风机振动监视器的校验

胡海军

(广东珠海金湾发电有限公司，广东　珠海　519060)

风机振动监视器的校验

胡海军

(广东珠海金湾发电有限公司，广东珠海519060)

分析了风机振动监视器校验的计算方法，分别说明了对风机振动传感器、监视器以及回路的校验方法，介绍了误差分析和校验合格的判断标准。

风机振动监视器;振动峰值;振动有效值

火力发电厂的六大风机包括2台送风机、2台一次风机和2台引风机，是火力发电厂重要的辅机设备，其安全可靠运行是保证火力发电厂正常运行的重要保证，而对风机进行连续在线振动监测是保证风机系统正常运行的重要手段。因此在机组每次大修期间，必须对六大风机的振动监视器进行校验，确保风机振动监测的准确和保护动作的可靠［1］。笔者介绍振动监视器的校验方法，保证校验的有效和准确，使得振动监视器指示正确和保护动作可靠，确保风机的安全运行。

1　振动监视器系统的构成

风机振动监视器系统由振动传感器和振动监视器两部分组成。对振动监视器系统的校验应包括对振动传感器、振动监视器和振动监视器回路三个部分的校验。

风机振动监视器通常监视风机的轴承振动，传感器采用轴承振动传感器，这是一种接触式传感器。传感器又可分为压电式速度传感器、磁电式速度传感器和压电式加速度传感器三种形式。风机振动监视器接受振动传感器的信号，并对输入的振动信号进行处理后输出振动的测量值。通常振动测量值可根据振动量化单位的不同分为:振动位移值(μm)、振动速度值(mm/s)、振动加速度值(mm/s2)三种量化单位来进行描述，其中振动速度值还可采取振动单峰值(PK)和有效值(RMS)来进行衡量。

2　风机振动传感器的校验

风机振动传感器一般采用接触式的振动传感器。由于火电厂使用的风机属于低速旋转机械，一般不采用振动的加速度值来衡量风机振动的大小［2］，很少使用压电式加速度传感器。因此笔者仅讨论压电式速度传感器和磁电式速度传感器这两种传感器的校验。

2.1压电式速度传感器的特性

有些材料如石英晶体或罗谢尔晶体(Rochelle)，在这些材料上施加一个外界的力，就会产生电荷的移动，电荷移动后会产生电动势，其大小与所受的外界力成比例的单值函数，方向与所受外界力的方向(拉伸或压缩)相对应，这种现象称为晶体的压电效应，而此种晶体就被称为压电晶体或压电元件。如果有一个带有电极的压电元件，其两端接触并固定在机组的壳体上，当机组发生振动时，压电晶体就会反复地被拉伸和压缩，产生一个与振动加速度信号成比例的电动势，如果在传感器的内部内置一个积分电路，对振动的加速度信号进行积分处理后即可得到振动的速度信号(见图1)。

2.2磁电式速度传感器的特性

磁电式速度传感器工作原理:如果有一导体作切割磁力线的运动，它会产生一个与它运动速度成比例的电动势。弹簧片、线圈骨架和线圈组成了一个二阶惯性质量系统，如果其固有频率很低(一般为10～20 Hz)，那么当机组的振动频率在这个惯性质量系统的固有频率之上时，线圈相对于空间静止，而传感器的磁铁棒是刚性地固定在机壳上，所以磁铁与机组的振动是完全一致的，这样就相当于磁铁在线圈内运动，在线圈内产生与振动速度信号成比例的电压信号(见图2)。

2.3传感器的校验方法

2.3.1传感器的接线

压电式速度传感器由于其传感器内置了积分回路，因此传感器采用了两线制方式。接线方式见图3，将振动传感器固定在振动试验台上，+24 V电源通过恒流二极管连接至振动传感器，万用表连接到传感器的输出端，测量传感器的交流电压输出。

磁电式速度传感器是直接在线圈内产生，与振动速度信号成比例的电压信号，无需外接电源。将振动传感器固定在振动试验台上，万用表直接连接到传感器的输出端，测量传感器的交流电压输出(见图4)。

2.3.2校验方法

使用上海发电设备成套设计研究院生产的VVB-1型便携式振动试验台，可根据现场所使用的风机振动监视器的指示单位来设置振动的速度峰值或振动的速度有效值。被校验的振动传感器灵敏度的计算公式为:

式中:S为被测传感器的灵敏度，mV/(mm·s－1); V为万用表测量值，mV;Mrms为振动台试验给定振动的速度有效值，mm/s;Mpk为振动试验台给定振动的速度峰值，mm/s。

利用标准振动试验台产生振动的标准信号，测量传感器的输出电压，一般情况下，调整标准振动试验台的输出，按照量程的大小，设置5～10个标准输出信号，并记录5～10个振动传感器的输出电压。根据所记录的输出电压数据，计算出传感器的灵敏度。国内压电式速度传感器比较常用的型号有日本新川公司生产的CV-861系列和美国BN公司生产的330500系列振动传感器，其输出灵敏度为3.94 mV/(mm·s－1)，允许灵敏度误差为±10%。

被测传感器灵敏度误差计算公式为:

式中:ΔE为被测传感器灵敏度误差;S标为传感器标准灵敏度。

给定各点振动速度值，记录各点测量电压值，并计算灵敏度和灵敏度误差，确认各点均在允许误差范围之内。

3　风机振动监视器的校验

风机振动监视器接受传感器的输出信号，经监视器内部量化处理后，显示振动的测量值，输出对应于量程的模拟量(4～20 mA或1～5 V)，并比对设定值进行报警和跳机的保护输出。由此可见，监视器的性能必须有保证，才能确保风机振动监测的正确性和可靠性。因此需要对风机振动监视器进行定期校验。

3.1校验方法

利用上海发电设备成套设计研究院生产的VMB-1智能TSI校验仪，模拟标准传感器输出，可方便地进行监视器的校验。将校验仪输出接入至监视器，观察并记录监视器的实际测量值和模拟量输出值，计算与理论值的误差，确认误差值是否在允许误差范围之内;调整VMB-1智能TSI校验仪的输出达到报警和跳机值，观察并记录实际动作值，计算与理论值的误差，确认误差值是否在允许误差范围之内。

接线方式见图5。

火电厂的风机振动监视器通常有3种测量值的量化单位，即振动速度峰值、振动速度有效值、振动位移值。

当测量值是振动速度峰值时，标准信号计算公式为:

式中:Vrms为信号发生器输出电压有效值，mV; S为标准传感器灵敏度，mV/(mm·s－1);Mb为目标测量值，mm/s。

当测量值是振动速度有效值时，标准信号计算公式为:

式中:Vrms为信号发生器输出电压有效值，mV; S为标准传感器灵敏度，mV/(mm·s－1);Mb为目标测量值，mm/s。

当测量值是振动速度位移值时，由于传感器输入是速度信号，所以在监视器内部需要增加一个积分环节，校验算法推导为:

式中:S为传感器灵敏度;Vrms为万用表所测量传感器的输出交流电压(有效值);A为振动速度单峰值;W为振动的位移单峰值;Mb为目标测量值。

将式(6)、式(7)代入式(8)得到:

由式(9)可得出标准信号计算公式为:

式中:Vrms为信号发生器输出电压有效值，mV; S为标准传感器灵敏度，mV/(mm·s－1);Mb为目标测量值，μm;F为信号发生器交流信号频率，Hz。

测量值误差的计算公式均为:

式中:ΔE为实测测量值误差;Ms为实测测量值; Mr为监视器量程。

3.2风机振动监视器校验软件操作

打开软件界面，输入软件界面中的相关内容，根据被校验监视器测量值的量化单位，输入测量值的量程和单位。软件界面见图6。

启动监视器校验程序，便携式电脑根据需要的仿真目标振动测量值，计算出需要输出的电压值Vrms，VMB-1智能TSI校验仪会自动给出输出信号，并自动采集被校验监视器的模拟量输出，自动计算出系统误差，并自动生成校验报告，判断是否在允许误差范围之内。

4　振动监视器回路动态校验

因为振动传感器安装在风机设备的现场，而振动监视器通常安装于控制室或电子间，通过信号屏蔽电缆进行连接。由于六大风机的物理位置都远离机组的控制室，通常连接电缆有几百米，并经过电缆桥架和现场端子进行多次转接，可能会产生信号干扰和信号衰减，影响测量精度和可靠性。为了更接近实际使用环境，需要对风机振动监视器回路进行动态校验，即把振动试验台放置在实际的测点位置，将传感器安装于振动试验台上，模拟实际的风机振动情况进行仿真。记录振动监视器的输出指示、监视器后端的DCS系统的输出指示以及报警、跳机信号保护动作输出的正确性等;并根据所记录的数据计算测量误差，判断误差是否在允许的范围之内。

在进行振动监视器回路动态校验时，需要进行两种方式的校验，以保证回路动态校验的准确性:

(1)定频多点校验(测量值动态校验)。

将标准振动试验台设置在某一个固定的频率下，调节不同的振动幅值(现场给定值)，观察并记录监视器的测量指示值，同时观察并记录DCS系统的指示值，计算测量误差，并判断是否在允许误差范围之内。

(2)定点多频校验(频响动态校验)。

将振动试验台设置在某一个固定的振动幅值，调节不同的振动频率(给定频率)，观察并记录监视器的测量值，同时观察并记录DCS系统的指示值，计算测量误差，并判断是否在允许误差范围之内。

误差计算公式为:

式中:ΔE为实测测量值误差;Mg为给定振动值; Ms为实测测量值;Mr为监视器量程。

5　误差分析和合格判断标准

按照API670标准第三版要求(风机振动的标准国内基本参照此标准执行)，振动传感器的灵敏度误差为±10%，振动监视器测量值允许误差为±1%，模拟量输出允许误差为±1%;动作值输出允许误差为±1%，振动监视器回路动态测量值误差为±10%。VVB-1型便携式振动试验台精度指标为±1%，即允许误差为±1%; VMB-1智能TSI校验仪精度指标为±0.5%，即允许误差为±0.5%;数字万用表型号为17B，其允许误差为±0.5%，符合校验所使用的标准仪器的精度需要高于被校验传感器、监视器的精度的要求。对所取得的数据进行误差计算分析，比对API670标准第三版的误差要求，判断被校验的振动传感器、振动监视器是否合格，对不合格的设备进行替换。

6　结语

对2台发电机组共计12台风机，每次大修都进行校验，经过校验后的振动监视器运行稳定，保证了风机的安全运行。

［1］电力行业热工自动化标准化技术委员会.DL/T 1012—2006火力发电厂汽轮机监视和保护系统验收测试规程［S］.北京:中国电力出版社，2006.

［2］陆文华，程卫国，钱安家.机组振动的测量选型及其适用范围［J］.动力工程，1999，19(2):50-54.

Calibration of Fan Vibration Monitors

Hu Haijun
(Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co.，Ltd.，Zhuhai 519060，Guangdong Province，China)

An analysis is presented to the calculation way of vibration monitoring instrument，including specific descriptions to the calibration method for relevant vibration transducers，vibration monitors and monitoring loops，while the main criteria for error analysis and calibration judgment are proposed.

fan vibration monitor;vibration peak;RMS value of vibration

TK223.26

A

1671-086X(2016)01-0024-04

2015-07-13

胡海军(1980—)，男，工程师，主要从事汽轮机热控系统维护工作。

E-mail:jinwanhhj@163.com