汽輪機轉(zhuǎn)速擺動原因分析及防范措施

　　摘要:轉(zhuǎn)速探頭和轉(zhuǎn)速放大器連接方式和信號電纜屏蔽的接地方法，又在很大程度上決定了測量回路抗干擾能力的強弱。信號電纜屏蔽所接的地是屏蔽地，也叫模擬地，是為了避免電磁場對儀表和信號的干擾而采取的屏蔽網(wǎng)接地。電纜屏蔽層必須一端接地，以防止形成閉合回路干擾，鎧裝電纜的金屬鎧不應(yīng)作為屏蔽保護接地，必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。某公司2臺汽動給曾因轉(zhuǎn)速測量回路接地或信號干擾問題引發(fā)故障，介紹了故障和處理過程，并對磁阻轉(zhuǎn)速探頭和轉(zhuǎn)速放大器在安裝和應(yīng)用過程中應(yīng)注意的細節(jié)給出了建議。

　　關(guān)鍵詞:磁阻探頭;轉(zhuǎn)速放大器;抗干擾

　　1給汽輪機轉(zhuǎn)速測量回路

　　由于該轉(zhuǎn)速傳感器具有準(zhǔn)確度高、測量范圍寬、安裝調(diào)試方便等優(yōu)點，在火電廠轉(zhuǎn)速測量也應(yīng)用很廣泛。某公司汽輪機的DEH系統(tǒng)調(diào)節(jié)、ETS超速保護和小汽輪機調(diào)節(jié)均采用磁阻式探頭，DEH系統(tǒng)有專用的MCP測速卡，ETS系統(tǒng)有專用的顯示儀表，轉(zhuǎn)速探頭可直接與其連接，但其微弱的高速變化的脈沖電壓信號要被現(xiàn)場DCS脈沖卡件識別，需經(jīng)轉(zhuǎn)速放大器將其放大后才能進入DCS系統(tǒng)。交變的微弱信號在現(xiàn)場復(fù)雜的電磁輻射環(huán)境下長距離傳輸，測量回路的抗干擾能力是整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。給汽輪機轉(zhuǎn)速測量采用磁阻式轉(zhuǎn)速探頭，磁阻式轉(zhuǎn)速探頭發(fā)出高速變化的脈沖電壓信號，其幅值非常微弱，該信號通過電纜從就地傳輸?shù)綑C房后，在DCS機柜內(nèi)經(jīng)轉(zhuǎn)速放大器放大，進入DCS脈沖卡件，作為鍋爐給水控制系統(tǒng)中給轉(zhuǎn)速的測量信號，其中每臺小汽輪機有2個轉(zhuǎn)速探頭，測得的轉(zhuǎn)速值取平均值后作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的測量值。轉(zhuǎn)速信號的電纜屏蔽在機柜處統(tǒng)一接到屏蔽地匯流排。

　　2轉(zhuǎn)速測量回路故障分析

　　2號機組DCS系統(tǒng)過去進行改造，采用IA系列DCS系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用10余年，系統(tǒng)運行一直比較穩(wěn)定。但也曾因為外部回路接地和干擾原因引起設(shè)備異常，所幸沒有導(dǎo)致主要輔機跳閘。小汽輪機掛閘后轉(zhuǎn)速瞬間擺動到6120r/min，按照超速保護邏輯發(fā)出跳閘信號，影響小汽輪機的沖動及暖機時間，也導(dǎo)致整個機組的啟動時間延長。從信號擺動現(xiàn)象來看，DCS系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性不大，因為擺動的信號只有脈沖信號，其他模擬量信號、數(shù)字量信號顯示均正常。如果DCS有故障，其他類型信號突變的可能性更大。另外I/O卡故障的可能性不大，因為2臺小汽輪機轉(zhuǎn)速信號分布在不同的I/O卡上，拿來新卡換上之后還是存在信號擺動情況。因此最大可能是現(xiàn)場信號受到了干擾，而且這些信號分布在2臺小汽輪機上，電纜的走向基本一致而且相對比較集中，可能存在共性問題，由于無法找到確切的干擾源，只能懷疑這些信號的大幅擺動來自外界輻射干擾，這些干擾可能覆蓋整臺機組甚至整個電廠。

　　2.1探頭外殼與插頭外殼為絕緣連接

　　在2號機組A級檢修后進行啟動前試驗，2臺小汽輪機在靜止時4路轉(zhuǎn)速信號均大幅度擺動。檢修人員對此做了很多試驗，都沒能解決這個問題，后來檢查發(fā)現(xiàn)這些跳躍的轉(zhuǎn)速信號，其探頭外殼與引出線航空插頭外殼不相連。由于探頭安裝在小汽輪機本體上，所以探頭外殼接地，航空插頭的外殼與引出電纜的屏蔽層相連，而引出線與信號電纜的屏蔽層未連接，這就導(dǎo)致航空插頭和和電纜的引出線屏蔽沒有接地，導(dǎo)致干擾的引入。針對此種情況，檢修人員將轉(zhuǎn)速探頭更換為無錫埒河傳感器廠提供的CS－1型轉(zhuǎn)速傳感器，此種轉(zhuǎn)速探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計上沒有航空插頭連接，探頭外殼直接與引出線的屏蔽層相連，探頭安裝在小汽輪機本體后，引出線屏蔽即接地，解決了引出線屏蔽未接地而引進干擾的問題。在現(xiàn)場環(huán)境和機組輔機運行方式基本相同的情況下，2臺小汽輪機轉(zhuǎn)速擺動情況如圖3所示?？梢娹D(zhuǎn)速擺動的頻率已經(jīng)大幅減少，但擺動的最大值沒有改變，仍可達到6000r/min，問題的主要原因沒有找到。

　　2.2轉(zhuǎn)速放大器位置不合理

　　檢修人員又將2臺小汽輪機4路轉(zhuǎn)速信號線在機柜處轉(zhuǎn)速放大器的輸入端解除，則轉(zhuǎn)速擺動情況立刻消失，說明干擾有可能是從就地到機房這段轉(zhuǎn)速的弱信號區(qū)域引入。為了驗證此結(jié)論，將轉(zhuǎn)速放大器移到就地，轉(zhuǎn)速探頭發(fā)出的微弱脈沖信號先經(jīng)過轉(zhuǎn)速放大器放大成強信號，再經(jīng)過原電纜從就地傳輸至DCS機柜，這樣可將原來弱信號區(qū)段從100m減至2m。這時DCS畫面里顯示的小汽輪機轉(zhuǎn)速擺動情況徹底消失，問題得到解決。熱工人員利用檢修機會對小汽輪機轉(zhuǎn)速測量回路進行改造，將2臺小汽輪機4個轉(zhuǎn)速放大器安裝在就地控制箱。由此可見，放大后的強信號更能有效抑制干擾，而轉(zhuǎn)速擺動的真正原因是由于原轉(zhuǎn)速測量回路弱信號區(qū)段受外界電場或磁場的干擾。

　　3防范措施

　　首先對這些信號電纜的屏蔽線從接地處斷開，用絕緣表測量結(jié)果顯示對地絕緣良好，說明這4路轉(zhuǎn)速信號電纜的屏蔽層在規(guī)定的接地端接地，其他位置無屏蔽接地現(xiàn)象，故不存在屏蔽雙端接地引入干擾的情況。隨后對轉(zhuǎn)速放大器進行更換，換上D4215U2型轉(zhuǎn)速放大器，查閱使用手冊得知新型轉(zhuǎn)速放大器采用交流220V供電，不需要像原來使用D4215U1型的轉(zhuǎn)速放大器進行電源轉(zhuǎn)換，而且信號采集靈敏度高，重要的是放大器的輸入頻率經(jīng)預(yù)分頻器處理，更有效抑制干擾信號。將2臺小汽輪機4路轉(zhuǎn)速信號電纜的屏蔽線從接地處斷開用導(dǎo)線引到另一個與系統(tǒng)屏蔽地接觸良好的屏蔽端，發(fā)現(xiàn)干擾仍然存在，同時通過測量發(fā)現(xiàn)，原屏蔽地與系統(tǒng)屏蔽地的連接完好并符合規(guī)程規(guī)定，基本上排除了干擾從屏蔽地引入的可能性。

　　最后沿2臺小汽輪機4路轉(zhuǎn)速信號電纜的敷設(shè)路徑查看在與動力電纜的平行和交叉敷設(shè)時的間距符合要求，在整個路徑周圍并無大的電磁干擾源通過，造成2號機組小汽輪機轉(zhuǎn)速測量信號擺動原因基本得到了確定。

　　4結(jié)束語

　　綜上所述，在重要轉(zhuǎn)機設(shè)備上，轉(zhuǎn)速的測量大多數(shù)采用磁阻式探頭，磁阻式探頭由永久磁鐵和繞組組成，旋轉(zhuǎn)機械的測速齒輪旋轉(zhuǎn)時，探頭中繞組的磁通量交替變化，轉(zhuǎn)速探頭即產(chǎn)生交變電壓，其頻率經(jīng)計算能得岀旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速數(shù)值。熱工信號的抗干擾能力是信號測量和遠傳中重要部分，很多令人無法解釋的故障現(xiàn)象往往都是抗干擾能力差或屏蔽接地不好引起的。干擾源有的可以通過現(xiàn)場仿真重現(xiàn)，有的則無法復(fù)現(xiàn)跟蹤。雖然熱工自動化系統(tǒng)維護人員和設(shè)備廠家都在努力改善設(shè)備的工作環(huán)境和提高設(shè)備抗干擾能力，但都杜絕不了干擾的影響，而且有關(guān)抗干擾和接地系統(tǒng)的手冊或書籍中說法往往也不盡相同，控制系統(tǒng)的安全性和可靠性有待進一步提高。

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　　作者周強 陳鵬龍

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