燃汽轮机轴振测量失真分析处理
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摘 要：西门子9F级燃气-蒸汽联合循环机组多为一拖一单轴运行，在汽轮机升速到3 000转时由3S离合器连接燃机和汽轮机转轴，机组高转速咬合瞬间轴振实测值相对高，靠近发电机也容易受到电磁干扰，对5瓦6瓦轴承振动传感器测量可靠性要求更高。该文通过现场发生的涡流探头测量失真2个事例，阐述了轴振传感器失真原因及后续处理过程，使TSI检测系统正常可靠地运行，保证机组安全稳定运行。
关键词：3S离合器;涡流振动传感器;分析;处理
中图分类号：TK67 文献标志码：A
1 燃气蒸汽轮机发电方式简介
燃气蒸汽轮机联合循环机组以天燃气为主要原料，实现能源高效利用与低污染排放，其特点是体积小，启停迅速，调峰快，节能环保。东亚电力（厦门）有限公司西门子9F级燃汽轮机为一拖一联合循环，燃机与发电机同轴，汽轮机高中低压缸同轴，燃机和汽轮机通过3S离合器连接，启动过程有别于煤电机组，燃机通过燃料阀控制天燃气进气量，天燃气与压气机加压后的空气混合燃烧，冲转燃机升速并网，燃机排气烟气加热汽包炉水，产生合格蒸汽经汽机调阀冲转汽轮机升速，汽机转轴通过3S离合器与燃机转轴咬合发电。3S离合器是燃汽轮机的关键部件，在汽机升速到2800转后连接燃机汽轮机转子，低转速时分开由各自盘车机构带动盘车。
2 9F 燃汽轮机TSI测点布置及用途
燃气机组以调峰为主，每天启停，一拖一特殊的咬合系统，对轴系安全监视系统可靠性要求高。西门子9F级燃汽轮机TSI系统由16个轴振探头，16个壳振探头，3个轴向位移，2个键相，14个转速组成。轴振测量相对振动，主要用于监视，只有5瓦6瓦轴振在咬合阶段参与保护。壳振探头测量绝对振动，参与机组振动高跳机保护。键相用于辅助分析机组偏心和振动，尤其是各测点振动的相对关系，确定配重位置。燃机和汽轮机各安装6个转速，用于测量大轴转速，参与机组DEH控制及超速保护。
3 涡流传感器工作原理
我厂西门子9F级燃汽轮机轴振探头为Vibro-meter生产，型号为涡流振动探头TQ402，与其相匹配的IQ452信号前置放大器共同组成涡流传感器。涡流振动探头内部有一磁铁，它被固定在传感器壳体上，端部有一平面空心线圈，当此线圈中有高频正弦交变电流通过时，线圈周围空间就产生一个高频振荡磁场，在临近金属表面就会产生感应电流，即电涡流，其强度随着传感器线圈与金属之间的距离变化而变化。前置器内含有高频信号发生器和滤波电路，输出一个与距离变化成正比的直流电压信号，送到TSI卡件转换合成输出电流信号到DCS系统，这就是电涡流传感器的工作原理。
涡流传感器用于对移动机械元件和相关位移的非接触测量。Vibro-meter轴振探头灵敏度为8 V/mm，探头测量范围4㎜，安装时选择10 V做为基准电压，该位置为传感器量程中段线性最好位置，有助于提高测量准确度。轴振探头安装固定在轴瓦上，每个轴瓦上安装2个由X和Y方向组成的涡流探头，所安装探头在其轴承测量平面内的安装角度相互垂直，并与轴承上轴瓦的垂直中心线两侧各成45°。轴振传感器测量转轴与轴瓦之间的相对振动，经振动卡件处理采集振动峰-峰值。安装时探头旋入轴瓦支架，延长线从3S离合器前箱穿线孔引至接线盒内与前置器相连，探头表面与轴的间隙体现在前置器输出电压上。用万用表测量前置器输出电压，同时调整探头悬入深度，此时探头前端面与被测轴表面逐渐接近，当测得输出电压由24 V开始减小时，要慢慢旋转探头直至电压达到10 V附近，微调锁紧螺母，准确将探头输出电压调整为10 V并锁紧螺母。
4 3S 离合器两侧轴振振动探头异常处理
4.1 探头安装影响轴振测量
9F级燃汽轮机5瓦6瓦轴振探頭安装在3S离合器两侧，机组启动咬合阶段3S离合器两侧振动测量值大幅升高，燃气-蒸汽轮机联合循环机组一拖一启动的特殊性，依靠3S离合器将燃机汽机转速同步到3 000转。每次启动咬合过程中转轴高速硬性连接，为防止咬合过程中轴振实测值高损坏设备，保护逻辑关系如下，咬合阶段即汽机转速在2 850与3 000转之间，并且5瓦6瓦振动值之和大于260 μm，会触发汽轮机跳闸，汽机转速低于870转时才能再次启动。
#1机组曾经发生过在汽机冲转咬合阶段，6瓦轴振突变，振动超出报警值达满量程，直至坏点，汽机无法正常咬合。如果是真实测量值可能会对3S离合器造成损坏，通过观察卡件采集通道，发现6瓦轴振仅Y侧振动大幅波动，X侧振动在正常范围内。检查前置器输出电压无规律波动，测量探头阻值在7Ω～9Ω波动。在前置器上对换6瓦XY两侧轴振探头延长线后，卡件上显示为X侧振动大幅波动，Y侧振动正常，可排除外部前置器卡件损害及线路干扰引起测量不准。初步判断可能有3种情况所致。1）探头安装倾斜。2）延长线接头接触不良。3）Y侧振动实际高。东南大学振动专家来厂采集数据，根据频谱分析初步怀疑为假信号，把探头从延长线处拆除，卡件仅输出X侧正常值，避免汽机在咬合过程中跳闸。利用机组临停检修时揭开3S离合器前箱端盖，检查探头并无松动现象，延长线接头无松动氧化。松开6Y振动探头并紧螺母，往外旋转探头，发现探头非常紧，往外旋咬合力很大，初步确定探头装歪，拆出来检查探头表面，发现有一侧已被磨出痕迹。检查支架螺纹在起始部位有3个螺牙滑丝，且在螺牙内部有油污铁屑，安装时探头与支架螺牙没对准，探头受力，端面倾斜，随着机组启停咬合次数增多，6Y轴振探头表面受摩擦，导致轴振探头受损。针对安装时出现的问题，后续安装工艺做了改进，安装轴振探头前都要检查螺牙，并用润滑油冲洗安装孔，轴振探头旋入时用手旋到电压有变化才能用工具调整。测量元件安装位置油脂多，温度高，接触位置容易氧化老化接触不良，从而导致信号传输不稳，信号波动，在安装工艺上做了改进，连接头缠生胶带，外侧套热缩管，做了延长线保护槽盒，防止受力同时起到屏蔽作用。
4.2 碳刷接地干扰轴振测量
#2机组5瓦6瓦轴振曾发生过一起由于接地不良导致轴振大幅波动事件。3S离合器两侧轴振探头安装位置靠近发电机励磁系统，大轴碳刷接地不良也容易导致轴振波动。发生故障当天#2机组带满负荷运行，5瓦，6瓦轴振测量值由50微米逐渐攀升，超出报警值130 μm之后开始无规律波动，波动范围在80 μm～150 μm。发现异常后立即赶往电子设备间查看轴振测量卡件显示数值，5瓦和6瓦X，Y两侧振动测量数值都在同时波动，用手持式振动测试仪测量轴振测点附近机壳，手测值在40 μm～70 μm，对比日常巡视测试数据并无明显差别，机组实际振动高的可能性不大。4个探头同时波动，轴振测量元件同时损坏的可能性不大，怀疑干扰源影响所致。由于该时段现场无人员在接线盒附近使用手机，对讲机，且振动波动持续存在，排除外部无线电发射装置影响。机组维持运行到晚上停机后检查，首先检查信号系统屏蔽及接地，屏蔽层均完好，接地线接触良好，无氧化松动现象。考虑干扰的共性问题怀疑为周围电磁干扰，检查3S离合器旁大轴碳刷，发现2只碳刷的公共线松脱，接线紧固后发现盘车状态下轴振波动同时消失，至此可确认导致轴振波动的主要原因是碳刷接触不良，转轴上积累的静电电荷无法对地释放通路，静电荷积累造成轴电压升高，转轴产生电势影响涡流传感器线圈测量，产生干扰电势，使测量失真。
5 结语
9F级燃汽轮机3S离合器两侧轴振高是一个普遍问题，排除安装影响因素，消除回路信号干扰因素，才能保证振动测量值的准确性。工作中需要掌握探头原理，分析可能存在的虚假信号，提供真实可靠的检测数据也是保证机组正常运行的重要因素。
参考文献
[1]李治永.某燃气轮机电厂发电机励磁机转子接地故障的分析与处理[J].燃气轮机发电技术，20（3-4期合刊）：84-87.
[2]卢广法.西门子F级燃气-蒸汽联合循环发电机组培训教材[M].北京：浙江大学出版社，339-346.
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