彭 軍，馬 濤，祁富志，周 軍，李富榮

(1.青海電研科技有限責(zé)任公司，青海 西寧 810008；2.國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院，青海 西寧 810008)

0 引言

大容量新型調(diào)相機(jī)在啟(停)機(jī)或運(yùn)行過程當(dāng)中，若出現(xiàn)主參數(shù)監(jiān)視異常，易造成本體各個(gè)部件之間的互相磨損，甚至出現(xiàn)燒瓦等嚴(yán)重事故。為保護(hù)調(diào)相機(jī)安全運(yùn)行，就需要提高TSI系統(tǒng)對調(diào)相機(jī)本體運(yùn)行的監(jiān)視及保護(hù)水平。本文通過對某300 Mvar調(diào)相機(jī)工程調(diào)試過程中發(fā)生的一起“軸承相對振動(dòng)(下文簡稱“軸振”)單點(diǎn)跳變引起的誤跳機(jī)”事件，進(jìn)行了深入的分析研究，提出了科學(xué)合理的優(yōu)化方案，經(jīng)實(shí)踐證明，具有廣泛的推廣價(jià)值。

1 調(diào)相機(jī)TSI振動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)簡介

TSI即調(diào)相機(jī)本體儀表監(jiān)視及保護(hù)系統(tǒng)，是監(jiān)測、保護(hù)調(diào)相機(jī)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。它能連續(xù)、準(zhǔn)確地監(jiān)測調(diào)相機(jī)本體的各種重要參數(shù)，如：轉(zhuǎn)速、軸振及瓦振等，幫助運(yùn)行人員判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，以保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。TSI監(jiān)測信息還提供了動(dòng)平衡和在線診斷數(shù)據(jù)，運(yùn)維人員可通過診斷數(shù)據(jù)的幫助，分析機(jī)組出現(xiàn)的振動(dòng)異常事件。

某300 Mvar調(diào)相機(jī)TSI振動(dòng)保護(hù)裝置采用Bently公司3500系列產(chǎn)品，機(jī)組出線端(非出線端)配置2個(gè)軸振傳感器，分別監(jiān)測軸承X/Y向相對振動(dòng)。該項(xiàng)目TSI原軸振保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)為：出線端及非出線端共4個(gè)軸振測點(diǎn)采集進(jìn)入TSI振動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行“4取1”邏輯判斷，即4個(gè)軸振中任一信號達(dá)到跳機(jī)值254 μm，觸發(fā)軸振保護(hù)跳機(jī)。通過TSI繼電器板卡擴(kuò)展輸出3個(gè)“軸承相對振動(dòng)高高跳機(jī)”動(dòng)作信號至DCS系統(tǒng)，經(jīng)“3取2”邏輯判斷，然后由DCS系統(tǒng)DO卡再次擴(kuò)展3個(gè)“軸承相對振動(dòng)高高跳機(jī)”信號，分別輸出至非電量保護(hù)C/D/E屏，經(jīng)智能“3取2”保護(hù)裝置動(dòng)作出口，示意流程如圖1。

圖1 某調(diào)相機(jī)軸承相對振動(dòng)原保護(hù)鏈路示意圖

2 TSI振動(dòng)誤動(dòng)事件簡述

2021年3月31日15時(shí)11分，該工程3號機(jī)組DCS系統(tǒng)出線端X向軸振模擬量監(jiān)視值峰值達(dá)263 μm，超過跳機(jī)定值254 μm，觸發(fā)軸振高高跳機(jī)，過程數(shù)據(jù)曲線如圖2。

圖2 3號調(diào)相機(jī)保護(hù)動(dòng)作時(shí)各振動(dòng)趨勢及非出線端X向振動(dòng)探頭間隙電壓曲線

經(jīng)過現(xiàn)場檢查和振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)出線端X向軸振跳變至263 μm時(shí)，其他三個(gè)軸振測點(diǎn)均未出現(xiàn)明顯變化，結(jié)合X向振動(dòng)間隙電壓變化圖(如圖1)，可完全排除調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生實(shí)際振動(dòng)。綜合判斷此次跳機(jī)的原因?yàn)閄向振動(dòng)間隙電壓異常變化導(dǎo)致出線端X向軸振信號突變達(dá)到跳機(jī)值而引起保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)為突發(fā)性外部干擾所致。

3 原因分析

跳機(jī)事件發(fā)生后，通過對機(jī)組TSI振動(dòng)測量鏈路及保護(hù)邏輯進(jìn)行了排查分析，發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的問題：

3.1 TSI接地設(shè)計(jì)及信號屏蔽線纜接地方面問題

本機(jī)組TSI柜按功能設(shè)計(jì)了兩類接地銅牌，如圖3所示。一類為保護(hù)地，為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護(hù)措施。DCS系統(tǒng)現(xiàn)場控制站機(jī)柜及設(shè)備電源等均應(yīng)接保護(hù)地；另一類為屏蔽地，為避免電磁場對現(xiàn)場熱工儀表和信號的干擾而采取線纜屏蔽層接地，以提高信號精度。所有信號電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地，線纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。

目前，調(diào)相機(jī)所有控制柜接地還存在不同于常規(guī)火電機(jī)組DCS接地的設(shè)計(jì)情況，即：電子間所有控制柜外殼都通過槽鋼相連接接入大地，致使TSI系統(tǒng)間接形成了3類接地。如圖3所示。

圖3 調(diào)相機(jī)TSI系統(tǒng)接地示意圖

排查發(fā)現(xiàn)的問題為：

(1)保護(hù)接地銅牌與屏蔽接地銅牌在機(jī)柜內(nèi)進(jìn)行了并接，與地網(wǎng)形成了環(huán)網(wǎng)，易形成回路電流對信號造成干擾，如圖4。

(2)控制柜外殼接入屏蔽接地銅牌，而控制柜又通過槽鋼接入電氣接地網(wǎng)，造成信號地、控制柜與大地形成環(huán)網(wǎng)，易形成回路電流對信號造成干擾；3套不同功能的接地都互相形成環(huán)網(wǎng)，易引起測量信號的電磁干擾〔1〕，最終導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)作。

(3)由于安裝人員未了解屏柜間線纜用途，造成TSI系統(tǒng)送至DCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視的振動(dòng)模擬量信號電纜，其屏蔽線纜在兩個(gè)屏柜都接入了接地銅牌上，形成信號2點(diǎn)接地現(xiàn)象，嚴(yán)重違反“25項(xiàng)反措”要求〔2〕；

(4)振動(dòng)信號屏蔽線纜接地未按廠家說明書方案接入接地系統(tǒng)，廠家要求振動(dòng)信號屏蔽線纜應(yīng)該通過3500保護(hù)裝置專用接地端接入接地銅牌，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)屏蔽線纜未接入3500保護(hù)裝置而是直接接入接地銅牌中。

3.2 振動(dòng)測量鏈路中延伸電纜轉(zhuǎn)接接頭未采取防污染、防電磁干擾措施。

(1)振動(dòng)測量鏈路簡介。調(diào)相機(jī)軸振探頭為電渦流位移傳感器，它能測量被測體與探頭端面的相對位置。電渦流位移傳感器具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)及響應(yīng)速度快等特性，常用于對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸振動(dòng)、軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行測量，有效地對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)及預(yù)測性維修。振動(dòng)測量系統(tǒng)主要包括探頭、延伸電纜、前置器和附件(如圖5所示)。延伸電纜用來聯(lián)接和延長探頭與前置器之間的距離。采用延伸電纜的目的是為了減短探頭所帶電纜長度，對于用螺紋安裝探頭時(shí)，需轉(zhuǎn)動(dòng)探頭，過長的電纜不便使電纜隨探頭轉(zhuǎn)動(dòng)，容易扭斷電纜。

(2)排查發(fā)現(xiàn)的問題為：通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，延伸電纜與探頭電纜的接頭未采取防污染、防電磁干擾措施〔3〕，且接頭內(nèi)部有臟污油漬，調(diào)取TN8000診斷裝置歷史曲線發(fā)現(xiàn)傳感器間隙電壓異常的現(xiàn)象。懷疑為接頭臟污對測量的間隙電壓有影響，導(dǎo)致傳感器工作于非線性區(qū)域，從而影響振動(dòng)測量真實(shí)性。

通過試驗(yàn)室開展軸振傳感器(清潔與臟污狀態(tài))靜態(tài)特性測試，得出軸振傳感器延伸電纜接頭臟污后,傳感器的靜態(tài)輸出特性發(fā)生明顯變化,表現(xiàn)為臟污狀態(tài)下的靈敏度要明顯小于清潔狀態(tài)下的靈敏度，具體如圖6。

通過在試驗(yàn)室開展軸振傳感器(延伸電纜接頭臟污狀態(tài))在振動(dòng)環(huán)境(模擬接頭接觸不良現(xiàn)象)動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)臟污狀態(tài)下的傳感器延伸電纜接頭的接觸程度若發(fā)生改變，會(huì)導(dǎo)致傳感器工作間隙電壓發(fā)生突變，同時(shí)振動(dòng)測量值發(fā)生跳變，甚至達(dá)跳機(jī)值，如圖7。

圖7 臟污軸振傳感器振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)過程TSI輸出值變化趨勢

3.3 調(diào)相機(jī)振動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)存在“組態(tài)邏輯設(shè)計(jì)為單點(diǎn)保護(hù)”與“繼電器輸出元件單一配置”問題，易引發(fā)機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)。

(1)本站振動(dòng)保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)為：調(diào)相機(jī)盤車端與勵(lì)端分別配置2個(gè)振動(dòng)測量元件，共4個(gè)振動(dòng)測量信號，通過3500裝置采集后，在其PLC中進(jìn)行邏輯判定(4個(gè)測量信號任1達(dá)到跳機(jī)值)，共輸出3個(gè)“振動(dòng)保護(hù)跳機(jī)”信號。

問題分析：該邏輯由于設(shè)計(jì)為任1測點(diǎn)達(dá)到跳機(jī)值保護(hù)跳機(jī)〔3〕，也未采取任何輔助判據(jù)，不符合“25項(xiàng)反措”要求，且調(diào)試期間發(fā)生了出線端X向軸振測點(diǎn)異常跳變而保護(hù)誤動(dòng)跳機(jī)事件，均說明該保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)有明顯的保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

(2)TSI繼電器輸出元件配置單一，未進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，易引發(fā)保護(hù)拒動(dòng)。

本站振動(dòng)保護(hù)鏈路設(shè)計(jì)為：振動(dòng)保護(hù)信號由3500裝置PLC邏輯判定后，共擴(kuò)展輸出3個(gè) “振動(dòng)保護(hù)跳機(jī)”信號，通過1塊TSI繼電器輸出模塊(相當(dāng)于1塊DCS系統(tǒng)DO板卡)送至DCS系統(tǒng)進(jìn)行“3取2”邏輯判定后，再次擴(kuò)展3個(gè)“振動(dòng)保護(hù)跳機(jī)”信號，通過3塊不同DO板卡分別送到電氣系統(tǒng)C、D、E非電量保護(hù)屏，再次通過電氣“3取2”保護(hù)裝置動(dòng)作開出。振動(dòng)保護(hù)傳送鏈路見圖1。

問題分析：TSI繼電器輸出元件配置單一，當(dāng)元件出現(xiàn)損壞情況時(shí)，易引發(fā)該套保護(hù)拒動(dòng)；振動(dòng)保護(hù)信號“3取2”判斷設(shè)計(jì)過度，DCS系統(tǒng)與電氣均進(jìn)行了“3取2”判斷，易引發(fā)該套保護(hù)誤動(dòng)。

4 優(yōu)化方案

4.1針對 TSI柜接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)不符合規(guī)范易引起測量信號電磁干擾的問題，應(yīng)對TSI接地進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，首先應(yīng)對控制柜信號屏蔽接地與系統(tǒng)保護(hù)地進(jìn)行分別獨(dú)立接地，且接入接地網(wǎng)的連接點(diǎn)應(yīng)保持一定距離，以避免系統(tǒng)保護(hù)地中大電流串入信號屏蔽地中對弱電信號造成電磁干擾；控制柜柜殼應(yīng)接入系統(tǒng)保護(hù)地中，與信號屏蔽保持絕緣；控制柜整體應(yīng)保持絕緣，絕緣電阻應(yīng)符合規(guī)程要求。

再次，應(yīng)對DCS系統(tǒng)與TSI系統(tǒng)柜間的模擬量信號進(jìn)行排查梳理，將柜間信號屏蔽線纜存在兩點(diǎn)接地現(xiàn)象進(jìn)行整改，解除其中一端使其進(jìn)行浮空，避免出現(xiàn)回路電流而造成電磁干擾的情況。

最后，振動(dòng)測量鏈路信號屏蔽接地應(yīng)符合廠家設(shè)計(jì)要求。

4.2針對振動(dòng)傳感器就地廷伸電纜采用中間接頭連接，易引發(fā)接頭污染而導(dǎo)致傳感器測量間隙電壓發(fā)生改變，導(dǎo)致傳感器工作于非線性區(qū)域，最終致使振動(dòng)測量值發(fā)生跳變，甚至達(dá)跳機(jī)值而誘發(fā)保護(hù)誤動(dòng)跳機(jī)。為減少測量鏈路的中間環(huán)節(jié)保持測量的可靠性，應(yīng)采用沒有中間接頭的整套線纜或是對中間接頭進(jìn)行高抗干擾性能的措施。

4.3針對振動(dòng)保護(hù)邏輯與振動(dòng)保護(hù)鏈路硬件設(shè)計(jì)方面問題，首先應(yīng)對振動(dòng)單點(diǎn)保護(hù)邏輯進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)4個(gè)振動(dòng)測量信號其中1個(gè)達(dá)到跳機(jī)值且其余3個(gè)信號任一達(dá)到優(yōu)秀值，觸發(fā)振動(dòng)保護(hù)跳機(jī)，邏輯SAMA圖如圖8。

圖8 優(yōu)化后的軸振保護(hù)邏輯圖

其次，對TSI系統(tǒng)繼電器輸出模塊進(jìn)行冗余配置，針對實(shí)際情況，應(yīng)遵循保護(hù)的分層原則，即對保護(hù)應(yīng)在堅(jiān)持總體原則的基礎(chǔ)上，實(shí)施保護(hù)冗余改造技術(shù)，將原來的1塊擴(kuò)展至3塊，將3個(gè)振動(dòng)保護(hù)跳機(jī)信號分別通過不同的繼電器輸出模塊開出，以提高保護(hù)的可靠性。

最后，需簡化振動(dòng)保護(hù)鏈路設(shè)計(jì)，去掉不必要的中間環(huán)節(jié)，以減少保護(hù)保護(hù)信號“3取2”判定的過度冗余。本站TSI系統(tǒng)振動(dòng)保護(hù)信號經(jīng)過DCS系統(tǒng)“3取2”邏輯判斷后轉(zhuǎn)至非電量保護(hù)裝置，過程設(shè)計(jì)復(fù)雜，應(yīng)優(yōu)化為TSI系統(tǒng)振動(dòng)保護(hù)信號直接送至非電量保護(hù)裝置進(jìn)行“3取2”邏輯判斷開出，具體改造如圖9。

圖9 優(yōu)化后的振動(dòng)保護(hù)鏈路示意圖

5 結(jié)束語

本文通過對某新型調(diào)相機(jī)振動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)跳機(jī)事件進(jìn)行了深入的分析研究，針對發(fā)現(xiàn)的振動(dòng)測量及保護(hù)鏈路中存在的典型問題，根據(jù)實(shí)際提出了優(yōu)化整改方案，經(jīng)檢修整改后，在商業(yè)運(yùn)行過程中效果良好，未發(fā)生測量信號異常現(xiàn)象，對同類機(jī)組具有廣泛的推廣借鑒價(jià)值。