某电厂#1机组#3轴承振动大导致汽轮机跳闸分析

陈 昊，李 豪

（宁夏枣泉发电有限责任公司 设备管理部，银川 750409）

0 引言

某电厂#1 机组为660MW 上海汽轮机厂引进西门子技术生产的超超临界参数汽轮机，型号为：NJK660-27.0/600/610。汽轮机型式：超超临界、一次中间再热、单轴、三缸双排汽、间冷凝汽式、七级回热抽汽。汽轮机共有7 个轴承，每个轴承均设置2 个绝对振动测点和2 个相对振动测点，绝对振动测点采用同侧安装，相对振动采用X、Y 方向安装，4 个振动测点前置器安装在同一接线盒内。汽轮机监视仪表TSI 系统采用瑞士的VM600 监测系统，轴承绝对振动测量采用CA202 压电式加速度传感器和IPC704电荷放大信号前置器，汽轮机监视仪表TSI 本身不作保护逻辑，而是通过一次仪表传感器采集信号送至二次仪表处理后输出开关量和模拟量信号至ETS 系统作跳机保护逻辑[1]。

压电式加速度传感器内部安装有压电晶体及固定质量（m）的金属块，石英晶体的压电效应用来将机械运动转换为电信号，压电晶体受到压力会产生一定数量的电荷，这个电荷的数量是和受到的挤压力成正比的，通过测量电荷的数量，就可以得到受到的力（F）的大小。根据牛顿第二定律F=ma，在测得受力F 和质量m 的情况下，算出加速度a=F/m[2]。

图1 #1～#4轴承绝对振动测量原理Fig.1 #1～#4 Bearing absolute vibration measurement principle

图2 #1机组跳闸过程Fig.2 #1 Unit trip process

由于碳刷接地发电机的轴电压对TSI 易产生干扰[3]，绝对轴承传感器在不同轴承座安装方式不同，为保证测量信号的可靠性，#1 ～#4 轴承绝对振动探头就地采用接地安装如图1 所示，#5 ～#7 轴承绝对振动探头就地采用绝缘安装。

1 事件经过

11 月30 日14 时20 分，#1 机 组 负 荷346MW，1A、1B、1C、1E 制粉系统，#1 主机润滑油冷油器后温度51℃，润滑油压0.45MPa，#1、#3 轴承回油温度分别为：56.6℃、67℃，#1、#3 轴承温度分别为：61.9℃、0.9℃，#3 轴承绝对振动A、B 分别为：1.44mm/s、1.48 mm/s。

14 时26 分48 秒，#1 机#3 轴承绝对振动A、B 分别由1.5mm/s、1.7mm/s 突升至12mm/s、12.6mm/s，#1 汽轮机跳闸，锅炉MFT，发电机解列，ETS 首出为“轴承绝对振动高”，跳闸过程如图2 所示。其他信号均属于正常、稳定状态，汽轮机转速信号始终维持在3000r/min，汽轮机轴位移信号长期稳定在0.06mm，汽轮机#3 瓦轴承振动测量值为42.6um，#4 瓦相对振动为1.89mm/s。

图3 现场模拟时轴承振动跳变情况Fig.3 Bearing vibration jumps during field simulation

2 原因分析

2.1 静电干扰

现场检查#3 轴承前置器接线盒内绝对振动和相对振动的前置器接线，未发现有松动现象，TSI 振动测量回路绝缘检查无异常。经调取现场录像发现当时#3 轴承处有维护人员巡检，经确认维护人员当时使用化纤毛掸对#1 机#3 轴承前置器接线盒进行了清扫。

后经现场模拟，使用化纤毛掸对#3 轴承前置器接线盒进行反复清扫，与跳闸时#3 轴承振动跳变现象一致，同时对#1 ～#7 轴承前置器接线盒进行清扫，模拟试验轴承振动跳变均超过跳闸值，现场模拟时轴承振动跳变情况如图3 所示。同理，对转速信号、位移信号、相对振动信号均采用静电荷累积干扰测试，发现以上信号均未出现相同情况。其主要原因为所有固有物体均是由原子所构成，而原子又分为原子核和电子，带负电荷的电子围绕着带正电荷的原子核做高速运动。在一般情况下，带正电荷的原子核和带负电荷的电子所带的电量是一致的。因此，具有中和性，并不显示出电性。原子核内正电荷始终处于稳定状态，但核外电子长期处于游离模式，导致负电荷较容易摆脱原子核的束缚而转移至其他物体上，从而使原子核和电子所带电量不一致而显现电性。当物体由于物理作用失去游离电子时，物体电子带的负电荷逐渐少于原子核所带的正电荷。因此，出现了物体呈现正电性。相反的，夺得电子的物体由于电子所带的负电荷数量高于原子核所带的正电荷数量而呈现负电性。

用化纤毛掸清扫接线盒时，化纤虽然是绝缘体，两个物体互相摩擦时，因为不同物体的原子核束缚核外电子的本领不同，所以其中必定有一个物体失去一些电子，另一个物体得到多余的电子。化纤上所带的电荷积聚在物体表面，因不能泄漏掉而产生电荷积聚现象，并且静电的带电体会产生相应的静电场，此静电场直接影响接线盒内IPC704 电荷放大信号前置器的输出，造成绝对振动测量数据虚高。

2.2 逻辑设置不合理

ETS 逻辑中设置轴承绝对振动高跳闸条件为：#3 轴承绝对振动#1、#2 均大于等于11.8mm/s，延时1s 或#3 轴承绝对振动#1、#2 任一大于等于11.8mm/s，且另一信号质量坏，延时1s，此设置未考虑到IPC704 电荷放大信号前置器易受到静电或雷击等其他因素的影响。逻辑中主要考虑的是保护汽轮机突然发生意外后，绝对振动过高立马泄油停机，未考虑信号波动或信号干扰的突发状况，当前置机周围有高电压、高电流设备运行时，产生较大电磁波将会影响汽轮机绝对振动测点的放大器信号，测量结果就会严重失真甚至导致保护误发。

2.3 接线盒材质不规范

上海汽轮机厂配供为有机塑料接线盒，未充分考虑对摩擦静电干扰的屏蔽，前置器接线盒选型不合理。前置器接线盒均为主机厂家自带设备，其中有两种材质，分别为铁质接线盒和塑料接线盒。铁质接线盒主要用于放置温度测点，塑料接线盒主要用于放置轴位移、相对振动、绝对振动、相对位移、转速测点等信号。设计时，并未充分考虑相对振动接线盒内的前置放大器与其它测点物理属性相匹配问题。因此，未充分考虑到静电累积导致化纤接线盒外部聚集大量电荷导致绝对振动信号被干扰。

3 防范措施

3.1 禁止使用化纤类工器具进行保洁

纺织及化纤材料属于绝缘物质，具有较高的电阻率，特别是绝大多数的合成纤维回潮率较低，其比电阻大大高于天然纤维，在干燥环境下明显产生静电荷积累现象。在纺织化纤物品加工和使用过程中，纤维材料相互间或同其它物体接触摩擦，都会产生带电现象。纤维材料受压缩或拉伸，或者周围存在带电体，或者在空气中烘干，也会产生带电现象。针对此类现象某电厂专门制定保洁制度，对电气、仪控专业所有配电柜、保温保护柜、控制箱、接线箱（盒）、电子屏柜等，禁止使用化纤类易产生静电工器具进行卫生保洁工作，全面梳理各项卫生清理活动中的风险源因素并做好预控措施，确保人身、设备安全。

3.2 优化逻辑

优化ETS 逻辑中设置轴承绝对振动高跳闸条件的延时时间，将原来的延时1s 修改为延时3s，同时增加速率保护判断逻辑作为验证条件。此设置防止IPC704 电荷放大信号前置器受到静电、雷击的干扰，或者信号发生抖动等原因造成保护误动。新增逻辑中增加保护速率判断目的以确认信号为缓慢、逐步变化升高时触发保护逻辑，若出现快速信号升降则切除保护功能，有效防止信号误发导致的保护误动，对于信号强电干扰、经典干扰有显著的预防效果。

3.3 接线盒改造

经与上海汽轮机厂沟通协商，利用机组停机检修机会，将汽机振动接线盒有机塑料接线盒外层加装金属材质接线盒并加装接地。改造完成后，用不同材质清洁工具对接线盒擦拭进行抗干扰测试，所有信号稳定，无波动现象。加装金属材质接线盒并将接线盒外壳与大地相连接可以有效解决接线盒表面聚集的大量静电，当接线盒表面有大量游离电荷时可以通过接地线将游离电子导至大地，避免出现电荷量与IPC704 电荷放大信号前置器互相干扰、互相影响作用。

4 结束语

干扰是测量中的一个重要问题，西北地区的干燥环境使静电干扰十分严重，特别在冬季，静电干扰更为严重[4]。提高主保护信号可靠性，确保信号不被静电干扰尤为重要，尤其是提高易受干扰的压电式加速度传感器的稳定性，并全面进行危险源辨识，做好隐患的排查和治理尤为重要。从提高设备和逻辑可靠性出发，避免因为静电干扰造成保护误动引起机组停运，本文主要针对静电干扰引起绝对振动保护误动作的原因和处理方法加以分析，希望同类型机组的电厂可以借鉴并排查隐患。