某電廠#1機組#3軸承振動大導致汽輪機跳閘分析

陳 昊，李 豪

（寧夏棗泉發電有限責任公司 設備管理部，銀川 750409）

0 引言

某電廠#1 機組為660MW 上海汽輪機廠引進西門子技術生產的超超臨界參數汽輪機，型號為：NJK660-27.0/600/610。汽輪機型式：超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸雙排汽、間冷凝汽式、七級回熱抽汽。汽輪機共有7 個軸承，每個軸承均設置2 個絕對振動測點和2 個相對振動測點，絕對振動測點采用同側安裝，相對振動采用X、Y 方向安裝，4 個振動測點前置器安裝在同一接線盒內。汽輪機監視儀表TSI 系統采用瑞士的VM600 監測系統，軸承絕對振動測量采用CA202 壓電式加速度傳感器和IPC704電荷放大信號前置器，汽輪機監視儀表TSI 本身不作保護邏輯，而是通過一次儀表傳感器采集信號送至二次儀表處理后輸出開關量和模擬量信號至ETS 系統作跳機保護邏輯[1]。

壓電式加速度傳感器內部安裝有壓電晶體及固定質量（m）的金屬塊，石英晶體的壓電效應用來將機械運動轉換為電信號，壓電晶體受到壓力會產生一定數量的電荷，這個電荷的數量是和受到的擠壓力成正比的，通過測量電荷的數量，就可以得到受到的力（F）的大小。根據牛頓第二定律F=ma，在測得受力F 和質量m 的情況下，算出加速度a=F/m[2]。

圖1 #1～#4軸承絕對振動測量原理Fig.1 #1～#4 Bearing absolute vibration measurement principle

圖2 #1機組跳閘過程Fig.2 #1 Unit trip process

由于碳刷接地發電機的軸電壓對TSI 易產生干擾[3]，絕對軸承傳感器在不同軸承座安裝方式不同，為保證測量信號的可靠性，#1 ～#4 軸承絕對振動探頭就地采用接地安裝如圖1 所示，#5 ～#7 軸承絕對振動探頭就地采用絕緣安裝。

1 事件經過

11 月30 日14 時20 分，#1 機 組 負 荷346MW，1A、1B、1C、1E 制粉系統，#1 主機潤滑油冷油器后溫度51℃，潤滑油壓0.45MPa，#1、#3 軸承回油溫度分別為：56.6℃、67℃，#1、#3 軸承溫度分別為：61.9℃、0.9℃，#3 軸承絕對振動A、B 分別為：1.44mm/s、1.48 mm/s。

14 時26 分48 秒，#1 機#3 軸承絕對振動A、B 分別由1.5mm/s、1.7mm/s 突升至12mm/s、12.6mm/s，#1 汽輪機跳閘，鍋爐MFT，發電機解列，ETS 首出為“軸承絕對振動高”，跳閘過程如圖2 所示。其他信號均屬于正常、穩定狀態，汽輪機轉速信號始終維持在3000r/min，汽輪機軸位移信號長期穩定在0.06mm，汽輪機#3 瓦軸承振動測量值為42.6um，#4 瓦相對振動為1.89mm/s。

圖3 現場模擬時軸承振動跳變情況Fig.3 Bearing vibration jumps during field simulation

2 原因分析

2.1 靜電干擾

現場檢查#3 軸承前置器接線盒內絕對振動和相對振動的前置器接線，未發現有松動現象，TSI 振動測量回路絕緣檢查無異常。經調取現場錄像發現當時#3 軸承處有維護人員巡檢，經確認維護人員當時使用化纖毛撣對#1 機#3 軸承前置器接線盒進行了清掃。

后經現場模擬，使用化纖毛撣對#3 軸承前置器接線盒進行反復清掃，與跳閘時#3 軸承振動跳變現象一致，同時對#1 ～#7 軸承前置器接線盒進行清掃，模擬試驗軸承振動跳變均超過跳閘值，現場模擬時軸承振動跳變情況如圖3 所示。同理，對轉速信號、位移信號、相對振動信號均采用靜電荷累積干擾測試，發現以上信號均未出現相同情況。其主要原因為所有固有物體均是由原子所構成，而原子又分為原子核和電子，帶負電荷的電子圍繞著帶正電荷的原子核做高速運動。在一般情況下，帶正電荷的原子核和帶負電荷的電子所帶的電量是一致的。因此，具有中和性，并不顯示出電性。原子核內正電荷始終處于穩定狀態，但核外電子長期處于游離模式，導致負電荷較容易擺脫原子核的束縛而轉移至其他物體上，從而使原子核和電子所帶電量不一致而顯現電性。當物體由于物理作用失去游離電子時，物體電子帶的負電荷逐漸少于原子核所帶的正電荷。因此，出現了物體呈現正電性。相反的，奪得電子的物體由于電子所帶的負電荷數量高于原子核所帶的正電荷數量而呈現負電性。

用化纖毛撣清掃接線盒時，化纖雖然是絕緣體，兩個物體互相摩擦時，因為不同物體的原子核束縛核外電子的本領不同，所以其中必定有一個物體失去一些電子，另一個物體得到多余的電子。化纖上所帶的電荷積聚在物體表面，因不能泄漏掉而產生電荷積聚現象，并且靜電的帶電體會產生相應的靜電場，此靜電場直接影響接線盒內IPC704 電荷放大信號前置器的輸出，造成絕對振動測量數據虛高。

2.2 邏輯設置不合理

ETS 邏輯中設置軸承絕對振動高跳閘條件為：#3 軸承絕對振動#1、#2 均大于等于11.8mm/s，延時1s 或#3 軸承絕對振動#1、#2 任一大于等于11.8mm/s，且另一信號質量壞，延時1s，此設置未考慮到IPC704 電荷放大信號前置器易受到靜電或雷擊等其他因素的影響。邏輯中主要考慮的是保護汽輪機突然發生意外后，絕對振動過高立馬泄油停機，未考慮信號波動或信號干擾的突發狀況，當前置機周圍有高電壓、高電流設備運行時，產生較大電磁波將會影響汽輪機絕對振動測點的放大器信號，測量結果就會嚴重失真甚至導致保護誤發。

2.3 接線盒材質不規范

上海汽輪機廠配供為有機塑料接線盒，未充分考慮對摩擦靜電干擾的屏蔽，前置器接線盒選型不合理。前置器接線盒均為主機廠家自帶設備，其中有兩種材質，分別為鐵質接線盒和塑料接線盒。鐵質接線盒主要用于放置溫度測點，塑料接線盒主要用于放置軸位移、相對振動、絕對振動、相對位移、轉速測點等信號。設計時，并未充分考慮相對振動接線盒內的前置放大器與其它測點物理屬性相匹配問題。因此，未充分考慮到靜電累積導致化纖接線盒外部聚集大量電荷導致絕對振動信號被干擾。

3 防范措施

3.1 禁止使用化纖類工器具進行保潔

紡織及化纖材料屬于絕緣物質，具有較高的電阻率，特別是絕大多數的合成纖維回潮率較低，其比電阻大大高于天然纖維，在干燥環境下明顯產生靜電荷積累現象。在紡織化纖物品加工和使用過程中，纖維材料相互間或同其它物體接觸摩擦，都會產生帶電現象。纖維材料受壓縮或拉伸，或者周圍存在帶電體，或者在空氣中烘干，也會產生帶電現象。針對此類現象某電廠專門制定保潔制度，對電氣、儀控專業所有配電柜、保溫保護柜、控制箱、接線箱（盒）、電子屏柜等，禁止使用化纖類易產生靜電工器具進行衛生保潔工作，全面梳理各項衛生清理活動中的風險源因素并做好預控措施，確保人身、設備安全。

3.2 優化邏輯

優化ETS 邏輯中設置軸承絕對振動高跳閘條件的延時時間，將原來的延時1s 修改為延時3s，同時增加速率保護判斷邏輯作為驗證條件。此設置防止IPC704 電荷放大信號前置器受到靜電、雷擊的干擾，或者信號發生抖動等原因造成保護誤動。新增邏輯中增加保護速率判斷目的以確認信號為緩慢、逐步變化升高時觸發保護邏輯，若出現快速信號升降則切除保護功能，有效防止信號誤發導致的保護誤動，對于信號強電干擾、經典干擾有顯著的預防效果。

3.3 接線盒改造

經與上海汽輪機廠溝通協商，利用機組停機檢修機會，將汽機振動接線盒有機塑料接線盒外層加裝金屬材質接線盒并加裝接地。改造完成后，用不同材質清潔工具對接線盒擦拭進行抗干擾測試，所有信號穩定，無波動現象。加裝金屬材質接線盒并將接線盒外殼與大地相連接可以有效解決接線盒表面聚集的大量靜電，當接線盒表面有大量游離電荷時可以通過接地線將游離電子導至大地，避免出現電荷量與IPC704 電荷放大信號前置器互相干擾、互相影響作用。

4 結束語

干擾是測量中的一個重要問題，西北地區的干燥環境使靜電干擾十分嚴重，特別在冬季，靜電干擾更為嚴重[4]。提高主保護信號可靠性，確保信號不被靜電干擾尤為重要，尤其是提高易受干擾的壓電式加速度傳感器的穩定性，并全面進行危險源辨識，做好隱患的排查和治理尤為重要。從提高設備和邏輯可靠性出發，避免因為靜電干擾造成保護誤動引起機組停運，本文主要針對靜電干擾引起絕對振動保護誤動作的原因和處理方法加以分析，希望同類型機組的電廠可以借鑒并排查隱患。