某电厂装机容量为3×660MW，ABB-CE公司的亚临界、一次再热控制循环燃煤锅炉，控制系统为美国贝利公司的INFI-90。锅炉设有送风机、一次风机、引风机各两台，采用美国本特利公司的3300系统对风机进行监测，实现风机的振动保护。

1  系统简介

    锅炉的送风机和一次风机为液压动叶可调轴流式风机，引风机则为双速双吸离心式风机。由于风机的类型不同，振动的测量方式也不一致。对于送风机与一次风机，是通过在风机的驱动端与非驱动端轴承处各安装一个Velomitor^®速度传感器，测量轴承的绝对振动，引风机则是在驱动端与非驱动端轴承处各安装一个Proximitor^®电涡流位移传感器，测量轴的相对振动。通过信号处理模件的继电器触点，以硬接线方式将风机振动高和高高信号送到DCS（Distributed Control System，分散式控制系统），完成对风机的保护。其保护逻辑如图1所示。

图1  原风机保护逻辑

    原振动监测系统模件主要包括3300/12电源模件、3300/03系统监测模件、3300/16双通道振动监测模件、3300/55双通道速度监测模件等。其中3300/16模件用于监测引风机的振动，3300/55模件用于监测送风机、一次风机的振动。监测系统将4~20mA电流信号送至DCS系统，在操作员站CRT上显示各风机的振动值。

2  存在的问题及原因分析

    机组投运后，多次出现风机振动高误报警和振动高高保护误动作，严重影响机组安全经济运行。在1999年6月至2000年6月间，出现4次由于监测系统保护误动作，引起风机跳闸，机组RB（RUNBACK，辅机故障快速减负荷）不成功，最终导致机组跳闸的现象。机组跳闸后立即对系统进行检查，未发现任何异常，从系统参数历史曲线可以看出，振动值是突然大幅变化，并迅速衰减，呈现高次谐波曲线特征。由此可以判定保护误动作的主要原因是系统受到高频信号干扰。导致系统抗干扰能力差的主要原因是：

(1)  安装位置不合理

    3300系统机柜安装在10kV电气开关控制室，并未安装在DCS系统控制设备间内。3300系统框架的接地是通过接地导线与电源地直接相连，信号电缆距离动力电缆太近。这样当高电压设备启动运行时，较强高频干扰高压信号极易串入测量系统，感应电流噪声引起监测系统工作异常。

(2)  系统接地不合理

    3300系统接地要求必须保证整个系统单点连接，避免由于无接地回路或者接地不良而导致干扰信号无法被屏蔽掉或者无处释放，从而导致设备工作异常或损坏。整个系统包括从传感器到3300监测系统到DCS系统的接地，一般是通过框架内的信号输入继电器模块，在框架处实现系统单点接地。图2和图3分别为使用维修手册中的3300/16，3300/55模件端子接线图，图中的细黑实线为屏蔽线。

图2  3300/16模件端子接线图

    DCS系统的接地要求为：同一设备室内布置有多个机柜时，机柜接地应采用星形连接方式，即仅有一个机柜使用

图3  3300/55模件端子接线图

    接地线与电厂接地网连接，其余机柜使用接地线连接到该机柜内的接地铜条上。接地铜条为控制系统所需的0V参考电压点。信号电缆的屏蔽应采用单点接地方式，以避免环路电流或因电势差引起的充电电流进入系统。

    由于3300系统机柜与DCS系统机柜安装地点不同，接地网的接入点不同，导致两系统的接地电势不一致。为了尽量满足DCS系统的接地要求，厂家在现场接线时，未接3300/16模件的输出至DCS系统的COM端的屏蔽线，未接3300/55模件的输入信号的屏蔽线。这种接线方式使3300系统的接地完整性受破坏，抗干扰能力更差。当在机柜附近使用无线电对讲机时，在CRT上观察趋势曲线，可以看到振动信号幅值发生突变，其峰值大小和持续时间与使用对讲机距离机柜的远近和使用时间一致。

3  改进的方案

    3500系统通过组态软件对框架进行组态，包括满量程范围的调整，传感器灵敏度、参数报警与跳闸值的设定等；利用继电器模件，可实现任意逻辑组合输出；采用机组图和棒状图，直观显示监测数据；使用电源模件背板上的开关，可方便地选择系统的接地点，是本特利公司的主推产品。经过分析和比较，最终决定选用3500系统，在机组大修期间，对风机振动系统进行改造。

(1)  将监测系统机柜移至DCS系统控制设备室，选择DCS系统的接地点为监测系统的公共地，彻底消除接地点不同引起的电势差。

(2)  原系统在风机的驱动端和非驱动端分别安装一个传感器。当显示数据异常时，运行人员不易判断故障点，无法对设备有效监控。因此在与原传感器成180°方向，都加装一个传感器，并增加相应的模件。监测系统的框架组态图如图4所示。

    由图1可以看出，当任何一个传感器受干扰工作异常时，都会使保护动作，系统保护误动的几率很高。新增加传感器后，先采用逻辑“与”保护，可使保护动作正确率提高。改进后的保护逻辑如图5所示。

图4  监测系统的框架组态图

图5  改进后的风机保护逻辑

(3)  拆除原系统所使用的电缆，全部采用屏蔽铠装计算机电缆，按电缆设计安装规范重新敷设，以降低外界噪声的影响。

(4)  从风机振动的实际变化特性来看，它不是一种瞬时现象，要有一定的时间过程才会出现较明显的变化。为了避免系统受到干扰产生误信号，在保护逻辑中增加延时。

(5)  由于速度传感器对高频信号干扰较敏感，决定在信号输入环节增加低通滤波器，根据厂家建议，截止频率设为540kHz，进一步滤除输入信号中的高频干扰噪声。

(6)  对于涡流传感器，清除引风机转轴表面存在的额外附着物，消除干扰源，加固传感器安装支架，降低晃度的影响，提高测量精度。

(7)  将3500系统框架接口模件背板上的OK常闭接点接入DCS系统，在操作员站CRT增加“3500系统故障”报警信息，便于运行人员及时了解监测系统的运行状态。

    此外，通过对自动调节系统的有关参数优化，进一步提高机组RB的成功率。

4  效果评估

    改进后的监测系统运行已有1年多，系统运行正常，从未出现误报警和保护误动。原系统存在的故障得到解决。运行实践表明，这些改进措施是非常有效的。

    3300系统通过模件电路板上的跳线组合进行参数设置，3500系统则通过组态软件进行参数设置，操作步骤简单，易于掌握，从而避免因插拔模件造成的人为故障。与3300系统相比，系统使用方便，可靠性高，功能强大。此次改进的成功实施为笔者对汽轮机振动监测系统的改进积累了经验。