一種改進(jìn)的電渦流傳感器信號靜態(tài)測試方法

錢海龍

(中國能源建設(shè)集團(tuán)華東電力試驗(yàn)研究院有限公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)的調(diào)試是整套機(jī)組調(diào)試過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系著機(jī)組的運(yùn)行安全。在機(jī)組啟動及運(yùn)行過程中，振動信號是判斷機(jī)組正常運(yùn)行的重要依據(jù)。動靜碰磨、徑相摩擦、轉(zhuǎn)子不平衡等問題故障都可以通過對振動信號的檢測來判斷，為運(yùn)行人員監(jiān)控和排除機(jī)組故障提供極大的便利。目前發(fā)電汽輪機(jī)組運(yùn)營人員普遍采用電渦流傳感器進(jìn)行振動檢測，電渦流傳感器能準(zhǔn)確測量汽輪機(jī)軸與振動探頭端面之間的相對位移變化，其工作優(yōu)勢包括非接觸測量、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、不受油水等介質(zhì)影響、可靠性好、響應(yīng)速度快等，十分適用于發(fā)電汽輪機(jī)振動檢測，但該方法也存在所需設(shè)備較多、操作復(fù)雜的缺點(diǎn)。本文改進(jìn)后的方法可使用常規(guī)調(diào)試設(shè)備對采用電渦流傳感器的振動信號進(jìn)行完整回路的靜態(tài)測試，確認(rèn)振動測量系統(tǒng)功能是否完善，測試方法簡單、高效且可靠。

1 電渦流傳感器工作原理

1.1 電渦流產(chǎn)生原理

電渦流傳感器主要部件包括傳感器、前置器、延伸電纜、汽輪機(jī)監(jiān)視裝置等。根據(jù)麥克斯韋爾電磁理論，傳感器線圈中通入高頻電流之后，線圈周圍會產(chǎn)生高頻磁場H1，該磁場靠近其他金屬表面時，會在其表面感應(yīng)產(chǎn)生電渦流。根據(jù)楞次定律，變化的電渦流又會在其周圍產(chǎn)生一個電渦流磁場H2，其方向和原磁場方向相反，這兩個磁場相疊加會改變原線圈的阻抗[1]。其原理圖如圖1所示。

圖1 電渦流傳感器原理圖

1.2 電渦流測量原理

電渦流產(chǎn)生的磁場總是抵抗檢測線圈形成的磁場，當(dāng)檢測電感線圈和被測體之間的相對距離發(fā)生變化時，檢測線圈的等效阻抗也會發(fā)生改變從而改變輸出信號[2]。當(dāng)傳感器與被測物體的表面相對距離變大時，電渦流變?nèi)?，阻抗減小，傳感器的輸出電壓變大；當(dāng)相對距離變小時，電渦流變強(qiáng)，阻抗增大，傳感器的輸出電壓變小。在一定范圍內(nèi)，在被測體的電阻率、磁導(dǎo)率及線圈激勵電流的頻率不變的情況下，傳感器的輸出電壓與傳感器和被測體的相對距離成線性關(guān)系。

2 電渦流傳感器振動靜態(tài)測試

2.1 常規(guī)測試方法

常規(guī)汽輪機(jī)振動靜態(tài)測試方法使用的主要設(shè)備包括信號發(fā)生器和9 V電源。其測量原理是摒棄就地傳感器，直接通過信號發(fā)生器模擬一個振蕩輸出信號至振動檢測裝置。測量回路的構(gòu)成是拆除前置器至汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)振動測量端子的接線，將信號發(fā)生器負(fù)表筆接汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)信號端(signal，SIG)，9 V電源正端接汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)公共端(common ground，COM)，電源負(fù)端則接至信號發(fā)生器正表筆，如圖2所示。通過信號發(fā)生器給汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)施加激勵信號，檢驗(yàn)汽輪機(jī)振動信號的輸出和保護(hù)動作是否正確。此測試方法回路不包括就地傳感器和放大器，只是通過信號發(fā)生器對汽輪機(jī)監(jiān)視裝置進(jìn)行靜態(tài)測試，無法保證測試回路的完整性和可靠性。同時此測試方法拆接線和恢復(fù)接線工作量較多，且需要特別注意額外增加的9V電源接線方式，避免對汽輪機(jī)監(jiān)視裝置和信號發(fā)生器造成損害。

圖2 常規(guī)振動靜態(tài)測試回路示意圖

2.2 改進(jìn)后測試方法

改進(jìn)后的汽輪機(jī)振動靜態(tài)測試方法只需要1個信號發(fā)生器，其測量原理是將信號發(fā)生器串接至振動回路，通過改變振動測量回路輸出實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測試，只需拆除汽輪機(jī)監(jiān)視裝置振動測量的SIG端子至就地設(shè)備的接線，另取一根長度合適的線芯固定至SIG端，將測試儀串入振動回路，串接測試回路示意圖如圖3所示。將信號發(fā)生器串接至振動回路后，信號發(fā)生器設(shè)置正弦波，設(shè)置其頻率為50 Hz (此頻率信號接近于實(shí)際振動測量元件輸出信號)，通過改變峰值電壓模擬感應(yīng)電動勢實(shí)現(xiàn)對振動信號靜態(tài)測試。此方法在靜態(tài)測試時只需拆接一組接線，不需要額外增加電源串接至振動測試回路，操作更為簡單安全。同時，此方法進(jìn)行振動靜態(tài)測試時包含了就地傳感器和前置器，實(shí)現(xiàn)了對振動信號的完整回路測試，測試結(jié)果更完整可靠。

圖3 改進(jìn)后的振動靜態(tài)測試回路示意圖

2.3 靜態(tài)測試數(shù)據(jù)處理

某電廠汽輪機(jī)電渦流軸承振動靜態(tài)測試時，采用改進(jìn)后的測試方法對汽輪機(jī)#1軸承X向振動和#2軸承Y向振動進(jìn)行測試，對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和計(jì)算處理后發(fā)現(xiàn)，該電渦流軸承振動靜態(tài)測試數(shù)據(jù)精度滿足測試要求。已知電渦流振動傳感器靈敏度為7.87 mV/μm，安裝間隙電壓要求為-10.0 V，實(shí)際測量安裝間隙電壓為-10.0 V，靜態(tài)測試數(shù)據(jù)及誤差見表1所列。

表1 靜態(tài)測試數(shù)據(jù)比較

3 結(jié)語

常規(guī)電渦流振動靜態(tài)測試方法和本文介紹的改進(jìn)方法的區(qū)別主要在測試回路結(jié)構(gòu)上，對于振動測量系統(tǒng)的檢驗(yàn)方法都是通過改變振動監(jiān)視裝置的接收值。改進(jìn)后的測試方法回路結(jié)構(gòu)更為簡單明了，將振動整個回路包括在測試回路中，可及時有效地排除回路故障，而常規(guī)測試方法只是對汽輪機(jī)監(jiān)視裝置振動系統(tǒng)的檢驗(yàn)，無法保證整個振動回路正常。改進(jìn)后的測試回路拆接線工作量大幅降低，提高了測試效率的同時有效減少了因拆接線引起的錯接、虛接等問題，測試回路中也不需要再增加9 V電源或其他設(shè)備，減少了因增加外接設(shè)備導(dǎo)致汽輪機(jī)監(jiān)視裝置及信號發(fā)生器通道或者模件損壞的風(fēng)險。