某電廠裝機(jī)容量為3×660MW，ABB-CE公司的亞臨界、一次再熱控制循環(huán)燃煤鍋爐，控制系統(tǒng)為美國貝利公司的INFI-90。鍋爐設(shè)有送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)各兩臺，采用美國本特利公司的3300系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的振動保護(hù)。

1  系統(tǒng)簡介

    鍋爐的送風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)為液壓動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)則為雙速雙吸離心式風(fēng)機(jī)。由于風(fēng)機(jī)的類型不同，振動的測量方式也不一致。對于送風(fēng)機(jī)與一次風(fēng)機(jī)，是通過在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動端與非驅(qū)動端軸承處各安裝一個(gè)Velomitor^®速度傳感器，測量軸承的絕對振動，引風(fēng)機(jī)則是在驅(qū)動端與非驅(qū)動端軸承處各安裝一個(gè)Proximitor^®電渦流位移傳感器，測量軸的相對振動。通過信號處理模件的繼電器觸點(diǎn)，以硬接線方式將風(fēng)機(jī)振動高和高高信號送到DCS（Distributed Control System，分散式控制系統(tǒng)），完成對風(fēng)機(jī)的保護(hù)。其保護(hù)邏輯如圖1所示。

圖1  原風(fēng)機(jī)保護(hù)邏輯

    原振動監(jiān)測系統(tǒng)模件主要包括3300/12電源模件、3300/03系統(tǒng)監(jiān)測模件、3300/16雙通道振動監(jiān)測模件、3300/55雙通道速度監(jiān)測模件等。其中3300/16模件用于監(jiān)測引風(fēng)機(jī)的振動，3300/55模件用于監(jiān)測送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)的振動。監(jiān)測系統(tǒng)將4~20mA電流信號送至DCS系統(tǒng)，在操作員站CRT上顯示各風(fēng)機(jī)的振動值。

2  存在的問題及原因分析

    機(jī)組投運(yùn)后，多次出現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動高誤報(bào)警和振動高高保護(hù)誤動作，嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在1999年6月至2000年6月間，出現(xiàn)4次由于監(jiān)測系統(tǒng)保護(hù)誤動作，引起風(fēng)機(jī)跳閘，機(jī)組RB（RUNBACK，輔機(jī)故障快速減負(fù)荷）不成功，最終導(dǎo)致機(jī)組跳閘的現(xiàn)象。機(jī)組跳閘后立即對系統(tǒng)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)任何異常，從系統(tǒng)參數(shù)歷史曲線可以看出，振動值是突然大幅變化，并迅速衰減，呈現(xiàn)高次諧波曲線特征。由此可以判定保護(hù)誤動作的主要原因是系統(tǒng)受到高頻信號干擾。導(dǎo)致系統(tǒng)抗干擾能力差的主要原因是：

(1)  安裝位置不合理

    3300系統(tǒng)機(jī)柜安裝在10kV電氣開關(guān)控制室，并未安裝在DCS系統(tǒng)控制設(shè)備間內(nèi)。3300系統(tǒng)框架的接地是通過接地導(dǎo)線與電源地直接相連，信號電纜距離動力電纜太近。這樣當(dāng)高電壓設(shè)備啟動運(yùn)行時(shí)，較強(qiáng)高頻干擾高壓信號極易串入測量系統(tǒng)，感應(yīng)電流噪聲引起監(jiān)測系統(tǒng)工作異常。

(2)  系統(tǒng)接地不合理

    3300系統(tǒng)接地要求必須保證整個(gè)系統(tǒng)單點(diǎn)連接，避免由于無接地回路或者接地不良而導(dǎo)致干擾信號無法被屏蔽掉或者無處釋放，從而導(dǎo)致設(shè)備工作異常或損壞。整個(gè)系統(tǒng)包括從傳感器到3300監(jiān)測系統(tǒng)到DCS系統(tǒng)的接地，一般是通過框架內(nèi)的信號輸入繼電器模塊，在框架處實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)單點(diǎn)接地。圖2和圖3分別為使用維修手冊中的3300/16，3300/55模件端子接線圖，圖中的細(xì)黑實(shí)線為屏蔽線。

圖2  3300/16模件端子接線圖

    DCS系統(tǒng)的接地要求為：同一設(shè)備室內(nèi)布置有多個(gè)機(jī)柜時(shí)，機(jī)柜接地應(yīng)采用星形連接方式，即僅有一個(gè)機(jī)柜使用

圖3  3300/55模件端子接線圖

    接地線與電廠接地網(wǎng)連接，其余機(jī)柜使用接地線連接到該機(jī)柜內(nèi)的接地銅條上。接地銅條為控制系統(tǒng)所需的0V參考電壓點(diǎn)。信號電纜的屏蔽應(yīng)采用單點(diǎn)接地方式，以避免環(huán)路電流或因電勢差引起的充電電流進(jìn)入系統(tǒng)。

    由于3300系統(tǒng)機(jī)柜與DCS系統(tǒng)機(jī)柜安裝地點(diǎn)不同，接地網(wǎng)的接入點(diǎn)不同，導(dǎo)致兩系統(tǒng)的接地電勢不一致。為了盡量滿足DCS系統(tǒng)的接地要求，廠家在現(xiàn)場接線時(shí)，未接3300/16模件的輸出至DCS系統(tǒng)的COM端的屏蔽線，未接3300/55模件的輸入信號的屏蔽線。這種接線方式使3300系統(tǒng)的接地完整性受破壞，抗干擾能力更差。當(dāng)在機(jī)柜附近使用無線電對講機(jī)時(shí)，在CRT上觀察趨勢曲線，可以看到振動信號幅值發(fā)生突變，其峰值大小和持續(xù)時(shí)間與使用對講機(jī)距離機(jī)柜的遠(yuǎn)近和使用時(shí)間一致。

3  改進(jìn)的方案

    3500系統(tǒng)通過組態(tài)軟件對框架進(jìn)行組態(tài)，包括滿量程范圍的調(diào)整，傳感器靈敏度、參數(shù)報(bào)警與跳閘值的設(shè)定等；利用繼電器模件，可實(shí)現(xiàn)任意邏輯組合輸出；采用機(jī)組圖和棒狀圖，直觀顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)；使用電源模件背板上的開關(guān)，可方便地選擇系統(tǒng)的接地點(diǎn)，是本特利公司的主推產(chǎn)品。經(jīng)過分析和比較，最終決定選用3500系統(tǒng)，在機(jī)組大修期間，對風(fēng)機(jī)振動系統(tǒng)進(jìn)行改造。

(1)  將監(jiān)測系統(tǒng)機(jī)柜移至DCS系統(tǒng)控制設(shè)備室，選擇DCS系統(tǒng)的接地點(diǎn)為監(jiān)測系統(tǒng)的公共地，徹底消除接地點(diǎn)不同引起的電勢差。

(2)  原系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動端和非驅(qū)動端分別安裝一個(gè)傳感器。當(dāng)顯示數(shù)據(jù)異常時(shí)，運(yùn)行人員不易判斷故障點(diǎn)，無法對設(shè)備有效監(jiān)控。因此在與原傳感器成180°方向，都加裝一個(gè)傳感器，并增加相應(yīng)的模件。監(jiān)測系統(tǒng)的框架組態(tài)圖如圖4所示。

    由圖1可以看出，當(dāng)任何一個(gè)傳感器受干擾工作異常時(shí)，都會使保護(hù)動作，系統(tǒng)保護(hù)誤動的幾率很高。新增加傳感器后，先采用邏輯“與”保護(hù)，可使保護(hù)動作正確率提高。改進(jìn)后的保護(hù)邏輯如圖5所示。

圖4  監(jiān)測系統(tǒng)的框架組態(tài)圖

圖5  改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)保護(hù)邏輯

(3)  拆除原系統(tǒng)所使用的電纜，全部采用屏蔽鎧裝計(jì)算機(jī)電纜，按電纜設(shè)計(jì)安裝規(guī)范重新敷設(shè)，以降低外界噪聲的影響。

(4)  從風(fēng)機(jī)振動的實(shí)際變化特性來看，它不是一種瞬時(shí)現(xiàn)象，要有一定的時(shí)間過程才會出現(xiàn)較明顯的變化。為了避免系統(tǒng)受到干擾產(chǎn)生誤信號，在保護(hù)邏輯中增加延時(shí)。

(5)  由于速度傳感器對高頻信號干擾較敏感，決定在信號輸入環(huán)節(jié)增加低通濾波器，根據(jù)廠家建議，截止頻率設(shè)為540kHz，進(jìn)一步濾除輸入信號中的高頻干擾噪聲。

(6)  對于渦流傳感器，清除引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸表面存在的額外附著物，消除干擾源，加固傳感器安裝支架，降低晃度的影響，提高測量精度。

(7)  將3500系統(tǒng)框架接口模件背板上的OK常閉接點(diǎn)接入DCS系統(tǒng)，在操作員站CRT增加“3500系統(tǒng)故障”報(bào)警信息，便于運(yùn)行人員及時(shí)了解監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

    此外，通過對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)優(yōu)化，進(jìn)一步提高機(jī)組RB的成功率。

4  效果評估

    改進(jìn)后的監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行已有1年多，系統(tǒng)運(yùn)行正常，從未出現(xiàn)誤報(bào)警和保護(hù)誤動。原系統(tǒng)存在的故障得到解決。運(yùn)行實(shí)踐表明，這些改進(jìn)措施是非常有效的。

    3300系統(tǒng)通過模件電路板上的跳線組合進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，3500系統(tǒng)則通過組態(tài)軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，操作步驟簡單，易于掌握，從而避免因插拔模件造成的人為故障。與3300系統(tǒng)相比，系統(tǒng)使用方便，可靠性高，功能強(qiáng)大。此次改進(jìn)的成功實(shí)施為筆者對汽輪機(jī)振動監(jiān)測系統(tǒng)的改進(jìn)積累了經(jīng)驗(yàn)。