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關于軸振傳感器測量干擾的分析與探討
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2020-03-21 16:56:08【小中大】
摘 要:某電廠百萬機組主機#6、#7 瓦曾多次發生軸振晃動現象，給機組的安全穩定運行帶來一定的影響。本文分析了軸振測量的組成、原理以及常見的晃動原因，并根據分析采取了相應的措施，取得了較好的效果。
1 概述
軸振即轉軸的徑向振動，是現代大型發電機組中一個非常重要的監測參數，對于機組的安全穩定運行起著非常重要的作用。軸振 的 測 量 一 般 采 用 電 渦 流 傳 感 器 測 得。某 電 廠1000MW 機組，主機#6、#7 瓦分別是發電機汽端和勵端軸瓦。自投產以來，#6、#7 瓦多次發生軸振指示晃動現象，嚴重影響了機組的運行安全。該軸振測量系統由振動探頭、前置器、監測卡件和電纜組成，其中，軸振探頭為 VM600 系列 8mm TQ402 渦流傳感器，分別安裝于#6、#7 瓦瓦座上。前置放大器安裝在環氧樹脂板上，輸出端分別為-24V 供電、COM 端和 OUT 端，屏蔽線在前置器處開路，在卡件處接地。
2 電渦流傳感器測量原理
前置器中生成的高頻震蕩電流，通過延長電纜進入探頭線圈，從而產生交變磁場。根據法拉第電磁感應原理，當被測金屬體靠近這個磁場時，則在該金屬表面產生感應電流，即電渦流。同時，該電渦流也產生一個與探頭線圈方向相反的交變磁場，從而使得探頭線圈的阻抗發生變化。前置放大器通過電子線路的處理，將該阻抗的變化轉化為電壓的變化進行輸出。一般情況下，該阻抗與金屬體磁導率、電導率、線圈幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率、探頭線圈與金屬導體表面距離等參數有關。當我們在使用探頭時，除了距離外，前面幾個參數都是固定的，因此，探頭阻抗就成了與距離的單值函數。另外，互感M 隨線圈與導體距離的增大而減小。當距離變大時，互感變小，阻抗變大;當距離減小時，互感變大，阻抗減小。通過以上分析，我們可以認為，如果等效阻抗發生改變，前置器輸出電壓將會發生變化，在表現形式上，即等效于距離發生改變。
3 影響傳感器測量因素分析
下面我們分析影響傳感器測量的一些因素。原因 1:油污影響。在現場檢查時我們發現，探頭傳感器和前置放大器接插件處滲油嚴重，而且油污表面含有各種雜質，對探頭的絕緣性能產生了較大的影響。在某一時刻，可能會導致探頭的阻抗發生改變，從而使得軸振測量發生跳變。我們通過定期清擦滲油，發現軸振晃動的次數變少了。因此，通過以上觀察和分析，我們認為傳感器滲油會導致軸振測量發生變化。
原因 2:導致軸振晃動的原因還有可能是軸電壓影響。軸電壓是指由于發電機磁場不對稱，發電機大軸被磁化，靜電充電等原因在發電機軸上感應出的電壓。通過之前的分析我們知道，電渦流傳感器是通過產生交變磁場作用于大軸的，由于傳感器線圈及大軸的阻值都很小，在此可以忽略，即設定 Ｒ 1 =0，Ｒ 2 =0。等效電路圖如下:
其中 Ｒ 1 、Ｒ 2 分別為探頭及導體電阻，M 為互感，L1 為探頭線圈，U 1 、U 2 分別為探頭電壓及軸電壓。
根據以上分析，我們可以得出:
通過上述的分析我們可以發現，如果這個軸電壓 U 2 變大，則等效阻抗 Z 就會變小，這跟距離變小在形式上的表現是一樣
的，即都表現為軸振變大。在實際情況中，通過觀察我們發現，當軸電壓變化較大時，往往會引起軸振的晃動現象。因此，我們認為軸電壓的突變會對軸振產生較大的影響。
原因 3:前置放大器受外界電磁干擾也會造成軸振晃動。前置放大器內部含有震蕩、測量、放大等電路，如果外界電磁場突然變強，就會干擾到這些電路的正常工作。原先前置放大器是安裝在塑料盒內的，對于外界電磁不能起到很好的屏蔽作用。雖然前置器本身具備一定的抗干擾能力，但在某些極端情況下是起不到很好的效果的。所以我們認為這也是造成軸振晃動的原因之一。
原因 4:延長線絕緣不好、插頭松動、屏蔽線未接好、接線松動等原因也會造成軸振測量晃動。但在之前的檢查中，我們均未發現類似的問題。因此，我們認為這些不是造成軸振晃動的主要原因。
4 采取措施
通過以上的分析，我們認為造成軸振晃動的主要原因在于油污、軸電壓以及外界電磁干擾的影響。
措施 1:減小油污的影響。可以在傳感器上加絕緣套，并且做好防滲油措施，這就從源頭上切斷油污往外傳導的途徑。但存在的問題是:機務需要在瓦座上重新開孔，需要加工合格絕緣套，實施起來比較復雜，不利于操作。后來我們發現，原探頭電纜從端蓋底部引出，油污容易沿著電纜滲出到端子箱內，同時我們在軸瓦上部外蓋上發現有 2 個備用悶頭，于是我們重新加工帶孔的悶頭，將傳感器同軸電纜從該孔引出到前置放大器。這樣做的好處是電纜從頂部走，可以有效避免滲油問題，而且實施起來比較方便。
措施 2:減小軸電壓的影響。通過對發電機接地碳刷的改造，有效降低了軸電壓的突變狀況。通過觀察發現，軸振晃動的情況也得到了明顯的改善。
措施 3:減小外界電磁干擾的影響。原#6 瓦軸振端子箱是塑料端子箱，通過改造將其更換為金屬端子箱，前置放大器安裝在環氧樹脂板上，從而防止外部信號對前置放大器的干擾。
5 效果分析
通過上述措施的執行，經過一段時間的跟蹤觀察，我們發現，#6、#7 瓦軸振晃動情況明顯改善，滲油情況也得到了有效的控制。所以本次改造取得了很好的效果，有利于機組的穩定可靠運行。
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