一種改進的電渦流傳感器信號靜態測試方法

錢海龍

(中國能源建設集團華東電力試驗研究院有限公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

汽輪機監視系統的調試是整套機組調試過程中的關鍵環節，關系著機組的運行安全。在機組啟動及運行過程中，振動信號是判斷機組正常運行的重要依據。動靜碰磨、徑相摩擦、轉子不平衡等問題故障都可以通過對振動信號的檢測來判斷，為運行人員監控和排除機組故障提供極大的便利。目前發電汽輪機組運營人員普遍采用電渦流傳感器進行振動檢測，電渦流傳感器能準確測量汽輪機軸與振動探頭端面之間的相對位移變化，其工作優勢包括非接觸測量、靈敏度高、抗干擾能力強、不受油水等介質影響、可靠性好、響應速度快等，十分適用于發電汽輪機振動檢測，但該方法也存在所需設備較多、操作復雜的缺點。本文改進后的方法可使用常規調試設備對采用電渦流傳感器的振動信號進行完整回路的靜態測試，確認振動測量系統功能是否完善，測試方法簡單、高效且可靠。

1 電渦流傳感器工作原理

1.1 電渦流產生原理

電渦流傳感器主要部件包括傳感器、前置器、延伸電纜、汽輪機監視裝置等。根據麥克斯韋爾電磁理論，傳感器線圈中通入高頻電流之后，線圈周圍會產生高頻磁場H1，該磁場靠近其他金屬表面時，會在其表面感應產生電渦流。根據楞次定律，變化的電渦流又會在其周圍產生一個電渦流磁場H2，其方向和原磁場方向相反，這兩個磁場相疊加會改變原線圈的阻抗[1]。其原理圖如圖1所示。

圖1 電渦流傳感器原理圖

1.2 電渦流測量原理

電渦流產生的磁場總是抵抗檢測線圈形成的磁場，當檢測電感線圈和被測體之間的相對距離發生變化時，檢測線圈的等效阻抗也會發生改變從而改變輸出信號[2]。當傳感器與被測物體的表面相對距離變大時，電渦流變弱，阻抗減小，傳感器的輸出電壓變大；當相對距離變小時，電渦流變強，阻抗增大，傳感器的輸出電壓變小。在一定范圍內，在被測體的電阻率、磁導率及線圈激勵電流的頻率不變的情況下，傳感器的輸出電壓與傳感器和被測體的相對距離成線性關系。

2 電渦流傳感器振動靜態測試

2.1 常規測試方法

常規汽輪機振動靜態測試方法使用的主要設備包括信號發生器和9 V電源。其測量原理是摒棄就地傳感器，直接通過信號發生器模擬一個振蕩輸出信號至振動檢測裝置。測量回路的構成是拆除前置器至汽輪機監視系統振動測量端子的接線，將信號發生器負表筆接汽輪機監視系統信號端(signal，SIG)，9 V電源正端接汽輪機監視系統公共端(common ground，COM)，電源負端則接至信號發生器正表筆，如圖2所示。通過信號發生器給汽輪機監視系統施加激勵信號，檢驗汽輪機振動信號的輸出和保護動作是否正確。此測試方法回路不包括就地傳感器和放大器，只是通過信號發生器對汽輪機監視裝置進行靜態測試，無法保證測試回路的完整性和可靠性。同時此測試方法拆接線和恢復接線工作量較多，且需要特別注意額外增加的9V電源接線方式，避免對汽輪機監視裝置和信號發生器造成損害。

圖2 常規振動靜態測試回路示意圖

2.2 改進后測試方法

改進后的汽輪機振動靜態測試方法只需要1個信號發生器，其測量原理是將信號發生器串接至振動回路，通過改變振動測量回路輸出實現靜態測試，只需拆除汽輪機監視裝置振動測量的SIG端子至就地設備的接線，另取一根長度合適的線芯固定至SIG端，將測試儀串入振動回路，串接測試回路示意圖如圖3所示。將信號發生器串接至振動回路后，信號發生器設置正弦波，設置其頻率為50 Hz (此頻率信號接近于實際振動測量元件輸出信號)，通過改變峰值電壓模擬感應電動勢實現對振動信號靜態測試。此方法在靜態測試時只需拆接一組接線，不需要額外增加電源串接至振動測試回路，操作更為簡單安全。同時，此方法進行振動靜態測試時包含了就地傳感器和前置器，實現了對振動信號的完整回路測試，測試結果更完整可靠。

圖3 改進后的振動靜態測試回路示意圖

2.3 靜態測試數據處理

某電廠汽輪機電渦流軸承振動靜態測試時，采用改進后的測試方法對汽輪機#1軸承X向振動和#2軸承Y向振動進行測試，對數據進行記錄和計算處理后發現，該電渦流軸承振動靜態測試數據精度滿足測試要求。已知電渦流振動傳感器靈敏度為7.87 mV/μm，安裝間隙電壓要求為-10.0 V，實際測量安裝間隙電壓為-10.0 V，靜態測試數據及誤差見表1所列。

表1 靜態測試數據比較

3 結語

常規電渦流振動靜態測試方法和本文介紹的改進方法的區別主要在測試回路結構上，對于振動測量系統的檢驗方法都是通過改變振動監視裝置的接收值。改進后的測試方法回路結構更為簡單明了，將振動整個回路包括在測試回路中，可及時有效地排除回路故障，而常規測試方法只是對汽輪機監視裝置振動系統的檢驗，無法保證整個振動回路正常。改進后的測試回路拆接線工作量大幅降低，提高了測試效率的同時有效減少了因拆接線引起的錯接、虛接等問題，測試回路中也不需要再增加9 V電源或其他設備，減少了因增加外接設備導致汽輪機監視裝置及信號發生器通道或者模件損壞的風險。