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    某電廠裝機容量為3×660MW，ABB-CE公司的亞臨界、一次再熱控制循環燃煤鍋爐，控制系統為美國貝利公司的INFI-90。鍋爐設有送風機、一次風機、引風機各兩臺，采用美國本特利公司的3300系統對風機進行監測，實現風機的振動保護。

1  系統簡介

    鍋爐的送風機和一次風機為液壓動葉可調軸流式風機，引風機則為雙速雙吸離心式風機。由于風機的類型不同，振動的測量方式也不一致。對于送風機與一次風機，是通過在風機的驅動端與非驅動端軸承處各安裝一個Velomitor^®速度傳感器，測量軸承的絕對振動，引風機則是在驅動端與非驅動端軸承處各安裝一個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，以硬接線方式將風機振動高和高高信號送到DCS（Distributed Control System，分散式控制系統），完成對風機的保護。其保護邏輯如圖1所示。

圖1  原風機保護邏輯

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

2  存在的問題及原因分析

    機組投運后，多次出現風機振動高誤報警和振動高高保護誤動作，嚴重影響機組安全經濟運行。在1999年6月至2000年6月間，出現4次由于監測系統保護誤動作，引起風機跳閘，機組RB（RUNBACK，輔機故障快速減負荷）不成功，最終導致機組跳閘的現象。機組跳閘后立即對系統進行檢查，未發現任何異常，從系統參數歷史曲線可以看出，振動值是突然大幅變化，并迅速衰減，呈現高次諧波曲線特征。由此可以判定保護誤動作的主要原因是系統受到高頻信號干擾。導致系統抗干擾能力差的主要原因是：

(1)  安裝位置不合理

    3300系統機柜安裝在10kV電氣開關控制室，并未安裝在DCS系統控制設備間內。3300系統框架的接地是通過接地導線與電源地直接相連，信號電纜距離動力電纜太近。這樣當高電壓設備啟動運行時，較強高頻干擾高壓信號極易串入測量系統，感應電流噪聲引起監測系統工作異常。

(2)  系統接地不合理

    3300系統接地要求必須保證整個系統單點連接，避免由于無接地回路或者接地不良而導致干擾信號無法被屏蔽掉或者無處釋放，從而導致設備工作異常或損壞。整個系統包括從傳感器到3300監測系統到DCS系統的接地，一般是通過框架內的信號輸入繼電器模塊，在框架處實現系統單點接地。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，圖中的細黑實線為屏蔽線。

圖2  3300/16模件端子接線圖

    DCS系統的接地要求為：同一設備室內布置有多個機柜時，機柜接地應采用星形連接方式，即僅有一個機柜使用

圖3  3300/55模件端子接線圖

    接地線與電廠接地網連接，其余機柜使用接地線連接到該機柜內的接地銅條上。接地銅條為控制系統所需的0V參考電壓點。信號電纜的屏蔽應采用單點接地方式，以避免環路電流或因電勢差引起的充電電流進入系統。

    由于3300系統機柜與DCS系統機柜安裝地點不同，接地網的接入點不同，導致兩系統的接地電勢不一致。為了盡量滿足DCS系統的接地要求，廠家在現場接線時，未接3300/16模件的輸出至DCS系統的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系統的接地完整性受破壞，抗干擾能力更差。當在機柜附近使用無線電對講機時，在CRT上觀察趨勢曲線，可以看到振動信號幅值發生突變，其峰值大小和持續時間與使用對講機距離機柜的遠近和使用時間一致。

3  改進的方案

    3500系統通過組態軟件對框架進行組態，包括滿量程范圍的調整，傳感器靈敏度、參數報警與跳閘值的設定等；利用繼電器模件，可實現任意邏輯組合輸出；采用機組圖和棒狀圖，直觀顯示監測數據；使用電源模件背板上的開關，可方便地選擇系統的接地點，是本特利公司的主推產品。經過分析和比較，最終決定選用3500系統，在機組大修期間，對風機振動系統進行改造。

(1)  將監測系統機柜移至DCS系統控制設備室，選擇DCS系統的接地點為監測系統的公共地，徹底消除接地點不同引起的電勢差。

(2)  原系統在風機的驅動端和非驅動端分別安裝一個傳感器。當顯示數據異常時，運行人員不易判斷故障點，無法對設備有效監控。因此在與原傳感器成180°方向，都加裝一個傳感器，并增加相應的模件。監測系統的框架組態圖如圖4所示。

    由圖1可以看出，當任何一個傳感器受干擾工作異常時，都會使保護動作，系統保護誤動的幾率很高。新增加傳感器后，先采用邏輯“與”保護，可使保護動作正確率提高。改進后的保護邏輯如圖5所示。

圖4  監測系統的框架組態圖

圖5  改進后的風機保護邏輯

(3)  拆除原系統所使用的電纜，全部采用屏蔽鎧裝計算機電纜，按電纜設計安裝規范重新敷設，以降低外界噪聲的影響。

(4)  從風機振動的實際變化特性來看，它不是一種瞬時現象，要有一定的時間過程才會出現較明顯的變化。為了避免系統受到干擾產生誤信號，在保護邏輯中增加延時。

(5)  由于速度傳感器對高頻信號干擾較敏感，決定在信號輸入環節增加低通濾波器，根據廠家建議，截止頻率設為540kHz，進一步濾除輸入信號中的高頻干擾噪聲。

(6)  對于渦流傳感器，清除引風機轉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系統框架接口模件背板上的OK常閉接點接入DCS系統，在操作員站CRT增加“3500系統故障”報警信息，便于運行人員及時了解監測系統的運行狀態。

    此外，通過對自動調節系統的有關參數優化，進一步提高機組RB的成功率。

4  效果評估

    改進后的監測系統運行已有1年多，系統運行正常，從未出現誤報警和保護誤動。原系統存在的故障得到解決。運行實踐表明，這些改進措施是非常有效的。

    3300系統通過模件電路板上的跳線組合進行參數設置，3500系統則通過組態軟件進行參數設置，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系統相比，系統使用方便，可靠性高，功能強大。此次改進的成功實施為筆者對汽輪機振動監測系統的改進積累了經驗。