李國豪，孫京生，管森森，王梓越，甘智勇

（1.國網(wǎng)天津市電力公司 電力科學研究院，天津300384；2.國網(wǎng)天津市電力公司，天津300010）

發(fā)電機組通常安裝有完備的軸系監(jiān)測系統(tǒng)。 該系統(tǒng)多依靠電渦流傳感器、速度傳感器等連續(xù)地將發(fā)電機各機械運行參數(shù)顯示并記錄下來，以保障發(fā)電機組的正常運行。 電渦流傳感器是通過電渦流效應非接觸地測量探頭與被測物體之間距離的裝置，常安裝于發(fā)電機組軸系監(jiān)測系統(tǒng)中用于測量轉(zhuǎn)速、軸振動、軸位移等關(guān)乎機組安全運行的重要參數(shù)。受電渦流傳感器工作機理的影響，安裝于發(fā)電機附近的傳感器較安裝于原動機的更容易受到發(fā)電機電磁干擾而影響測量結(jié)果。 在此，從工程實際案例出發(fā)，列舉可能導致電渦流傳感器受到干擾的原因，通過試驗逐一排除，最終鎖定干擾源為發(fā)電機漏磁；對發(fā)電機漏磁的原因進行分析，對如何處理該現(xiàn)象提出建議，以期為工程人員發(fā)現(xiàn)、辨識并處理類似故障提供參考。

1 發(fā)電機軸系監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

發(fā)電機軸系及監(jiān)測系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖1所示。

1.1 發(fā)電機及軸系基本參數(shù)

圖1 發(fā)電機軸系及其監(jiān)測系統(tǒng)基本架構(gòu)示意圖Fig.1 Diagrammatic sketch of basic structure of generator shafting and its monitoring system

被測發(fā)電機為哈爾濱電機廠有限責任公司的QFSN-350-2 型大型同步發(fā)電機。 其額定/最大出力為350/380 MW，額定電壓為20.0 kV，額定電流為11.887 kA，額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min。發(fā)電機組軸系由發(fā)電機及支撐它的2 個軸承構(gòu)成，如圖1a 所示。

1.2 發(fā)電機軸系監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

發(fā)電機組的日常運行軸系監(jiān)測系統(tǒng)由電渦流傳感器、磁電式速度傳感器等采集軸系運行狀況反饋至3500 監(jiān)測器，如圖1b 所示。

其中，電渦流傳感器采用Bently Nevada 公司的3300 XL 8 mm 探頭配套延長電纜、前置器，輸出阻抗為50 Ω，間隙設(shè)定值為1.27 mm，靈敏度為7.87 V/mm，線性偏差為±0.152 mm；磁電式速度傳感器為Bently Nevada 公司的9200 型，靈敏度為20 V·s/m，頻響為10～1000 Hz，幅值線性100 Hz 從0.254～127 mm/s 為±5%[1]。

1.3 試驗用監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

由于軸系監(jiān)測系統(tǒng)的3500 監(jiān)測器數(shù)據(jù)記錄、處理能力有限，數(shù)據(jù)的采樣頻率僅為1 Hz，無法滿足復雜條件下的監(jiān)測、分析需求。 因此，在機組檢修前后，通常會由專業(yè)測試機構(gòu)加裝的同型號傳感器，以及存儲、分析能力更為強大的ADRE Sxp/408監(jiān)測器組成試驗用監(jiān)測系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖1c 所示，其中ADRE Sxp/408 監(jiān)測器直接與加裝的傳感器（具備獨立供電）連接，同時還與3500 監(jiān)測器聯(lián)通，以獲取軸系監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

2 干擾信號的出現(xiàn)及干擾源排除

2.1 干擾信號的出現(xiàn)

在機組啟動過程中測試人員通過試驗用監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)6 號軸承處X，Y 向電渦流傳感器（兩方向探頭安裝夾角為90°）示數(shù)均發(fā)生異常跳動，疑似受到干擾，調(diào)取受干擾時間段的測量趨勢如圖2所示。 由圖可見存在明顯的干擾凸起。

圖2 受干擾時間段的測量趨勢Fig.2 Measurement trend of disturbed time period

2.2 干擾源的排除

為確定干擾源，測試人員調(diào)取同一時間頻譜圖進行分析，干擾信號出現(xiàn)時頻譜圖比對如圖3所示。

圖3 干擾信號出現(xiàn)時頻譜圖比對Fig.3 Spectrum diagram comparison in the presence of interference signals

由圖2，圖3可見，干擾信號在X，Y 向為非同步出現(xiàn)，干擾點與正常點幅值相差約200 μm，但頻譜圖的差別不大。

在此，逐一排除可能導致電渦流傳感器受到干擾的因素。

2.2.1 排除電磁干擾對測量的影響

由于監(jiān)測器對頻譜僅能識別到500 Hz，干擾點較大的幅值應為出現(xiàn)在中高頻，超出儀器的采集范圍，而電磁干擾在發(fā)電機運行中難以進行治理，故無法排除電磁干擾對測量的影響。

2.2.2 排除前置器公共端擾動對測量的影響

電渦流傳感器的前置器有3 個接線端口，分別為公共端（0 V）、供電端（-24 V）、傳感器信號端。 由于監(jiān)測系統(tǒng)公共端經(jīng)常與其他系統(tǒng)并列，當其他系統(tǒng)出現(xiàn)波動或接地不良時，可能導致公共端擾動，進而干擾電渦流傳感器的測量。

為排除前置器公共端擾動對測量結(jié)果的影響，測試人員采用穩(wěn)壓電源單獨供電的方法對端子盒全部前置器（含5 號、6 號軸承傳感器及機尾鍵相傳感器）進行單獨供電，與廠用電源系統(tǒng)隔離，實測干擾信號仍有出現(xiàn)，故排除公共端對測量的影響。

2.2.3 排除軸面損傷對測量的影響

電渦流傳感器測量的振動幅值實際為間隙電壓的變化，當軸面出現(xiàn)有凸起、凹陷、鐵屑等損傷時，會對電渦流傳感器的測量結(jié)果有較大影響。

為排除軸面損傷對測量結(jié)果的影響，測試人員在距離6 號軸承傳感器20 cm 處裸露軸面上，加裝2 個電渦流傳感器，采用穩(wěn)壓電源單獨供電及臨時鋪設(shè)的同軸線纜做信號傳輸，通過長時間采集調(diào)取加裝傳感器測量趨勢如圖4所示。 通過長時間監(jiān)測可見，干擾信號一直存在，故排除軸面損傷對測量的影響。

圖4 6 號軸承加裝傳感器的測量趨勢Fig.4 Measurement trend of No.6 bearing installed sensors

2.2.4 其他可能的干擾源

傳感器為精密電子器件，當某一位置傳感器出現(xiàn)干擾信號時，應首先考慮其安裝位置對測量的影響。 為確定干擾源，對其他可能影響測量的因素進行了逐一排除，如：工作人員無線電干擾前置器，信號線纜短路、監(jiān)測器失靈、信號線松動、探頭安裝不穩(wěn)等，其排除過程不再贅述。

3 干擾源的確定及處理

3.1 發(fā)電機漏磁干擾測量結(jié)果

試驗人員通過逐一排除可能的干擾源，最終確定最可能的干擾源為電磁干擾，結(jié)合傳感器安裝位置及干擾表現(xiàn)，確定其故障原因應為發(fā)電機漏磁。其基本表現(xiàn)如下：①干擾信號在同一位置傳感器非同步發(fā)生，觀測頻譜圖發(fā)現(xiàn)低頻下無擾動，干擾發(fā)生在中高頻段，符合電磁干擾的特性；②干擾信號發(fā)生在安裝于發(fā)電機末端的傳感器，相鄰處加裝的傳感器也同樣受到干擾；③干擾信號為發(fā)電機大修后的啟動過程中出現(xiàn)，出現(xiàn)時發(fā)電機處于啟動空載狀態(tài)。

3.2 發(fā)電機漏磁的處理措施

測試人員在排除干擾源的過程中，采用6 號軸承處軸面消磁等臨時性方法進行處理，干擾信號在處理后可消失5～10 min，而后無好轉(zhuǎn)跡象。 考慮到發(fā)電機漏磁故障的處理難度，建議在下一次停機檢修時進行針對性處理。

對于發(fā)電機的漏磁，可以對發(fā)電機端部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，采用改變屏蔽層厚度、定轉(zhuǎn)子端部鐵心相對長度、定子端部繞組直線段長度及端部鐵心階梯高等結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算相應的端部漏磁和渦流損耗的方式，得出不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對端部漏磁和渦流損耗大小及分布的影響規(guī)律，所得結(jié)論為減小發(fā)電機端部漏磁及渦流損耗、優(yōu)化端部漏磁及渦流損耗分布提供依據(jù)[2]。 對于檢修后出現(xiàn)漏磁的，需對上述參數(shù)進行檢測還原，力爭返回到設(shè)計出廠狀態(tài)的電氣、機械參數(shù)。

對于漏磁導致轉(zhuǎn)子磁化，可以采用退磁處理，退磁即周期性地改變纏繞在被磁化部件上的退磁線圈中的電流方向，并逐漸減小電流，使被磁化部件沿磁化曲線回到坐標原點。 常用的退磁方法有直流退磁法和交流退磁法[3]。

3.3 發(fā)電機漏磁產(chǎn)生原因及危害

已投運發(fā)電機的不當檢修，通常是產(chǎn)生漏磁的主要原因。 發(fā)電機溫度過高、線圈管電流過大、軸承間隙調(diào)整不當、發(fā)電機轉(zhuǎn)子間斷性接地等，都可能導致漏磁發(fā)生。

漏磁在干擾周邊傳感器的同時還可能導致轉(zhuǎn)子磁化。 發(fā)電機組幾乎所有設(shè)備和零件都在“磁場環(huán)境”下運行，其轉(zhuǎn)子的材質(zhì)比較特殊，屬于易被磁化物質(zhì)，轉(zhuǎn)子一端接地，另一端與軸承底座絕緣，雖然運行狀態(tài)比較獨立，但依然會被磁化。 被磁化的轉(zhuǎn)子會干擾軸瓦的運行性能，一方面轉(zhuǎn)子周邊的磁場和軸瓦周邊的磁場形成對比關(guān)系，對抗電流的摩擦力，會成為軸瓦正常運行的阻礙。 另一方面，轉(zhuǎn)子周邊磁場形成的摩擦力也會讓轉(zhuǎn)子的功能受到影響[4]。

4 結(jié)語

傳感器受到干擾是各類監(jiān)測系統(tǒng)運行中的常見問題，系統(tǒng)運維人員應對相關(guān)傳感器的機理有深入的了解，應對可能的干擾源有所預判。 因所涉及的發(fā)電機漏磁故障難以發(fā)現(xiàn)，日常運行中所使用的監(jiān)測器因其采樣頻率原因難以發(fā)現(xiàn)該故障，故通過窮舉并排除可能干擾源的方式，最終確定故障原因。 通過試驗研究，確定了判斷該故障的要點，為相關(guān)工程人員處理類似故障提供借鑒。