CN101226077B - 一种提高汽轮发电机组轴系扭振测量精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于发电机特性检测的非接触测量技术领域的一种提高汽轮发电机组轴系扭振测量精度的方法。在汽轮发电机组轴系扭振测量中从前端信号处理电路的设计入手，(1)在信号处理电路中加入跟踪滤波的环节，以经过锁相倍频后的测齿信号作为单片滤波器芯片的外部时钟，使滤波器拐角频率跟随测齿信号频率的变化自动调节，达到跟踪滤波，有效去除毛刺的目的，(2)利用峰值时序检测电路对传感器输出波形进行方波整形，正确获取波形峰值到来的时序，减少由于电气现场复杂环境下传感器输出的同频信号幅度不均以及毛刺干扰给传统固定阈值电平转换带来测量误差，提高了扭振测量的精度。

Description

一种提高汽轮发电机组轴系扭振测量精度的方法
技术领域
本发明属于发电机特性检测的非接触测量技术，特别涉及基于脉冲时序法原理的一种提高汽轮发电机组轴系扭振测量精度的方法。
背景技术
近年来随着电力行业的发展，汽轮发电机组单机容量日益增大，机组轴系越来越复杂，供电外网因素造成对发电机组轴系激励等，使得诱发机组振动的潜在因素日益增加，轴系扭振问题也日趋严重，成为影响发电机组安全运行的主要问题之一。由于因扭振而造成的轴系损伤具有很大的隐蔽性。一旦由于扭振带来的轴系疲劳积累到一定程度，就可能导致轴系断裂、崩溃，其后果是灾难性的，损失也将极为惨重。可见，对汽轮发电机组轴系扭振进行分析与监测，保证机组的安全经济运行，是非常必要和重要的，而其中最根本的一环，就是扭振的测量。
测量扭振即测量转轴的扭角和角速度差，目前扭振测量常用的是基于脉冲时序法原理的非接触测量法。非接触测量法是利用轴上的齿轮或其他等分结构，由磁电式、涡流式或光电式非接触传感器(有经验证明，光电式传感器尚不宜用在高温附近)，感受扭振引起的不均匀脉冲信号，通过二次仪表的解调处理后达到测量扭振的目的。
目前国内外有许多基于脉冲时序法原理利用PCI高速A/D数据采集卡对轴系进行扭振测量的测量方法，其前端信号处理单元，往往采用固定截止频率的模拟滤波方法，并对输入的近似正弦信号采用固定阈值的电平转换电路进行方波整形，这些信号处理方法大多没有考虑到现场复杂电气环境以及汽轮发电机组轴系发生扭振以及起停机时转速的变化对测量精度的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述信号处理方法中测量精度低，测量误差大的缺点。本发明的目的是提出一种提高汽轮发电机组轴系扭振测量精度的方法，其特征在于，在汽轮发电机组轴系扭振测量中从前端信号处理电路的设计入手，(1)在信号处理电路中加入跟踪滤波的环节，以经过锁相倍频后的测齿信号作为单片滤波器芯片的外部时钟，使滤波器拐角频率跟随测齿信号频率的变化自动调节，达到跟踪滤波，有效去除毛刺的目的，(2)利用峰值时序检测电路对传感器输出波形进行方波整形，正确获取波形峰值到来的时序，减少由于电气现场复杂环境下传感器输出的同频信号幅度不均以及毛刺干扰给传统固定阈值电平转换带来测量误差，提高了扭振测量的精度。
所述在跟踪滤波环节中，单片集成滤波器芯片的外部时钟频率同步跟随传感器输入信号频率的变化而变化，输入信号分为两路并行，一路直接送入单片滤波器芯片的输入引脚，另一路通过整形和锁相倍频后作为滤波器芯片的外部时钟信号，从而使滤波器拐角频率按比例同步发生改变。
所述峰值时序检测环节，准确捕捉到输入信号波形峰值到来的时序，为后续的扭振分析与故障诊断提供可靠数据。
所述毛刺干扰是从现场复杂的电气环境变化引入给传感器输出波形的高频信号，同时汽轮机的起停机过程以及扭振发生过程中汽机转速的变化都会导致传感器输出波形信号的频率发生变化。
所述前端信号处理电路包括隔直、跟踪滤波、去噪、峰值时序检测和光电耦合电路。
本发明的有益效果是在信号处理电路中加入跟踪滤波的环节，获得较好的基频信号，有效去除毛刺；设置峰值时序检测环节，准确捕捉到输入信号波形峰值到来的时序，为后续的扭振分析与故障诊断提供可靠数据，提高扭振测量的精度。
附图说明
图1为信号处理电路的隔直、跟踪滤波结构示意图。
图2为同频脉冲信号电路示意图。
图3为为峰值时序检测电路示意图。
具体实施方式
本发明提供一种提高汽轮发电机组轴系扭振测量精度的方法。通常的汽轮发电机扭振测量原理中，比较广泛的使用磁阻式传感器或电涡流传感器，由于电涡流传感器输出为负极性信号，所以信号处理电路中第一个环节应该是将输入信号中的直流成份过滤掉。现场复杂的电气环境往往给传感器输出的波形信号中引入高频毛刺干扰，而且在现场实际生产过程中，汽轮机的起停机过程以及扭振发生过程中汽机转速的变化都会导致传感器输出波形信号的频率发生变化，于是我们在信号处理电路中加入跟踪滤波的环节，经过锁相倍频后来作为单片滤波器芯片的外部时钟，从而使滤波器拐角频率跟随测齿信号频率的变化自动调节，达到跟踪滤波的目的，获得较好的基频信号。基于脉冲时序法原理利用PCI高速A/D数据采集卡对轴系的扭振测量中，需要将传感器输出的波形信号进行电平转换，整形为方波信号。实际运行中，因为现场电气环境等情况的影响，使得传感器输出幅度不均的同频信号，采用固定阈值电平转换的方法，如果阈值的选取不当，会使得脉冲时序提前或延迟，从而引入虚假的扭振信号。如果采用过零比较的方法，现场传感器输出信号中的毛刺干扰以及现场电气环境所带来的高频噪声也容易造成比较器的误动作，使得脉冲方波的上升沿到来的时序改变，引入虚假的扭振信号，但对于同频信号来说，固定阈值电平转换方法不管阈值的选取是大于零还是等于零，都不会影响波形峰值到来的时序，基于这种情况下，在信号处理电路一种0.35μm LDMOS高压功率显示驱动器件的设计方法，
所述测齿信号是现场传感器检测转动齿轮得到的输出信号。
下面结合图1、图2和图3具体说明本电路实施方式。整个信号处理电路包括隔直、跟踪滤波、去噪、峰值时序检测和光电耦合几个环节。如图1所示，传感器输出的波形信号通过电容C01滤去直流分量，图1中OPO7起电压跟随的作用；接下来如图2所示，去直流后的信号进入跟踪滤波环节前将分为两路信号，一路进入MAX297输入引脚，另一路经LM358比较器整形为同频脉冲信号，输入由CD4046锁相环和计数器CD4040组成的倍频器进行倍频。倍频的输出提供给滤波器MAX297作为时钟信号。倍频器倍频数32倍、64倍可选，此时芯片时钟分别为32f、64f可选(f为信号基频)，滤波后的信号由MAX297的5脚输出送入到信号处理单元的下一个环节。
图3所示为峰值时序检测环节，信号的输入为跟踪滤波的输出信号，为进一步减少输入信号中的高频毛刺干扰对峰值时序检测准确性的影响，在采样保持芯片LF398的输入端接一旁路电容C06，其作用是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级跟踪滤波的输出信号中携带的高频杂波滤除。峰值时序检测电路由一片LF398采样保持芯片和两块LM311电压比较器构成。LF398采样保持器的3脚为输入端，5脚为输出端，LF398的输入电压和输出电压通过LM311比较，当输入端电压高于输出端电压时，比较器B1输出高电平，送到LF398的逻辑控制端8脚，使LF398处于采样状态；当输入电压达到峰值而下降时，B1输出低电平，LF398的逻辑控制端被置成低电平，使LF398处于保持状态；采样保持电容C07的放电由比较器B2的输出来控制，当滤波环节过来的信号幅值大于零时，B2输出为低电平，晶体管9013关闭，当信号的幅值小于零时，B2输出高电平，使得晶体管9013导通，保持电容放电，测量重新开始，否则采样保持电路将一直跟踪峰值变化。比较器B1的输出通过一片非门CD4000后得到的信号就是我们需要获取的峰值的时序，这个过程中，由于干扰造成的比较器B1的误动作只对CD4000输出的脉冲宽度有影响，但对脉冲的上升沿到来的时序没有影响，而脉冲的宽度与我们扭振的测量无关，CD4000输出的信号通过光耦芯片6N137之后即可送入数据采集卡采集。

Claims (1)

1.一种提高汽轮发电机组轴系扭振测量精度的方法，在汽轮发电机组轴系扭振测量中从前端信号处理电路的设计入手，该前端信号处理电路包括隔直、跟踪滤波、去噪、峰值时序检测和光电耦合电路；具有(1)在前端信号处理电路中加入跟踪滤波的环节，以经过锁相倍频后的测齿信号作为单片滤波器芯片的外部时钟，使滤波器拐角频率跟随测齿信号频率的变化自动调节，达到跟踪滤波，有效去除毛刺的目的，(2)利用峰值时序检测电路对传感器输出波形进行方波整形，正确获取波形峰值到来的时序，减少由于电气现场复杂环境下传感器输出的同频信号幅度不均以及毛刺干扰给传统固定阈值电平转换带来测量误差，提高了扭振测量的精度；其中，毛刺干扰是从现场复杂的电气环境变化引入给传感器输出波形的高频信号，同时汽轮机的起停机过程以及扭振发生过程中汽机转速的变化都会导致传感器输出波形信号的频率发生变化；其特征在于，在前端信号处理电路中，传感器输出的波形信号通过电容C01滤去直流分量，OPO7起电压跟随的作用；去直流后的信号进入跟踪滤波环节前将分为两路信号，一路进入滤波器MAX297输入引脚，另一路经LM358比较器整形为同频脉冲信号，输入由CD4046锁相环和计数器CD4040组成的倍频器进行倍频；倍频的输出提供给滤波器MAX297作为时钟信号，从而使滤波器MAX297拐角频率按比例同步发生改变；倍频器倍频数32倍、64倍可选，此时芯片时钟分别选为32f、64f，其中f为信号基频；滤波后的信号由滤波器MAX297的5脚输出送入到峰值时序检测环节；峰值时序检测环节的信号的输入为跟踪滤波的输出信号，为进一步减少输入信号中的高频毛刺干扰对峰值时序检测准确性的影响，在采样保持芯片LF398的输入端接一旁路电容C06，其作用是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级跟踪滤波的输出信号中携带的高频杂波滤除；峰值时序检测电路由一片LF398采样保持芯片和两块LM311电压比较器构成。
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