排氣煙氣加熱汽包爐水，產生合格蒸汽經汽機調閥沖轉汽輪機升速，汽機轉軸通過3S離合器與燃機轉軸咬合發電。3S離合器是燃汽輪機的關鍵部件，在汽機升速到2800轉后連接燃機汽輪機轉子，低轉速時分開由各自盤車機構帶動盤車。

2 9F 燃汽輪機TSI測點布置及用途

燃氣機組以調峰為主，每天啟停，一拖一特殊的咬合系統，對軸系安全監視系統可靠性要求高。西門子9F級燃汽輪機TSI系統由16個軸振探頭，16個殼振探頭，3個軸向位移，2個鍵相，14個轉速組成。軸振測量相對振動，主要用于監視，只有5瓦6瓦軸振在咬合階段參與保護。殼振探頭測量絕對振動，參與機組振動高跳機保護。鍵相用于輔助分析機組偏心和振動，尤其是各測點振動的相對關系，確定配重位置。燃機和汽輪機各安裝6個轉速，用于測量大軸轉速，參與機組DEH控制及超速保護。

3 渦流傳感器工作原理

我廠西門子9F級燃汽輪機軸振探頭為Vibro-meter生產，型號為渦流振動探頭TQ402，與其相匹配的IQ452信號前置放大器共同組成渦流傳感器。渦流振動探頭內部有一磁鐵，它被固定在傳感器殼體上，端部有一平面空心線圈，當此線圈中有高頻正弦交變電流通過時，線圈周圍空間就產生一個高頻振蕩磁場，在臨近金屬表面就會產生感應電流，即電渦流，其強度隨著傳感器線圈與金屬之間的距離變化而變化。前置器內含有高頻信號發生器和濾波電路，輸出一個與距離變化成正比的直流電壓信號，送到TSI卡件轉換合成輸出電流信號到DCS系統，這就是電渦流傳感器的工作原理。

渦流傳感器用于對移動機械元件和相關位移的非接觸測量。Vibro-meter軸振探頭靈敏度為8 V/mm，探頭測量范圍4㎜，安裝時選擇10 V做為基準電壓，該位置為傳感器量程中段線性最好位置，有助于提高測量準確度。軸振探頭安裝固定在軸瓦上，每個軸瓦上安裝2個由X和Y方向組成的渦流探頭，所安裝探頭在其軸承測量平面內的安裝角度相互垂直，并與軸承上軸瓦的垂直中心線兩側各成45°。軸振傳感器測量轉軸與軸瓦之間的相對振動，經振動卡件處理采集振動峰-峰值。安裝時探頭旋入軸瓦支架，延長線從3S離合器前箱穿線孔引至接線盒內與前置器相連，探頭表面與軸的間隙體現在前置器輸出電壓上。用萬用表測量前置器輸出電壓，同時調整探頭懸入深度，此時探頭前端面與被測軸表面逐漸接近，當測得輸出電壓由24 V開始減小時，要慢慢旋轉探頭直至電壓達到10 V附近，微調鎖緊螺母，準確將探頭輸出電壓調整為10 V并鎖緊螺母。

4 3S 離合器兩側軸振振動探頭異常處理

4.1 探頭安裝影響軸振測量

9F級燃汽輪機5瓦6瓦軸振探頭安裝在3S離合器兩側，機組啟動咬合階段3S離合器兩側振動測量值大幅升高，燃氣-蒸汽輪機聯合循環機組一拖一啟動的特殊性，依靠3S離合器將燃機汽機轉速同步到3 000轉。每次啟動咬合過程中轉軸高速硬性連接，為防止咬合過程中軸振實測值高損壞設備，保護邏輯關系如下，咬合階段即汽機轉速在2 850與3 000轉之間，并且5瓦6瓦振動值之和大于260 μm，會觸發汽輪機跳閘，汽機轉速低于870轉時才能再次啟動。

#1機組曾經發生過在汽機沖轉咬合階段，6瓦軸振突變，振動超出報警值達滿量程，直至壞點，汽機無法正常咬合。如果是真實測量值可能會對3S離合器造成損壞，通過觀察卡件采集通道，發現6瓦軸振僅Y側振動大幅波動，X側振動在正常范圍內。檢查前置器輸出電壓無規律波動，測量探頭阻值在7Ω～9Ω波動。在前置器上對換6瓦XY兩側軸振探頭延長線后，卡件上顯示為X側振動大幅波動，Y側振動正常，可排除外部前置器卡件損害及線路干擾引起測量不準。初步判斷可能有3種情況所致。1）探頭安裝傾斜。2）延長線接頭接觸不良。3）Y側振動實際高。東南大學振動專家來廠采集數據，根據頻譜分析初步懷疑為假信號，把探頭從延長線處拆除，卡件僅輸出X側正常值，避免汽機在咬合過程中跳閘。利用機組臨停檢修時揭開3S離合器前箱端蓋，檢查探頭并無松動現象，延長線接頭無松動氧化。松開6Y振動探頭并緊螺母，往外旋轉探頭，發現探頭非常緊，往外旋咬合力很大，初步確定探頭裝歪，拆出來檢查探頭表面，發現有一側已被磨出痕跡。檢查支架螺紋在起始部位有3個螺牙滑絲，且在螺牙內部有油污鐵屑，安裝時探頭與支架螺牙沒對準，探頭受力，端面傾斜，隨著機組啟停咬合次數增多，6Y軸振探頭表面受摩擦，導致軸振探頭受損。針對安裝時出現的問題，后續安裝工藝做了改進，安裝軸振探頭前都要檢查螺牙，并用潤滑油沖洗安裝孔，軸振探頭旋入時用手旋到電壓有變化才能用工具調整。測量元件安裝位置油脂多，溫度高，接觸位置容易氧化老化接觸不良，從而導致信號傳輸不穩，信號波動，在安裝工藝上做了改進，連接頭纏生膠帶，外側套熱縮管，做了延長線保護槽盒，防止受力同時起到屏蔽作用。

4.2 碳刷接地干擾軸振測量

#2機組5瓦6瓦軸振曾發生過一起由于接地不良導致軸振大幅波動事件。3S離合器兩側軸振探頭安裝位置靠近發電機勵磁系統，大軸碳刷接地不良也容易導致軸振波動。發生故障當天#2機組帶滿負荷運行，5瓦，6瓦軸振測量值由50微米逐漸攀升，超出報警值130 μm之后開始無規律波動，波動范圍在80 μm～150 μm。發現異常后立即趕往電子設備間查看軸振測量卡件顯示數值，5瓦和6瓦X，Y兩側振動測量數值都在同時波動，用手持式振動測試儀測量軸振測點附近機殼，手測值在40 μm～70 μm，對比日常巡視測試數據并無明顯差別，機組實際振動高的可能性不大。4個探頭同時波動，軸振測量元件同時損壞的可能性不大，懷疑干擾源影響所致。由于該時段現場無人員在接線盒附近使用手機，對講機，且振動波動持續存在，排除外部無線電發射裝置影響。機組維持運行到晚上停機后檢查，首先檢查信號系統屏蔽及接地，屏蔽層均完好，接地線接觸良好，無氧化松動現象。考慮干擾的共性問題懷疑為周圍電磁干擾，檢查3S離合器旁大軸碳刷，發現2只碳刷的公共線松脫，接線緊固后發現盤車狀態下軸振波動同時消失，至此可確認導致軸振波動的主要原因是碳刷接觸不良，轉軸上積累的靜電電荷無法對地釋放通路，靜電荷積累造成軸電壓升高，轉軸產生電勢影響渦流傳感器線圈測量，產生干擾電勢，使測量失真。

5 結語

9F級燃汽輪機3S離合器兩側軸振高是一個普遍問題，排除安裝影響因素，消除回路信號干擾因素，才能保證振動測量值的準確性。工作中需要掌握探頭原理，分析可能存在的虛假信號，提供真實可靠的檢測數據也是保證機組正常運行的重要因素。

參考文獻

[1]李治永.某燃氣輪機電廠發電機勵磁機轉子接地故障的分析與處理[J].燃氣輪機發電技術，20（3-4期合刊）：84-87.

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