对汽轮机组瓦振控制信号波动的分析研究

贾昕泽

（哈尔滨电气国际工程有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

1 机组概况

蒙古国额尔登特铜矿自备电厂汽轮机组采用南京汽轮电机（集团）有限责任公司生产的2台功率为12MW，型号为CC12-3.43/1.2/0.6的中温中压、单轴、单缸、双抽凝气式汽轮机和2台功率为12MW，型号为N12-3.43型中温中压、单轴、单缸、凝气式汽轮机。每台机组有4个轴瓦2个推力瓦，TSI汽轮机安全监视系统采用本特利的3500系统，DCS系统采用浙江中控的ECS-700系统。

2 问题描述

在机组首次启机冲转期间，3号机组的四瓦振动信号显示正常，在负荷升至约2MW时，瓦振信号开始出现跳变，幅度能达到100μm。由于本机组的保护逻辑设计为任一瓦振大跳机（四取一），需要对4台机组都进行优化以避免该现象再次发生。此外，在切除3号机瓦振信号ETS保护后的检查过程中，发现4号机组在进行手动AST电磁阀动作时，3号机的4瓦振动信号同时发生大幅度跳变。该问题也需要消除，以免各机组之间互相影响。

3 问题分析研究

针对这种信号波动的情况，立即对三号机各瓦实际振动进行测量，振动值在10～12μm左右，属于正常范围内。由此可以排除机械实际振动超标的可能，判断为电磁信号干扰。需要进一步分析查找信号干扰源及干扰途径。

3.1 探头测量原理

本机组采用的瓦振探头为本特利内华达Seismoprobe系列9200两线制压电式传感器，该传感器电源为24VDC，输出信号为毫伏级电压信号。各瓦振动探头的安装位置在各瓦就地轴承座罩壳盖上，经一根两芯1.5平方的计算机控制屏蔽电缆敷设至电子设备间的TSI机柜上，通过接线端子和BENTLY-3500监测系统的振动监测模块各通道进行连接，各探头连接每通道的计算机控制电缆长度约为50m。

3.2 干扰源及分析

（1）发电机励磁干扰：如图1所示，4瓦振动探头安装位置位于4瓦轴承座盖上，靠近发电机励磁端。经观察信号从机组升至约2MW负荷时开始突变，而且随着负荷的增加，瓦振信号的跳变有逐渐增大的趋势。根据探头的安装位置，分析其原因是由于在发电机升负荷时，发电机励磁产生高频电磁脉冲。发电机励磁电流增大，感应电流随磁场耦合到瓦振信号电缆而产生干扰。如图2所示，根据磁场耦合干扰公式En=jωMI，M为干扰源和被干扰对象之间的互感系数，I为干扰源工作电流，ω为干扰源的工作频率，即感应干扰与干扰源的工作电流I和频率ω成正比，这种干扰属于共模干扰。但轴瓦振动检测位置不能更改，就需要对探头的抗干扰性能进行优化提高。

图1 四瓦振动探头位置示意图

图2 磁场耦合干扰示意

（2）电缆屏蔽接地不良的干扰：由于各控制电缆相近电路之间存在着分布耦合电容，如果电缆屏蔽不好的情况下，将导致电位发生变化，这时其他电路的电荷即可能通过分布电容进而静电耦合到测量电路上，产生干扰。根据国标热控工程施工规范以及《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》规定，传感器的控制屏蔽电缆需要保证单点接地。瓦振信号接地方式为：振动探头侧悬空，与控制电缆连接敷设至机柜处，控制电缆的屏蔽层连接SHLD端子，引到振动监测模块的外壳上，在机柜侧实现单点接地。经实际测量，电缆与SHLD端子接触良好，机柜外壳接地电阻为0.01Ω，接地正常。控制电缆内的单层屏蔽层接地正常，排除由于接地不良造成的干扰因素。

（3）其他设备的干扰：由于发现了4号机AST电磁阀动作时引起3号机4瓦振动信号跳变的情况，可判断电磁阀动作信号引起的干扰，4号机AST电磁阀位置位于4号机汽机机头侧，而3号机4瓦振信号位于3号发电机励磁端，所以不是电磁阀直接对探头进行的干扰，即应从电缆敷设路径进行分析优化。

4 问题的解决

针对这两种情况分别进行处理。

（1）通过咨询本特利厂家，原9200系列探头在本机组发电机励磁端，抗干扰性能目前不满足要求，所以现场将4瓦瓦振9200传感器更换为本特利的抗干扰性能更好的330500 Velomitor®压电式两线制速度传感器。为保证所有4台机组稳定运行，将4台机组的4瓦振动传感器都进行了更换，提高了抗干扰性能。

（2）针对电缆敷设路径存在干扰源的情况，由于压电式传感器的毫伏级信号比较敏感，采取各瓦振信号线汇到接线盒内后通过镀锌钢管走到备用槽盒内，外壳进行两点接地，然后单独走线敷设至电子间TSI机柜的做法。如图3原理图所示，当电缆路径上的外部设备产生强磁场耦合干扰时，在外层通道产生感应电流I1，并在电缆屏蔽层上感应产生同等的电流I2，而I1在电缆屏蔽层上又会感应产生与I2相位角相反的大小同等的电流I3，以做到两者相互抵消，进而加强了对外部电磁干扰的屏蔽作用。这样既实现了对瓦振控制信号的双层屏蔽、优化了屏蔽效果，也在路径上远离了干扰源。

图3 重新敷设电缆后的双层屏蔽原理图

通过以上方式的处理，在各汽轮机组进行启机升负荷，以及停机ETS动作、AST电磁阀复位等工况下，经观察均未出现瓦振信号大幅度跳变的现象，实现了问题的彻底解决，保证了机组正常稳定运行。

5 结语

TSI系统各模拟量信号对于机组稳定运行至关重要，本文通过对机组瓦振信号出现波动的研究和分析，对电厂机组控制信号抗干扰性能的处理提供了可参考的经验。

（1）当出现控制信号波动时，首先排查来自设备的干扰和传感器安装情况，检查发电机励磁干扰或重要辅机等大功率设备强磁场的干扰，传感器安装应严格按厂家要求安装，包括安装角度和方向等，检查其抗干扰性能是否符合国家标准。

（2）首先检查控制电缆接线是否接触良好；进而检查控制电缆屏蔽层是否已在机柜卡件侧单点接地；若单层屏蔽效果不佳，检查电缆槽盒或单独的金属外壳通道的屏蔽情况；或采用双层屏蔽电缆接线，电缆外层采用两点接地，内层采用单点接地，达到等电位以屏蔽强磁场的干扰。

（3）检查控制电缆敷设路径，施工验收严格执行国家标准，电缆敷设应控制电缆和动力电缆分层敷设，避免与高压电缆、电源电缆交叉或平行，优化敷设路径以避免其他电缆的干扰。汽轮机组控制信号的抗干扰性能优化是一个系统分析的过程，要多方面考虑，采取逐一排除的分析方法，尽快地找到干扰源和干扰路径，有效地解决问题。