汽轮机轴系振动监测系统防干扰分析

戚渝梅 俞骁 吉瑞 徐星

[摘    要]在当前的技术条件下，电厂所采用的汽轮机轴系振动监测系统的信号容易被外界各种因素所干扰，由此造成监测结果的不稳定性。只有在有效排除外界的干扰因素，才能够准确的对汽轮机本体进行监测，保证机组能够安全稳定的运转。首先对VM600系统进行介绍，并且对其系统特点进行分析，之后从汽轮机轴系振动监测系统进行介绍，从而着眼于汽轮机轴系在监测中所面临的干扰因素的分析，再对汽轮机轴系的振动监测进行防干扰的对策研究。

[关键词]汽轮机轴系监测;TSI系统;防干扰

[中图分类号]TK267 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–00–02

Analysis of Anti-interference of Turbine Shaft Vibration Monitoring System

Qi Yu-mei，Yu Xiao，Ji Rui，Xu Xing

[Abstract]Under the current technical conditions， the signal of the turbine shaft vibration monitoring system adopted by the power plant is easily disturbed by various external factors， which causes the instability of the monitoring results. Only when external interference factors are effectively eliminated， can the main body of the steam turbine be accurately monitored to ensure the safe and stable operation of the unit. Therefore， the VM600 system is introduced first， and its system characteristics are analyzed， and then the steam turbine shafting vibration monitoring system is introduced， so as to focus on the analysis of the interference factors faced by the steam turbine shafting in the monitoring， and then the steam turbine shafting Vibration monitoring for anti-interference countermeasures.

[Keywords]steam turbine shafting monitoring; TSI system; anti-interference

本文所界定的汽輪机轴系振动监测是指能够对设备进行实时在线监测的系统，在实时监测系统下分析设备振动方面的故障并判断设备的损伤程度。因此，本文所研究的汽轮机轴系振动监测系统能够在设备运转中保障设备稳定运行，是保障设备和人员安全的重要组成部分。

1 VM600系统介绍

VM600系统分为主控与就地两部分，位于主控室机柜内的VM600系统接收就地传感器送出的4～20 mA或0～10 V的信号，经过处理送至盘台TSI系统显示，同时通过硬接线送出至DEH和ATC报警系统。

主控部分：VM600系统框架主要包含6通道输入模块MPC4卡件、16通道输入的CMC16卡件、用于框架显示、组态和通讯CPU-M卡和RPS6U的电源卡。

VM600系统最大的优势在于它使用的是MPC4卡，在MPC4卡4+2的4个通道中每个通道都可以根据现场要求进行单独设置，通过跳线以及软件设置为绝对振动、相对振动、复合振动、轴向位移以及缸胀、差胀等信号;而另外两个通道可以单独设定为转速和键相，基本上汽轮机TSI系统所有的模拟量参数只需通过卡件跳线和较为简单的系统软件设置后便能够进行处理。CMC卡件则在接收MPC4进行数据采集后通过软件组态为汽轮机提供轴心轨迹和频谱分析等实时状态监测。

就地部分主要有：涡流探头+前置器+同轴延长电缆、LVDT探头、速度探头等传感器，通过就地端子箱将信号传输至主控TSI系统机柜。

2 汽轮机轴系振动监测系统概述

2.1 汽轮机轴系振动监测系统的基本运行原理

在汽轮机轴系振动监测系统的正常运行中，轴系振动分为轴振和瓦振两个部分，现场轴振的涡流探头分别位于大轴各个轴瓦的左右45°，瓦振探头位于Y侧，与轴振的Y侧探头位置并排装在一起。轴振探头为电涡流传感器，可以利用电涡流效应测量金属表面与探头之间的变化。前置器中的振荡器为探头线圈提供一个高频稳幅的交流信号，产生高频磁场，当金属被测面接近这个磁场时，就会产生电涡流。瓦振探头是由一个带有电极的压电元件，内分低端与高端。将低端部分紧贴轴瓦盖，而高端加一重块，当振动时元件则会反复压缩和拉伸，产生电荷，并通过电荷放大器加积分电路将输入信号转变成与运动速度成正比的电压信号。

2.2 汽轮机轴系振动监测系统的特点

汽轮机轴系振动监测系统主要有以几个方面的特点：①监测系统能够全部采用智能技术进行系统的实时自动监测，具有监测过程稳定和较强的抗干扰能力，同时显示直观。②直接振动测量部分具有高速数据采集和处理、自动识别和消除干扰的功能。③监测系统所采用的模型具有良好的响应性和自适应性。④系统采用雨流法能够在一定程度上简化数据分析，如疲劳损伤分析、载荷历程、应变、局部应力以及循环计数。⑤对原始数据进行永久性维护，便于重复分析。⑥系统自动执行各种操作，无需操作员干预。

3 电子干扰源对系统的干扰

3.1 造成TSI系統扰动的干扰源

3.1.1 电源干扰

在核电厂有很多大型用电设备，如水泵、风机、变频器等，大型设备的启停所引起的谐波等会影响其他控制设备的电源端。电源干扰谐波会通过TSI系统的电源回路进入监测卡件，直接影响到测量结果的准确性和稳定性，甚至造成测量卡件的损坏。

3.1.2 电磁耦合

TSI的电缆要从主控机柜侧面穿过电缆间抵达汽轮机厂房，通过电缆桥架到达汽轮机侧的接线箱。如果干扰信号电缆并行敷设在同一桥架上，相当于两个电路之间有一个耦合磁场。干扰电压经过电磁耦合加到TSI的信号线上而产生干扰信号。

3.1.3 电阻耦合

当测量导线与前置器供电导线之间出现绝缘不良，二者之间会产生漏电电流造成干扰，直接影响测量结果。

3.1.4 共模干扰

共模干扰主要是信号对地的电位差，由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。共模干扰的状态并不会影响系统的测量结果。如果共模干扰通过不对称电路则可转变为差模干扰，通过空间电磁场叠加在信号上，会影响测量结果，还有可能造成元器件损坏。如果接地处理不当，会可能造成共模干扰。

3.1.5 电磁干扰

根据电涡流传感器的原理，传感器附近的磁场变化将直接影响测量结果，无线电广播、对讲机、移动电话、电台、甚至发电机励磁系统都可能会对传感器造成电磁干扰，出现测量和计算的误差。

3.2 汽轮机轴系的干扰因素剖析

（1）现场电缆接地：用兆欧表测量电缆的绝缘，检查是否接地。

（2）延长电缆接地：需要检查所延长的电缆的外观，如果发现延长的电缆有破损，需进行更换或绝缘处理，并重新对所延长的电缆进行固定并且考虑是否需要改变电缆的方向，避免再发生同类问题。

（3）电缆敷设不合理、不规范：应检查电缆布线情况，同一电缆桥架上有无电力电缆;周围有无大型启停设备的电缆。

（4）机柜接地不规范：检查机架设备、机柜接地情况;检查是否存在多点接地情况。

（5）就地端子箱内部其他干扰：检查就地端子柜内有无其他干扰。

（6）电缆接地母排是否可靠：检查接地母排至接地箱的接地母线是否牢固可靠。

（7）设备电源有无受到干扰：可以使用UPS独立供电，检查是否仍有干扰。

（8）发电机轴电压引起的干扰：检查8瓦轴振和瓦振探头的底座有无绝缘垫，螺栓有无护套垫。

4 汽轮机轴系振动监测系统的防干扰设计

4.1 探头延长电缆外皮接地干扰的处理

涡流探头与延伸电缆接头处有可能会出现松动和滑移。如果出现松动和滑移，应检查同轴电缆对接的接头部分与汽轮机的金属部分有无接触，清洗对接头中积聚的油和脏污，在清洗后采用耐油热缩管收缩延长电缆接头。

4.2 轴系设备附近存在大的干扰源的处理

当TSI监测系统出现轴系报警后，就地确认无实际振动大，同时无温度改变，则可以考虑出现的干扰时间段振动超限的瓦块附近有无大功率启动设备，同时检查TSI电缆与大功率启动设备的电缆相距很近，如果有则考虑重新布置电缆。

4.3 机柜接地干扰的处理

检查机柜接地情况，如果接地母排电阻大于2 Ω，则检查接地电缆至接地箱之间的端子是否紧固，电缆是否有破损。检查机柜与相邻机柜的绝缘值，看其是否符合单端接地的要求。

4.4 TSI轴系设备内部接地干扰的处理

对TSI系统单个通道接地端进行检查，是否符合电缆屏蔽单端接地的要求;检查每个通道接地端与框架的接地端是否连通，检查屏蔽电缆是否处于悬浮状态。

5 TSI系统的抗干扰措施

TSI系统事故处理中，大多是电缆绝缘不好，或屏蔽层接地方法不正确，或探头安装人为因素等引起的潜在安全隐患。而这些因素都是可以在前期检查和后期调试中发现排除，避免非计划停机事故。

目前TSI系统电源进线为两路电源冗余，经稳压电源模块变成12 V或24 V直流为系统提供电源，稳压电源模块本身具有良好的抗干扰特性。在机柜内电源端子至框架的电源端子处也需做好屏蔽。当怀疑电源干扰时，可以使用UPS电源直接接入TSI系统框架进行检查。

5.1 接地系统的处理

TSI系统机柜接地母排至接地箱的接地线截面积需大于50 mm2，机柜内各通道的接地线至机柜的接地母排的截面积宜不小于25 mm2，接地电阻不应大于2 Ω。系统线缆屏蔽采用机柜侧单点接地，线缆总屏通过PE端子接入机柜接地母排，线缆分屏与卡件COM端相连，接入电气地。线缆屏蔽接地是否正确可靠，直接关系到系统的抗干扰能力，在TSI系统中，大部分干扰信号都是通过“场”的方式进入测量系统，只要线缆屏蔽可靠，完全可以隔断这些干扰信号对TSI系统的影响。

5.2 加强管理和维护

主控室内在运行期间应禁止使用对讲机、手机等无线设备，防止对TSI系统造成干扰引起信号波动。加强对TSI系统的巡检，一旦发现信号波动、卡件故障等情况，要对相应信号做全面检查，尽可能减少因TSI系统干扰所引起的非计划停机停堆。

在机组大修期间，要对TSI系统做全面的检查。探头和前置器送有关单位校验，同轴电缆绝缘做全面检查，卡件也必须由专业技术人员做全面校验，确保卡件的准确性和可靠性。

6 结束语

通过分析VM600系统的特点，汽轮机轴系振动监测系统的运行原理、系统特点，造成TSI系统扰动的干扰源，以及汽轮机轴系的干扰因素;进而得出了汽轮机轴系振动监测系统的防干扰应用分析和TSI系统的抗干扰措施，从而有效地分析了汽轮机轴系振动监测系统运行原理，并且提出了有效措施进行系统外部干扰因素的控制，以期保证汽轮机轴有效安全的运转。

参考文献

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