磁电式速度传感器的使用和运行分析

刘 敏

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

汽轮发电机组的振动是机组安全与经济运行的重要指标，高参数、大容量的机组通常都同时将垂直和水平向振动作为汽轮发电机组跳闸保护参数。目前浙江省内各电厂使用的汽轮发电机组振动监测设备多为美国本特利、瑞士VB-600和德国菲力浦的产品，少数使用日本产品，风机则部份使用了国内产品。多数振动传感器的计量检定结果性能比较稳定，投入运行后能正确反映机组的振动变化，但有少数性能不稳定，或因校验、安装、使用不当导致运行中发生异常，影响机组正常运行，甚至导致机组跳闸。本文分析并提出了振动传感器的使用注意事项与改进措施，供机组检修维护人员参考。

1 磁电式速度传感器

1.1 理论依据

机组振动的大小可用振动参量如位移、速度和加速度等不同量值表征，目前测量机组轴承振动（瓦振）常用磁电式速度传感器。磁电式速度传感器是利用磁感应电动势将机械振动转换成电信号输出的换能装置，即在传感器线性范围内其电压输出与机组振动速度成正比，适用于测量汽轮发电机组轴承盖上的轴瓦或机壳振动。

机械振动根据振动的规律可以分为周期振动和非周期振动两大类。周期振动有一种特殊形式为简谐振动，各参量之间有固定的数学关系，其运动规律为：

式中：D为位移量；A为振动位移；f为振动频率；t为时间；φ为初始相位角。

在正弦振动条件下，其振动速度换算公式为：

式中：V为振动速度。

振动传感器的灵敏度是传感器输出电量与输入振动机械量之比。为确认振动监测系统是否正常运行，应对传感器的灵敏度Sv进行定期检测：

式中：U为振动传感器输出电压。

速度传感器有两种型式，即相对式和惯性式，电力系统常选用惯性式磁电传感器，其基本结构由弹簧支架、测量线圈、永久磁钢、外壳和输出引线端等部分构成，图1为结构示意图。

图1 磁电式速度传感器结构示意图

1.2 工作原理

传感器由永久磁钢产生恒定的直流磁场，软弹簧一端与测量线圈连接，另一端与外壳连接。传感器紧固在汽轮发电机组轴承盖上并随轴承座一起振动时，永久磁钢和外壳随被测物体同时上下振动，由于测量线圈有软弹簧支撑，保持相对静止不动，这样测量线圈切割磁力线产生感应电动势，该电动势与机组的振动速度成正比。

1.3 工作特点

传感器工作频率范围为5～1 000 Hz，在使用频率范围内能输出较强的电压信号，且不易受电磁场和声场的干扰，测量电路较简单，传感器输出信号与电缆长度没有特定的要求。

振动传感器按照信号输出方向可分为单向型（重直或水平向）和通用型（重直或水平向均可使用）两类，现场安装时应注意传感器的使用方向和系列号说明。

2 磁电式速度传感器的安装与运行维护

2.1 传感器选型

订购传感器时，要参考产品系列号说明，注意传感器测量方式、灵敏度、最低工作频率，铠装或非铠装电缆总长度，电缆末端连接方式的选择等。美国本特利公司生产的磁电式速度传感器有单向型、通用型和高温型（传感器工作温度-29℃～+204℃）等几种类型，出厂灵敏度通常为19.7 mV/（mm·s-1）。德国 EPRO 公司生产的磁电式速度传感器只有单向型和高温型（传感器工作温度 200℃）， 出厂灵敏度为 17.5～28.5 mV/（mm·s-1），产品系列号不同，出厂灵敏度也不同。德国申克公司生产的磁电式速度传感器只有单向型（工作温度-10～+50℃），多用于水电厂，出厂灵敏度为 20.0 mV/（mm·s-1）。部份风机上使用的国内产品有∶无锡厚德自动化仪表有限公司生产的单向型和通用型磁电式速度传感器，出厂灵敏度为20.0 mV/（mm·s-1）； 江阴第三电子仪器厂生产的磁电式速度传感器，出厂灵敏度每批次均不相同，无产品系列号说明，传感器互换性差，必须与二次表配套检测、配套使用。

2．2 传感器安装

现场安装和检修维护中的不规范行为或对细节的忽视，都可能对振动监测系统的可靠运行产生影响。

（1）某电厂振动监测系统工作不正常，检查发现现场安装未注意传感器工作方向，使传感器输出信号不正常。磁电式速度传感器安装时要注意其工作方向，即安装角度。传感器工作方向有三种型式：重直向（0°±2.5°）、 水平向（90°±2.5°）和通用型（0°±100°，重直或水平均可使用）。

（2）某电厂使用美国本特利公司生产的磁电式速度传感器，损坏后购买新传感器时未注意产品系列号，使新传感器接头连接方式与原设计不匹配，影响在线振动监控系统正常工作。

（3）现场安装传感器时应保证其敏感轴与正弦激振方向垂直度偏差在±5°以内，以减少测量误差。

传感器安装时采用浮地方式，输出引线插座即汽机现场侧应绝缘浮空,电缆宜采用二芯屏蔽电缆，屏蔽层在汽机现场侧应绝缘浮空，电缆屏蔽层应直接延伸到机架，并将屏蔽线直接接在机架的COM或Shield端。

2.3 运行维护管理

（1）以美国本特利公司测量主机轴承振动（瓦振）的9200型传感器为例说明其检测方法。

传感器安装后，确认安装方向和接线正确，接线和连接头无松动。用检定合格的万用表测量传感器两端的输出电阻值，应在620 Ω左右。

在机组正常工作且汽机监视仪表（TSI）系统处于正常工作状态时，用万用表测量传感器两端输出交流电压，同时记录TSI系统适配该传感器卡件通道二次仪表显示的振幅指示值。该振动传感器的出厂灵敏度为 19.7 mV/（mm·s-1）， 假设该通道显示的振幅峰峰值AP-P为100 μm。根据公式（2）计算出机组的振动速度Vp应为15.71 mm/s，代入公式（3）计算得出9200型传感器输出电压有效值U应为218.84 mV。

传感器参考点灵敏度的偏差一般为±5%，频率响应灵敏度的偏差一般为±10%，但有个别厂家提供的参考点灵敏度偏差为±10%，需根据厂家说明书的要求判定检查。

传感器灵敏度的负偏差大于5%时应引起注意，灵敏度偏离较大时应及时更换传感器，以免给机组安全运行带来隐患。如无备品或所订购传感器不能及时到货，应采取应急措施，如降低报警设定值，使运行人员提前注意。

（2）新机组安装或校验周期到期后的检修安装前，振动传感器应由具有检定资质的机构检验合格。送检时，须对传感器进行保护处理，以免造成探头损坏。

现场安装时，传感器应配套使用，错用会引起较大测量偏差。如某电厂一次风机振动测量发现存在较大偏差，经查是误将引风机的振动传感器安装在了一次风机上。一次风机正常工作且TSI系统处于正常工作状态时，记录振幅峰峰值为100 μm，根据公式（2）计算出的一次风机振动速度应为7.76 mm/s，一次风机振动传感器实测灵敏度为 32.74 mV/（mm·s-1）， 将计算值和实测灵敏度值代入公式（3）计算得出该传感器输出电压有效值为179.65 mV。而错用的引风机振动传感器实 测灵敏度为27.34 mV/（mm·s-1）， 同样将该灵敏度值和一次风机振动速度代入公式（3），计算出该传感器输出电压有效值则为150.02 mV，与前者的测试误差为16.5%。

（3）德国EPRO公司生产的磁电式速度传感器，由于产品系列号不同，出厂灵敏度也不相同，因此选择不当会产生测量误差。选择使用或订购备品时应认真阅读产品使用说明书和传感器的产品系列号说明。

（4）送检的磁电式速度传感器常有电缆绝缘层开裂现象，原因是就地电缆因环境温度高或接触油后老化以及大修装卸时不注意的磨损而引起，导致绝缘下降或多点接地。多点接地在不同的地网间会产生电势差，在屏蔽层产生环流，叠加在信号上会引起模拟量波动或突变，对测量系统产生干扰。因此测量回路中的电缆老化问题不容忽视，应列为机组检修时的检查项目。

某600 MW机组轴承振动信号跳变和某300 MW机组汽轮机转速信号跳变，分别引起机组跳闸，经查都是连接电缆安装敷设时未做好防护，屏蔽层因振动等原因磨损，造成两点或多点接地。

某机组汽动给水泵轴承振动有不定期波动现象，原因也是就地电缆因环境温度高而老化引起。

某脱硫增压风机在停运情况下，振动信号有跳变4.4 mm/s的情况，检查发现为就地机柜的接地虚焊。将机柜接地扁铁重新焊接牢固，增压风机振动跳变消失，恢复正常。

（5）汽轮发电机组高压缸处1-3号轴承应选用高温型传感器、耐高温电缆，以提高传感器工作稳定性。

（6）发现信号异变或运行中信号记录曲线有异常时，应及时检查与处理，并将曲线归档保存。

3 结语

掌握磁电式速度传感器的工作原理和正确的检定、安装、使用方法，是保证TSI系统可靠运行的前提和及时正确判断机组振动异常原因的基础。为保证机组安全、稳定运行，应对TSI系统定期自查、按周期检定，及时消除缺陷并建立考评制度。配置必要的易损备品备件，损坏时能及时更换，确保TSI系统能正常工作。

[1]严可国.大型旋转机械监测保护故障诊断系统[M].北京：英华达电力电子工程科技有限公司.1994.

[2]孙长生，王建强，项谨.汽轮机监视仪表可靠性分析与改进措施[J].中国电力，2007，40（11）∶85-88.