消除给水泵汽轮机振动监视干扰的案例分析

徐朔文

（台州发电厂，浙江 台州 318016）

台州发电厂9A和9B给水泵汽轮机轴承测振动采用飞利浦振动探头，MMS6110（双通道轴振动测量模块）通过涡流传感器测量轴的径向振动。传感器的输出即模块的输入，代表传感器前端到轴表面的间隙，信号由1个与静态间隙成正比的静态分量和1个与轴振动成正比的动态分量叠加而成。MMS6110模块将每个通道信号的2个分量分离后，再根据组态中设置的工作模式将其转换成标准信号输出。

1 模块工作原理

MMS6110是双通道轴振动测量模块，有2路独立的涡流传感器信号输入，与之匹配的传感器为德国EPRO公司生产的PR642X系列涡流传感器和配套的前置器，也可使用其它厂家生产的同类型传感器。输入电压为-1～-22 V。

涡流传感器由探头、延伸电缆、前置器等构成。前置器产生的高频电流通过延伸电缆流入探头线圈，当被测金属体表面靠近该线圈时，由于高频电磁场作用，金属表面就产生了感应电流，即电涡流。该电流又会产生1个交变的磁场，磁场方向与线圈磁场方向相反，2个磁场的相互迭加改变了原线圈的阻抗。所以当探头与被测金属表面距离发生变化时，可通过探头线圈阻抗的变化来测量。前置器根据探头线圈阻抗的变化输出与距离成正比的直流电压。涡流传感器就是根据这一原理实现对汽轮发电机组的轴位移、振动、转速、胀差的在线监测和安全保护。但涡流传感器是利用电磁场进行工作的，其输出交流信号分量一般都是毫伏级，因此极易被干扰。

2 存在问题

在给水泵汽轮机的TSI（汽轮机安全监测系统）监测中，多次出现振动尖波。由于振动幅值是给水泵汽轮机的重要监视保护参数之一，当尖波的幅值超过保护值时，就会导致给水泵汽轮机跳闸，因此必须查清振动尖波的原因并加以处理。

当出现振动尖波时，用手持式测振仪在给水泵汽轮机轴承处测量，发现就地振动未出现变化，给水泵汽轮机其他运行参数也正常，可以判定振动尖波并不是实际振动的反映，而是由干扰产生的。

一般现场测量控制系统产生干扰的原因有：

（1）地环流干扰。在现场应用中，仪器设备根据要求需要接地，9号给水泵汽轮机的振动探头前置器侧屏蔽线也应接地，这样，仪表接地与测量设备的接地点之间存在电势差（即各设备的共地点不同），造成地环流干扰。当环流很大且超过一定数值时，会出现很高的共模噪声电压，并通过分布参数耦合到信号线或直接连接到电平信号线，产生很大的串模干扰，对测量有很大影响。这种干扰原因不明显，要加以分析才能有效避免。

（2）人为干扰。电磁干扰产生的根本原因是导体中电压和电流的变化速率，即较大的dU/dt或dI/dt能够使导体产生电磁波辐射。电子设备在工作时，由于导体的dU/dt或dI/dt产生电磁辐射，会发生干扰。在实际工作中，也曾出现由于在振动卡件附近使用电焊机等电气工器具而导致测量出现尖波的现象。这种现象由于比较直观，容易分析原因，能够及时避免。

3 对策及实施

干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径。3个要素中缺少任意1个，电磁兼容问题就不存在，干扰就能被有效消除。因此要从这3个要素入手，找出最方便的解决办法。一般来说，干扰源和敏感源无法解决，只能从耦合路径着手。在对振动测量探头及卡件进行充分检查和分析后，采取了以下对策：

（1）将给水泵汽轮机的振动探头前置器侧屏蔽线浮空。

前置器侧屏蔽线接地情况如图1所示。测量探头、MMS6110数据采集卡以及振动画面显示分别接地于A，B，C点。R1和R2为屏蔽电缆的导线电阻，R3和R4为连接线的导线电阻，Rx为振动探头的内阻。由于大地内部结构、化学成分等都不均匀，所以大地上的任意点A和B间存在着电位差eAB，且其大小和方向随时变化。如果干扰源加在A，B点上，则通过电缆电阻R2串联到测量系统的输入回路中，这个干扰信号与真正的信号源迭加后被送到测量放大电路，即MMS6110数据采集卡中进行放大。这种情况下，干扰是相当严重的，因为信号源ex本身通常很微弱，而A和B点间的干扰源eAB是随时变化的，其大小不可预测，有时会远远超过信号源ex，干扰源eAB与信号源同时被送入数据采集卡进行放大后被采集，然后又被送至画面显示，这样所得到的测量结果有可能完全失真，致使测量无效。由于eAB的不确定性，测量失真现象也具有不确定性。

图1 前置器侧屏蔽线接地等效电路

同样，在B和C点间存在的干扰源eBC通过导线电阻加在电测量系统的输出回路上，但干扰源eBC没有被放大，而只是迭加到通过电测量放大电路过来、已被放大了数千倍的信号源ex上。因此，干扰源eBC所造成的测量误差很小。

将9号给水泵汽轮机的振动探头前置器侧屏蔽线浮空后，取消了A点的接地，即可有效消除eAB的干扰。

（2）对必须接地的探头连接点加装绝缘套管，在不能加装套管的地方则用绝缘胶带做好绝缘。当连接点出现接地时，如图2所示。

图2 连接点接地等效电路

图3 改造前后振动监视曲线

当连接点接地时，连接电缆的金属屏蔽网分别接在测量探头和放大电路，即数据采集卡的两端，这样通过A和B点接地，干扰源eAB通过金属屏蔽网、电阻R与大地组成回路，即在电缆金属屏蔽中有干扰电流，通过金属屏蔽网与电缆芯线的相互感应作用，干扰源eAB被感应到测量系统的输入回路中，然后同时被送入测量放大回路进行放大。虽然这种干扰的影响远小于前置器屏蔽线直接接地，但当干扰源eAB较大时，其干扰作用也不可忽视。所以消除接头的接地非常重要，这样才能有效避免干扰。

（3）保证接地良好。信号回路参考地必须唯一。原先的接地线接地不规范，出现了松动现象，接地电阻较大，抗干扰能力较差。进行接地线改造后，保证接触良好，接地电阻小于0.5Ω。另外，在机柜内加装绝缘子,把信号地和保护地分开。

按上述对策进行改造后，清除了干扰，9号给水泵汽轮机振动监视平稳，改造前后振动监视曲线如图3所示。

4 结语

在给水泵汽轮机的振动监视中，由于没有做好抗干扰工作，出现不同原因的多点接地现象，导致多次出现测量不准确的情况。通过分析调查后，采取了有效措施，实现有效的单点接地，消除了干扰，给水泵汽轮机的振动监视平稳，能够实时有效地反映振动参数的变化。

[1]铁道部科学研究院铁道建筑研究所.振动测试和分析[M].北京：人民铁道出版社，1987.

[2]李德荷，张元润.振动测量与试验分析[M].北京：机械工业出版社，1992.