一种改进的电涡流传感器信号静态测试方法

钱海龙

(中国能源建设集团华东电力试验研究院有限公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

汽轮机监视系统的调试是整套机组调试过程中的关键环节，关系着机组的运行安全。在机组启动及运行过程中，振动信号是判断机组正常运行的重要依据。动静碰磨、径相摩擦、转子不平衡等问题故障都可以通过对振动信号的检测来判断，为运行人员监控和排除机组故障提供极大的便利。目前发电汽轮机组运营人员普遍采用电涡流传感器进行振动检测，电涡流传感器能准确测量汽轮机轴与振动探头端面之间的相对位移变化，其工作优势包括非接触测量、灵敏度高、抗干扰能力强、不受油水等介质影响、可靠性好、响应速度快等，十分适用于发电汽轮机振动检测，但该方法也存在所需设备较多、操作复杂的缺点。本文改进后的方法可使用常规调试设备对采用电涡流传感器的振动信号进行完整回路的静态测试，确认振动测量系统功能是否完善，测试方法简单、高效且可靠。

1 电涡流传感器工作原理

1.1 电涡流产生原理

电涡流传感器主要部件包括传感器、前置器、延伸电缆、汽轮机监视装置等。根据麦克斯韦尔电磁理论，传感器线圈中通入高频电流之后，线圈周围会产生高频磁场H1，该磁场靠近其他金属表面时，会在其表面感应产生电涡流。根据楞次定律，变化的电涡流又会在其周围产生一个电涡流磁场H2，其方向和原磁场方向相反，这两个磁场相叠加会改变原线圈的阻抗[1]。其原理图如图1所示。

图1 电涡流传感器原理图

1.2 电涡流测量原理

电涡流产生的磁场总是抵抗检测线圈形成的磁场，当检测电感线圈和被测体之间的相对距离发生变化时，检测线圈的等效阻抗也会发生改变从而改变输出信号[2]。当传感器与被测物体的表面相对距离变大时，电涡流变弱，阻抗减小，传感器的输出电压变大；当相对距离变小时，电涡流变强，阻抗增大，传感器的输出电压变小。在一定范围内，在被测体的电阻率、磁导率及线圈激励电流的频率不变的情况下，传感器的输出电压与传感器和被测体的相对距离成线性关系。

2 电涡流传感器振动静态测试

2.1 常规测试方法

常规汽轮机振动静态测试方法使用的主要设备包括信号发生器和9 V电源。其测量原理是摒弃就地传感器，直接通过信号发生器模拟一个振荡输出信号至振动检测装置。测量回路的构成是拆除前置器至汽轮机监视系统振动测量端子的接线，将信号发生器负表笔接汽轮机监视系统信号端(signal，SIG)，9 V电源正端接汽轮机监视系统公共端(common ground，COM)，电源负端则接至信号发生器正表笔，如图2所示。通过信号发生器给汽轮机监视系统施加激励信号，检验汽轮机振动信号的输出和保护动作是否正确。此测试方法回路不包括就地传感器和放大器，只是通过信号发生器对汽轮机监视装置进行静态测试，无法保证测试回路的完整性和可靠性。同时此测试方法拆接线和恢复接线工作量较多，且需要特别注意额外增加的9V电源接线方式，避免对汽轮机监视装置和信号发生器造成损害。

图2 常规振动静态测试回路示意图

2.2 改进后测试方法

改进后的汽轮机振动静态测试方法只需要1个信号发生器，其测量原理是将信号发生器串接至振动回路，通过改变振动测量回路输出实现静态测试，只需拆除汽轮机监视装置振动测量的SIG端子至就地设备的接线，另取一根长度合适的线芯固定至SIG端，将测试仪串入振动回路，串接测试回路示意图如图3所示。将信号发生器串接至振动回路后，信号发生器设置正弦波，设置其频率为50 Hz (此频率信号接近于实际振动测量元件输出信号)，通过改变峰值电压模拟感应电动势实现对振动信号静态测试。此方法在静态测试时只需拆接一组接线，不需要额外增加电源串接至振动测试回路，操作更为简单安全。同时，此方法进行振动静态测试时包含了就地传感器和前置器，实现了对振动信号的完整回路测试，测试结果更完整可靠。

图3 改进后的振动静态测试回路示意图

2.3 静态测试数据处理

某电厂汽轮机电涡流轴承振动静态测试时，采用改进后的测试方法对汽轮机#1轴承X向振动和#2轴承Y向振动进行测试，对数据进行记录和计算处理后发现，该电涡流轴承振动静态测试数据精度满足测试要求。已知电涡流振动传感器灵敏度为7.87 mV/μm，安装间隙电压要求为-10.0 V，实际测量安装间隙电压为-10.0 V，静态测试数据及误差见表1所列。

表1 静态测试数据比较

3 结语

常规电涡流振动静态测试方法和本文介绍的改进方法的区别主要在测试回路结构上，对于振动测量系统的检验方法都是通过改变振动监视装置的接收值。改进后的测试方法回路结构更为简单明了，将振动整个回路包括在测试回路中，可及时有效地排除回路故障，而常规测试方法只是对汽轮机监视装置振动系统的检验，无法保证整个振动回路正常。改进后的测试回路拆接线工作量大幅降低，提高了测试效率的同时有效减少了因拆接线引起的错接、虚接等问题，测试回路中也不需要再增加9 V电源或其他设备，减少了因增加外接设备导致汽轮机监视装置及信号发生器通道或者模件损坏的风险。