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摘要：本文介绍了一起330MW火电机组运行中汽轮机1Y轴承振动变化异常的事件，通过现场检查判断和综合分析，推断出这起异常事件可能的原因，并提出相应的处理措施，为同类机组发生相同问题提供了参考经验和处理措施。
关键词：汽轮机轴振；异常跳变；干扰；保护误动
引言
衡量火电厂汽轮发电机组全面的机械工况，转子径向振动振幅是一个最基本的指标。很多机械故障，包括转子不平衡、不对中、轴承磨损、转子裂纹及汽轮机动静部分的磨擦等都可以通过振动的测量进行反映。
2016年5月，某火电厂6号机组（北重330MW机组）正常运行中，在3周内接连发生6号汽轮机轴承1Y向振动信号异常跳变，最大值已超过停机值>180μm，由于这3次振动信号跳变时1X向轴振信号未达到报警值>130μm，且轴振大保护逻辑为转速>2 900r/min轴振危险值“与”同瓦邻向轴振报警值，故保护未动作，未造成机组非停事故。从现场检查判断过程中，下文中分析了振动信号异常跳变的原因，提出了可行的处理措施。
1 事件经过及原因分析
1.1 故障发生过程
2016年5月20日15：32—15：47，6号机1Y轴振信号异常跳变，最大值161μm。
2016年5月27日15：00—15：15，6号机1Y轴振信号异常跳变，最大值250μm。
2016年5月29日16：30—22：00，6号机1Y轴振信号异常跳变，最大值250μm。
正常运行中6号机轴振保护判断方式为汽机转速>2900/min时，单瓦X向轴振跳机值“与”上Y向轴振报警值或单瓦Y向轴振跳机值“与”上X向轴振报警值。6号机组轴振的测量范围：0～250μm；报警值：>130μm；停机值：>180μm。由于这3次1Y向轴振信号跳变时1X向轴振信号未达到报警值，故保护未动作，机组未因此导致非停。汽轮机安全监视系统（turbine supervisory instrumentation，TSI）轴振报警、保护输出局部接线图如图1所示。
轴振信号跳变时刻历史曲线如图2所示。
1.2 振动测量原理
转子是汽轮发电机组的核心部件，汽轮发电机组能否正常工作主要决定于转子能否正常运转。当然，转子的运动不是孤立的，它是通过轴承支承在轴承座及机壳与基础上，构成了转子——支承系统。大多数振动故障都直接与转子运动有关，因此可以从转子运动中去监视和发现振动故障，比从轴承座或机壳的振动提取信息更为直接和有效。所以，轴振动的测量对机器故障诊断非常有用。[1]
根據振动学原理，由X、Y方向振动合成可得到轴心轨迹。在测量轴振时，常常把涡流传感器装在轴承壳上，传感器与轴承壳变为一体，因此所测结果是轴相对于轴承壳的振动。由于轴在垂直方向与水平方向并没有必然的内在联系，亦即在垂直方向（Y方向）的振动已经很大，而在水平方向（X方向）的振动却可能是正常的，因此，在垂直与水平方向各装一个传感器。由于水平中分面不利于其他设备的安装，实际安装时2个传感器安装保证相互垂直即可，如图3所示。当传感器端部与转轴表面间隙变化时，传感器输出一个交流信号给板件，板件计算出间隙变化（即振动）峰-峰（P-P）值。[1]
1.3现场检查判断
异常发生时，根据现场情况首先确定信号流向的各个环节，通过排除法逐一通过测量TSI装置电源电压、检查信号电缆屏蔽、更换轴承振动卡件等方法，确定以汽缸外前置器端子作为缩小排查故障点的分界点。在信号跳变发生时，按规定要求做好保护投退、事故应急处置等安全措施后，通过在汽缸外前置器端子处调换1X与1Y向传感器至前置器信号线，初步判断出故障位置在6号机前箱内，分析为1瓦1Y轴振测量传感器至前置器信号回路异常。由于机组运行无法揭缸，具体为传感器还是信号电缆原因待停机后进一步检查确认。
1.4原因分析
6号机组（北重330MW）TSI系统采用MMS6000监测系统，该系统振动信号MMS6110双通道轴承振动板件组成结构如图4所示。
根据现场检查情况，分析如下：
（1）从振动信号的传递过程，需经历振动测量板件的输入和输出2个回路。排除TSI板件供电24V电源因素后，最大的可能就是由于测量系统多点接地，屏蔽层与大地形成回路，干扰信号经过导线与屏蔽层间的分布电容进入电子设备，引起干扰。根据同类情况现场的经验分析：异常现象可能由传感器至板件的输入回路引起。特别是汽缸内部传感器延长电缆1m处有一个铠装接头，接头和电缆铠装碰到一起导通后造成系统多点接地引入干扰信号，导致传感器测得信号异常跳变，如图5所示。新建机组的安装调试中由于延伸电缆同轴线和铠装之间配合紧密，接头和铠装之间接触不上，系统正常，发现不了什么问题。但随着设备检修频次及铠装接头插拔次数的增多，延长电缆同轴线和铠装之间的配合发生松动，接头和铠装就会碰到一起导通、引入干扰信号。导致振动测量系统信号跳变，干扰信号强时，参数跳变幅度增大，如果超过保护定值，就可能引起保护误动作、造成机组非停。同时也有可能因为涡流振动传感器本身老化造成测量系统测得的间隙电压偏离正常线性曲线发生跳变，从而导致振动测量系统信号的跳变。
（2）前置器至TSI机柜振动板件的信号传输电缆屏蔽不良也会导致振动信号在整个输入回路发生突变。经检查，发现可能存在问题的地方还包括TSI机柜中的信号传输屏蔽电缆，信号电缆从电缆夹层伸出TSI机柜地面后就剥开，没有按照规范要求，至TSI板件接线端子处再剥开并连接屏蔽线。[2]不过从现场检查的情况看来，这些因素自机组投运以来就存在。
（3）外界强信号的干扰（特别是使用变频调节的大功率辅机设备启动时）也有可能导致振动信号的在输入回路发生突变。经现场调查异常现象发生期间，运行机组并没有重要辅机设备启停或联动备用操作，12m汽机运转平台上也没有其他检修工作人员。因此可以排除由于设备启停、工作人员使用对讲机或机务焊接作业等外因带来的外界强信号干扰导致振动信号突变的可能。 （4）在特定工况下同类汽轮机本体设备原因。因北重330MW汽轮机轴封油挡易产生热积炭层，并且轴封油挡的热积炭层与大轴发生直接摩擦造成的汽机大轴的真实振动。这种情况在6号机运行期间2瓦、3瓦也曾经数次发生，造成2瓦、3瓦单向轴振信号跳变，但当时工况下轴振信号跳变幅值均未超过轴振报警值（>130um）。
2 事件处理措施
综合以上分析，针对6号机组运行中1Y轴承振动信号异常突变的原因，提出以下几点处理措施：
（1）联系西北调试所或电科院所相关专业，将前置器、TSI板件等信号输入、输出回路连接汽轮机振动数据采集分析系统进行检测，协助寻找故障源。并在规定要求时限内暂时解列1瓦振动大停机保护，甩开信号传输电缆直接在TSI机柜振动信号输入端子排联接备用成套的轴振传感器、前置器及延长线，使用振动信号校验台模拟振动信号，检验MMS6110双通道轴承振动板件，验证板件组态参数、显示输出和报警、保护接点输出信号的正确性。
（2）利用停机检修机会成套更换1Y轴振的传感器、延长电缆、前置器。更换后连接TSI卡件及信号回路进行综合校验，并重点对传感器延伸电缆的铠装接头做好绝缘密封处理，用热缩管将传感器延伸电缆1m处的铠装联接接头密封好，避免接头和电缆铠装导通后造成系统多点接地引入共模干扰信号。彻底排除因热工设备造成的原因。
（3）利用停机检修和机组启动时的热工保护静态试验机会，用大功率对讲机做干扰源对就地TSI信号源进行抗射频干扰试验。完善TSI就地信号端子接线盒的屏蔽措施。就地信号端子接线盒相增加“禁止使用对讲机，防止干扰”的警示标识，提醒运行巡检和其他专业人员注意。
（4）结合机组检修机会成套送检长周期使用或有隐患的振动传感器、延长电缆、前置器，检查就地信号至TSI机柜传输电缆，并检查电缆线间绝缘及电缆一端接地情况，紧固测量系统输入、输出信号回路端子及板件接插線。
（5）机组运行中振动技术监督专责加强振动曲线检查，分析机组振动总体变化趋势、异常现象及发生原因。
3 事件处理结果
2016年7月14日至30日6号机组停运检修期间，按上述建议措施进行了逐一检查，具体处理结果如下：
（1）检验MMS6110双通道轴承振动板件，经验证MMS6110双通道轴承振动板件软件组态参数正确，并且在测量信号板件故障（供电和板件本身）、通电后78s内、输入电压低于量程下限0.5V（-1.5V）或高于量程上限0.5V（-22.5V）、板件超温时的报警和保护输出的坏点抑制功能可靠。同时在轴承振动板件测量量程0～250um（-2～-22V）范围内输入信号跳变时无报警和保护输出抑制功能。
（2）经热控人员进行TSI机柜抗射频干扰试验后，可以排除由于TSI机柜中接线和屏蔽不良而导致信号突变的可能。
（3）排除汽机本体设备原因后全套更换经校验合格的1Y轴振传感器、传感器延长线、前置器，将传感器延长线1m处的铠装联接接头拧紧后用热缩管密封并两端捆扎。将前置器浮空安装，不与大地连接，屏蔽电缆的屏蔽层全部连通，不得有断层存在，屏蔽电缆的二头屏蔽层分别连接到前置器和TSI柜端子排的COM端（信号公共线），不与大地相连，解决现场共模和串模干扰的可能。
经过半年时间，6号机组的连续运行再没有发生1Y向振动信号异常跳变现象，故得出对本次振动变化异常事件的分析判断准确，处理措施具体可行。
4 结语
通过对本起330MW火电机组运行中汽轮机轴承1Y振动变化异常事件的现场检查判断和综合分析，推断出引起信号跳变可能的原因，提出相应的处理措施，并在机组检修期间进行了处理，为同类机组发生相同问题提供了参考经验和处理借鉴，避免保护误动造成机组非停事故的发生，提高了热工保护动作的可靠性和正确性。
参考文献：：
[1]王鸿懿.600MW火电机组系列培训教材 第八分册 热工控制系统及设备[M]. 北京：中国电力出版社，2009.
[2]电力行业热工自动化与信息标准化技术委员会. DL/T 261—2012，火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则[S] . 北京：中国电力出版社，2012.
作者简介：
朱小波（1978—），男，大专，助理工程师，主要从事火电厂设备检修管理工作。
关键词：汽轮机轴振；异常跳变；干扰；保护误动
引言
衡量火电厂汽轮发电机组全面的机械工况，转子径向振动振幅是一个最基本的指标。很多机械故障，包括转子不平衡、不对中、轴承磨损、转子裂纹及汽轮机动静部分的磨擦等都可以通过振动的测量进行反映。
2016年5月，某火电厂6号机组（北重330MW机组）正常运行中，在3周内接连发生6号汽轮机轴承1Y向振动信号异常跳变，最大值已超过停机值>180μm，由于这3次振动信号跳变时1X向轴振信号未达到报警值>130μm，且轴振大保护逻辑为转速>2 900r/min轴振危险值“与”同瓦邻向轴振报警值，故保护未动作，未造成机组非停事故。从现场检查判断过程中，下文中分析了振动信号异常跳变的原因，提出了可行的处理措施。
1 事件经过及原因分析
1.1 故障发生过程
2016年5月20日15：32—15：47，6号机1Y轴振信号异常跳变，最大值161μm。
2016年5月27日15：00—15：15，6号机1Y轴振信号异常跳变，最大值250μm。
2016年5月29日16：30—22：00，6号机1Y轴振信号异常跳变，最大值250μm。
正常运行中6号机轴振保护判断方式为汽机转速>2900/min时，单瓦X向轴振跳机值“与”上Y向轴振报警值或单瓦Y向轴振跳机值“与”上X向轴振报警值。6号机组轴振的测量范围：0～250μm；报警值：>130μm；停机值：>180μm。由于这3次1Y向轴振信号跳变时1X向轴振信号未达到报警值，故保护未动作，机组未因此导致非停。汽轮机安全监视系统（turbine supervisory instrumentation，TSI）轴振报警、保护输出局部接线图如图1所示。
轴振信号跳变时刻历史曲线如图2所示。
1.2 振动测量原理
转子是汽轮发电机组的核心部件，汽轮发电机组能否正常工作主要决定于转子能否正常运转。当然，转子的运动不是孤立的，它是通过轴承支承在轴承座及机壳与基础上，构成了转子——支承系统。大多数振动故障都直接与转子运动有关，因此可以从转子运动中去监视和发现振动故障，比从轴承座或机壳的振动提取信息更为直接和有效。所以，轴振动的测量对机器故障诊断非常有用。[1]
根據振动学原理，由X、Y方向振动合成可得到轴心轨迹。在测量轴振时，常常把涡流传感器装在轴承壳上，传感器与轴承壳变为一体，因此所测结果是轴相对于轴承壳的振动。由于轴在垂直方向与水平方向并没有必然的内在联系，亦即在垂直方向（Y方向）的振动已经很大，而在水平方向（X方向）的振动却可能是正常的，因此，在垂直与水平方向各装一个传感器。由于水平中分面不利于其他设备的安装，实际安装时2个传感器安装保证相互垂直即可，如图3所示。当传感器端部与转轴表面间隙变化时，传感器输出一个交流信号给板件，板件计算出间隙变化（即振动）峰-峰（P-P）值。[1]
1.3现场检查判断
异常发生时，根据现场情况首先确定信号流向的各个环节，通过排除法逐一通过测量TSI装置电源电压、检查信号电缆屏蔽、更换轴承振动卡件等方法，确定以汽缸外前置器端子作为缩小排查故障点的分界点。在信号跳变发生时，按规定要求做好保护投退、事故应急处置等安全措施后，通过在汽缸外前置器端子处调换1X与1Y向传感器至前置器信号线，初步判断出故障位置在6号机前箱内，分析为1瓦1Y轴振测量传感器至前置器信号回路异常。由于机组运行无法揭缸，具体为传感器还是信号电缆原因待停机后进一步检查确认。
1.4原因分析
6号机组（北重330MW）TSI系统采用MMS6000监测系统，该系统振动信号MMS6110双通道轴承振动板件组成结构如图4所示。
根据现场检查情况，分析如下：
（1）从振动信号的传递过程，需经历振动测量板件的输入和输出2个回路。排除TSI板件供电24V电源因素后，最大的可能就是由于测量系统多点接地，屏蔽层与大地形成回路，干扰信号经过导线与屏蔽层间的分布电容进入电子设备，引起干扰。根据同类情况现场的经验分析：异常现象可能由传感器至板件的输入回路引起。特别是汽缸内部传感器延长电缆1m处有一个铠装接头，接头和电缆铠装碰到一起导通后造成系统多点接地引入干扰信号，导致传感器测得信号异常跳变，如图5所示。新建机组的安装调试中由于延伸电缆同轴线和铠装之间配合紧密，接头和铠装之间接触不上，系统正常，发现不了什么问题。但随着设备检修频次及铠装接头插拔次数的增多，延长电缆同轴线和铠装之间的配合发生松动，接头和铠装就会碰到一起导通、引入干扰信号。导致振动测量系统信号跳变，干扰信号强时，参数跳变幅度增大，如果超过保护定值，就可能引起保护误动作、造成机组非停。同时也有可能因为涡流振动传感器本身老化造成测量系统测得的间隙电压偏离正常线性曲线发生跳变，从而导致振动测量系统信号的跳变。
（2）前置器至TSI机柜振动板件的信号传输电缆屏蔽不良也会导致振动信号在整个输入回路发生突变。经检查，发现可能存在问题的地方还包括TSI机柜中的信号传输屏蔽电缆，信号电缆从电缆夹层伸出TSI机柜地面后就剥开，没有按照规范要求，至TSI板件接线端子处再剥开并连接屏蔽线。[2]不过从现场检查的情况看来，这些因素自机组投运以来就存在。
（3）外界强信号的干扰（特别是使用变频调节的大功率辅机设备启动时）也有可能导致振动信号的在输入回路发生突变。经现场调查异常现象发生期间，运行机组并没有重要辅机设备启停或联动备用操作，12m汽机运转平台上也没有其他检修工作人员。因此可以排除由于设备启停、工作人员使用对讲机或机务焊接作业等外因带来的外界强信号干扰导致振动信号突变的可能。 （4）在特定工况下同类汽轮机本体设备原因。因北重330MW汽轮机轴封油挡易产生热积炭层，并且轴封油挡的热积炭层与大轴发生直接摩擦造成的汽机大轴的真实振动。这种情况在6号机运行期间2瓦、3瓦也曾经数次发生，造成2瓦、3瓦单向轴振信号跳变，但当时工况下轴振信号跳变幅值均未超过轴振报警值（>130um）。
2 事件处理措施
综合以上分析，针对6号机组运行中1Y轴承振动信号异常突变的原因，提出以下几点处理措施：
（1）联系西北调试所或电科院所相关专业，将前置器、TSI板件等信号输入、输出回路连接汽轮机振动数据采集分析系统进行检测，协助寻找故障源。并在规定要求时限内暂时解列1瓦振动大停机保护，甩开信号传输电缆直接在TSI机柜振动信号输入端子排联接备用成套的轴振传感器、前置器及延长线，使用振动信号校验台模拟振动信号，检验MMS6110双通道轴承振动板件，验证板件组态参数、显示输出和报警、保护接点输出信号的正确性。
（2）利用停机检修机会成套更换1Y轴振的传感器、延长电缆、前置器。更换后连接TSI卡件及信号回路进行综合校验，并重点对传感器延伸电缆的铠装接头做好绝缘密封处理，用热缩管将传感器延伸电缆1m处的铠装联接接头密封好，避免接头和电缆铠装导通后造成系统多点接地引入共模干扰信号。彻底排除因热工设备造成的原因。
（3）利用停机检修和机组启动时的热工保护静态试验机会，用大功率对讲机做干扰源对就地TSI信号源进行抗射频干扰试验。完善TSI就地信号端子接线盒的屏蔽措施。就地信号端子接线盒相增加“禁止使用对讲机，防止干扰”的警示标识，提醒运行巡检和其他专业人员注意。
（4）结合机组检修机会成套送检长周期使用或有隐患的振动传感器、延长电缆、前置器，检查就地信号至TSI机柜传输电缆，并检查电缆线间绝缘及电缆一端接地情况，紧固测量系统输入、输出信号回路端子及板件接插線。
（5）机组运行中振动技术监督专责加强振动曲线检查，分析机组振动总体变化趋势、异常现象及发生原因。
3 事件处理结果
2016年7月14日至30日6号机组停运检修期间，按上述建议措施进行了逐一检查，具体处理结果如下：
（1）检验MMS6110双通道轴承振动板件，经验证MMS6110双通道轴承振动板件软件组态参数正确，并且在测量信号板件故障（供电和板件本身）、通电后78s内、输入电压低于量程下限0.5V（-1.5V）或高于量程上限0.5V（-22.5V）、板件超温时的报警和保护输出的坏点抑制功能可靠。同时在轴承振动板件测量量程0～250um（-2～-22V）范围内输入信号跳变时无报警和保护输出抑制功能。
（2）经热控人员进行TSI机柜抗射频干扰试验后，可以排除由于TSI机柜中接线和屏蔽不良而导致信号突变的可能。
（3）排除汽机本体设备原因后全套更换经校验合格的1Y轴振传感器、传感器延长线、前置器，将传感器延长线1m处的铠装联接接头拧紧后用热缩管密封并两端捆扎。将前置器浮空安装，不与大地连接，屏蔽电缆的屏蔽层全部连通，不得有断层存在，屏蔽电缆的二头屏蔽层分别连接到前置器和TSI柜端子排的COM端（信号公共线），不与大地相连，解决现场共模和串模干扰的可能。
经过半年时间，6号机组的连续运行再没有发生1Y向振动信号异常跳变现象，故得出对本次振动变化异常事件的分析判断准确，处理措施具体可行。
4 结语
通过对本起330MW火电机组运行中汽轮机轴承1Y振动变化异常事件的现场检查判断和综合分析，推断出引起信号跳变可能的原因，提出相应的处理措施，并在机组检修期间进行了处理，为同类机组发生相同问题提供了参考经验和处理借鉴，避免保护误动造成机组非停事故的发生，提高了热工保护动作的可靠性和正确性。
参考文献：：
[1]王鸿懿.600MW火电机组系列培训教材 第八分册 热工控制系统及设备[M]. 北京：中国电力出版社，2009.
[2]电力行业热工自动化与信息标准化技术委员会. DL/T 261—2012，火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则[S] . 北京：中国电力出版社，2012.
作者简介：
朱小波（1978—），男，大专，助理工程师，主要从事火电厂设备检修管理工作。