提升燃机测振系统数据采集可靠性的策略
时间：2022-08-18 17:05:05 来源：千叶帆 本文已影响人
摘 要：燃机的水平和垂直振动数据是判定燃机性能的重要指标，所以在燃机的运行过程中，需要通过燃机测振系统实时的采集燃机水平和垂直的振动信号[1]。借此，对燃机运转的情况进行分析并加以控制。但是由于电磁干扰、温度谐波、器件精准度等原因会造成测振系统数据采集不可靠。本论文以解决上述问题为课题，首先分析了测振系统数据采集的现状，随后从测振系统的数据漂移、供给电压、传输导线、标定方法、变送器干扰、传感器干扰等六方面进行试验。最后通过试验数据分析得出提升燃机测振系统数据采集可靠性的策略。
关键词：燃机；测振系统；可靠性
1 课题背景
燃机是一种结构复杂的高速旋转机械。由于转子不平衡和气体流动等原因引起的燃机整机振动是全方位周期振动（例如正弦振动）和复杂随机振动的复合。过大的振动将会极大的影响燃机本体的寿命以及发电质量。所以在燃机的运行过程中，实时监测燃机的水平和垂直振动值，對于保护燃机本体和保障发电质量尤为十分重要。新能源科技有限公司生产的燃气轮机发电机组（机组）的燃机测振系统主要由：水平振动传感器、垂直振动传感器、振动变送器以及上位机共同组成，可以实现对水平和垂直0g-5g以内振动信号的采集。
2 测振系统数据采集现状
通过对外场服役机组振动数据的分析，特别是服役于北京电力公司16B机组的振动误报警事件，新能源公司现有测振系统数据采集的可靠性提出了质疑。
在北京电力公司16B机组上，采用编号为A11的测振系统，对机组的起动、加载以及减载的过程进行了跟踪测量。随后在此16B机组上安装东安厂试车台使用的测振系统，进行数据对比。实测数据如表1所示：
通过数据的比较，发现新能源公司现有测振系统的数据相比东安厂试车台使用的测振系统数据偏大。在加载的过程中数据起伏快，在减载的过程中数据下降快。其中最大偏差达到：
为研究偏差问题所在，由省计量局提供标准（0-5g）的振动源，对现有的A11测振系统和东安厂试车台使用的测振系统进行检定：
东安厂试车台使用的测振系统的检定数据：
通过检定证明东安厂试车台使用的测振系统采集数据可靠。
对A11测振系统进行检定的数据如下：
水平振动传感器编号：02133
3 振动数据采集不可靠原因分析
3.1 是否由于传感器和变送器的数据漂移导致数据采集不可靠
在长时间的运转过程中，由于器件的磨损及老化可能造成器件测量数据的漂移。为排查此故障现象是否存在，对09年曾鉴定过的测振系统A002进行重新检定：
3.2 是否由于振动系统电压不稳定导致数据采集不可靠
为支持振动变送器正常工作，需要控制系统为其提供24V的直流电压，这也正是内部信号变换所依据的基准电压。如果这个基准电压不稳定，那将直接影响振动变送器的输出信号。新能源测振系统的24V电压是由2个12V铅酸蓄电池串联来实现的，而蓄电池在大电流放电、馈电等状态时很容易造成24V电压的不稳定，这将直接影响测振系统的数据采集可靠性。
为排查该情况，为振动变送器提供独立的24V电源。由市电经过24V恒压源直接供给振动变送器。该项试验是同“3.3 是否由于变送器受干扰导致数据采集不可靠”的试验一同完成了。具体试验数据见表9。
分析试验数据，通过独立供电后的数据相比原始数据变化不大，故此问题的可能性排除。
虽然由于万用表的灵敏度，表10中数据部分失真。但是通过表9和表10百分比数据的比较发现，振动传感器和振动变送器数据的线性度较好，但是振动传感器和振动变送器的对应关系存在偏差。怀疑在振动变送器标定的过程中存在误差，导致这样对应关系的偏差。
4.1振动变送器加屏蔽隔离
振动变送器是燃机测振系统中数据变化的主要场所，描述振动的电压或电流信号都是较微弱的信号，很容易受到外界干扰而变化。而外加金属屏蔽层是隔离电磁干扰最简单有效的策略。通过3.6节的试验证明，在振动变送器外外套金属屏蔽盒可以较好的提升燃机测振系统数据采集的可靠性。所以在振动变送器的封装上，可以考虑选择金属壳体封装，从而起到屏蔽隔离的作用。
4.2 传输导线采用屏蔽电缆
测振系统传输导线中的电信号同样是较微弱的信号。所以为提升燃机测振系统数据采集的可靠性，传输导线的电磁屏蔽同样重要。在传输导线的选型上，可以考虑选择带金属层的屏蔽电缆。
4.3 正弦波信号发生器使用方法的更正
在测振系统标定的过程中，正弦波发生器是稳定的标准信号来源。正弦波信号的准确性将直接影响标定结果的准确性以及测振系统数据采集的可靠性。所以在标定的过程中需要保证信号发生器输出的信号为稳定的252Hz正弦波信号，确保DUTY（占空比）旋钮归零。
在振动变送器的输入端增加放大倍数为1的反相带通滤波器，滤除252Hz之外的其他频率的干扰信号。这样可以为振动变送器输入更洁净的交流电压信号。带通滤波器由集成运算放大器构成，可以较好的抑制零漂，有较大的输入电阻和较小的输出电阻[4]。有利于提高测振系统数据采集的可靠性。
5 结束语
本论文以中航动科新能源燃机为课题研究平台；基于测振系统的多次试验，得出大量的对比数据；经过数理计算和样本分析，最终得到适用于提升燃机测振系统数据采集可靠性的策略。将此策略应用于燃机的试运转和加载试验。通过试验证明，对测振系统数据的采集起到了良好的改观。所提出的策略尊重现场试验数据、真实、有效、针对性强。它的应用对动科新能源燃机产品技术的革新和私有化以及燃气轮机发电机组的长期稳定，可靠服役提供了保障。
参考文献
[1] 鲍兴财，王长志.燃机装配试车工[M].中航工业哈尔滨东安发动机（集团）有限公司.2009，1-3.
[2] 詹昌斌，刘淑英.数据与曲线拟合[M].电子工业出版社.2005，248-300.
[3] 高伟涛.电路设计实例精粹[M].北京：国防工业出版社，2002，35-39.
[4] 张邦宁.通信抗干扰技术[M].北京：机械工业出版社，2010，14-15.
作者简介
高金巍（1984-），男，黑龙江省哈尔滨市人，民族：汉 职称：工程师，学历：硕士研究生。研究方向：电路与系统。单位：通用电气。
（作者单位：通用电气） 相关热词搜索：可靠性，数据采集，提升，策略，系统，
