CN101614582B - 一种提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法，该方法包括：利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验对旋转机械轴振动测量系统进行检测，检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位；利用电磁兼容原理对抗干扰能力差的部位进行屏蔽；利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检验抗干扰能力差的部位的抗干扰能力是否符合要求。该方法能准确、及时、有效地检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位，有效地避免出现因受到电磁干扰严重而引起电网主机自动保护而跳闸的情况，确保了电网主机的正常运行，提高了电网的安全性和可靠性，并避免因电磁干扰而引起主机跳闸所造成的巨大经济损失。

Description

一种提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法

技术领域

本发明涉及旋转机械轴振动测量监视控制领域，尤其涉及一种提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法。

背景技术

发电厂的电子设备工作环境比较恶劣，干扰源较多，各种高电压、大电流、大电感的设备周围都存在很强的电磁场，并经常发生变化，通过多种方式辐射到生产线上的电子设备中，影响了机组的安全、稳定运行。其中，用于监测汽轮机、电动机、给水泵等具有高速旋转旋转机械轴的振动位移是否会超出保护值的旋转机械轴振动测量系统经常受到电磁干扰，该旋转机械轴振动测量系统原理如图1所示，传感器3检测到被测旋转机械轴面4的信号后，通过同轴电缆6送至前置放大器2，前置放大器2输出通过信号线5送至测量卡件1，测量卡件1比较信号是否超过保护定值，如果超出保护定值时说明旋转机械轴振动的位移超出了安全值，此时发出主机(如汽轮机、电动机、给水泵等)跳闸指令。当轴振动测量系统受到严重的电磁信号干扰而引起主机跳闸时，会对电厂造成巨大的经济损失，并影响电网正常的运行。如果频繁因电磁干扰信号而引起主机跳闸，主机容易损坏，且会影响整个电网的发电量，从而会对社会造成一定影响。

目前没有解决旋转机械轴振动测量系统被电磁干扰的明确方法，也没有方法确定干扰信号是从系统的哪个部位进入，即是没有一套完整的分析、处理、验证解决电磁干扰的方案。目前通常采用的处理方法是用新的测量卡件、前置放大器、传感器、同轴电缆来更换旧的部件，被干扰问题基本无法得到有效解决。也有通过对讲机向旋转机械轴振动测量系统发出干扰信号而进行干扰信号的排除方法，即使用对讲机在测量系统附近进行电磁波干扰。由于对讲机射频干扰范围较大，并且发出的射频干扰信号幅度受距离和当时发射的功率影响，所以很难定位测量系统上抗干扰能力薄差的部位，且该检测方法的可重复性较差，具体数据也难以获得。另外，对讲机发出的干扰信号带宽较窄，不能覆盖旋转机械轴振动测量系统的电子设备所受到的电磁干扰带宽范围，所以采用对讲机检测旋转机械轴振动测量系统的抗干扰能力不够准确。

综上所述，目前迫切需要寻求一种能够准确地检测旋转机械轴振动测量系统的抗干扰差部位、并能有效地改善抗干扰差部位的抗干扰能力的方法。

发明内容

为解决现有技术的补足之处，本发明的目的在于提供一种方法简单、可靠性好、有效的提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法。

本发明提供的一种提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法，该方法包括以下步骤：利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验对旋转机械轴振动测量系统进行检测，检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位；利用电磁兼容原理对所述抗干扰能力差的部位进行屏蔽；利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检验所述抗干扰能力差的部位的抗干扰能力是否符合要求。

具体地，上述利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验对振动测量系统进行检测，检测出振动测量系统抗干扰能力差的部位的步骤，具体包括：电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到前置放大器与测量卡件之间的信号线上，记录测量卡件的信号变化情况；电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到前置放大器与传感器之间的同轴电缆上，记录测量卡件的信号变化情况；比较两次测量卡件的信号变化情况：如果信号变化量小，为抗干扰能力强的部位；如果信号变化量大，则为抗干扰能力差的部位。

更具体地，上述振动测量系统抗干扰能力差的部位为前置放大器与传感器之间的同轴电缆。

上述利用电磁兼容原理对所述同轴电缆进行屏蔽的步骤，具体为：上述同轴电缆穿过与地连接的屏蔽层，所述同轴电缆通过所述屏蔽层吸收入射的电磁干扰信号。

优选地，上述屏蔽层为金属管。

优选地，上述金属管的壁厚为大于或等于1mm。

上述利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检验所述振动测量系统抗干扰能力差的部位抗干扰能力是否符合要求的步骤，具体为：电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到所述同轴电缆上，观察所述测量卡件的信号变化量是否符合要求。

本发明和现有技术相比具有以下优点：由于本发明通过电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位，并利用电磁兼容原理对抗干扰能力差的部位进行屏蔽，最后用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检验屏蔽后的抗干扰能力差的部位的抗干扰能力是否提高，该方法提供了一套完整的分析、处理和验证抗干扰能力差的部位的方案，解决了一直无法解决的轴振动测量系统受到严重电磁干扰的问题，且该方法优于现有技术的采用对讲机在测量通道附近进行干扰的方法，能准确、方便、及时地检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位，并电磁兼容原理针对该抗干扰能力差的部位进行屏蔽，能有效地避免出现因抗干扰能力差的部位受到电磁干扰严重而引起电网主机自动保护而跳闸的情况，确保旋转旋转机械和电网主机的正常运行，且有利于电网的安全性和可靠性，能避免因电磁干扰而引起主机跳闸所造成的巨大的经济损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的旋转机械轴振动测量系统的原理示意图；

图2是本发明提供的一种提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法的流程图；

图3是本发明提供的一种提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法中对振动测量系统进行检测的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法的一个实施例的流程，如图2所示：

本发明实施例提供的提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法包括如下具体步骤：

101、利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验对旋转机械轴振动测量系统进行检测，检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位；

102、利用电磁兼容原理对抗干扰能力差的部位进行屏蔽；

103、利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检验抗干扰能力差的部位的抗干扰能力是否符合要求：如果否，执行步骤(102)；如果是，执行步骤(104)；

104、结束对旋转机械轴振动测量系统的检测。

具体地，步骤(103)可以根据实际情况设定符合系统要求的抗干扰能力值，即确保抗干扰能力差的部位的抗干扰能力满足轴振动测量系统受到严重的电磁信号干扰时不会引起主机跳闸。

其中，电快速瞬变脉冲群(EFT/B)抗扰度试验一般只用于电子产品开发阶段和产品电磁兼容(EMC)参数鉴定时候进行的试验，该试验可通过再现现场特殊工况，评估电气和电子设备的供电电源端口、信号和控制端口在受到重复性快速瞬变脉冲群干扰时的性能，验证电子设备对诸如来自切换瞬态过程(切断感性负载、继电器触点弹跳等)的各种类型瞬变骚扰的抗扰度。由于电快速瞬变脉冲群(EFT/B)抗扰度试验产生的电快速瞬变脉冲群信号，其谐波频率主要在1MHz和100MHz之间，覆盖了现场普遍存在的电磁干扰信号；与现有技术采用对讲机的射频信号进行干扰相比，电快速瞬变脉冲群信号具有较宽的干扰信号带宽、容易获得具体的试验数据、可重复检测的优点。

所以，本发明提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法提供了一套完整的分析、处理和验证抗干扰能力差的部位的方案，解决了现有技术中一直想解决但无法解决的轴振动测量系统受到严重电磁干扰的问题，能准确、方便、及时地检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位，并利用电磁兼容原理针对该抗干扰能力差的部位进行屏蔽，能有效地避免出现因抗干扰能力差的部位受到电磁干扰严重而引起电网主机自动保护而跳闸的情况，能确保旋转旋转机械和电网主机的正常运行，且有利于电网的安全性和可靠性，避免因电磁干扰而引起主机跳闸所造成的巨大的经济损失。

其中，如图3所示，利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验对振动测量系统进行检测，检测出振动测量系统抗干扰能力差的部位的步骤，具体包括：

201、电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到前置放大器与测量卡件之间的信号线上，记录测量卡件的信号变化情况；

202、电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到前置放大器与传感器之间的同轴电缆上，记录测量卡件的信号变化情况；

203、比较两次测量卡件的信号变化情况：如果信号变化量小，为抗干扰能力强的部位；如果信号变化量大，则为抗干扰能力差的部位。

电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到旋转机械轴振动测量系统中分别负责传输旋转机械轴振动位移测量数据和测量信号的同轴电缆和信号线上，通过观察比较脉冲群干扰信号分别耦合到旋转机械轴振动测量系统的同轴电缆和信号线上时，旋转机械轴振动测量系统的测量卡件显示的信号变化情况。如果测量卡件显示的信号变化较大的，说明该部位的受到同样的脉冲群干扰信号干扰时，对整个旋转机械轴振动测量系统传输信号的电磁干扰度较大，即该部位的抗干扰能力较差；同理，如果测量卡件显示的信号变化较小或基本没有变化，说明该部位的抗干扰能力较好。

通常，振动测量系统抗干扰能力差的部位为前置放大器与传感器之间的同轴电缆。由于同轴电缆为振动测量系统特制的零部件，所以需要提高振动测量系统的抗干扰能力，不能通过将同轴电缆更换为其他抗干扰能力强的零部件来实现。所以，本发明利用电磁兼容原理对同轴电缆进行屏蔽，以增强振动测量系统抗干扰能力。

利用电磁兼容原理对同轴电缆进行屏蔽的步骤，具体为：将同轴电缆穿过与地连接的屏蔽层，同轴电缆通过屏蔽层吸收入射的电磁干扰信号。屏蔽层可采用金属管，也可采用柔性编织层。

根据传输线理论，在低频(60～100kHz)的情况，在同轴电缆屏蔽层中感应的电流既有入射磁场引起的，又有信号返回导线与接地平面之间的共模电压引起的(如图4)，在屏蔽层两端出现的电压Vs等于：

V_s＝-jωMI_s+jωL_sI_s+I_sR_s

式中M为内、外导体的互感(uH)；

L_s为屏蔽层电感(uH)；

R_s为屏蔽层电阻(Ω)；

由于L_s＝M，于是V_s＝I_sR_s，因此，低频时R_s的等于转移阻抗。

根据资料可知，若将同轴电缆放在相对磁导率接近200的无缝镀锌冷轧钢管中，能对60Hz磁场提供大约20dB的衰减。

当入射的电磁干扰信号频率为100kHz～22GHz时，同轴电缆的转移阻抗为：当采用柔性编织层屏蔽同轴电缆时，由于柔性编织层的孔隙泄漏和起伏耦合，转移阻抗在2MHz以上开始增加；当入射的电磁干扰信号在30MHz以上时，柔性编织层上的孔隙变成有效的天线。因此，采用柔性编织层屏蔽同轴电缆时，对于入射的高频电磁干扰信号，柔性编织层的屏蔽能力较低。

所以，采用金属管屏蔽电磁干扰信号的效果优于采用柔性编织层的效果，故较佳地，采用金属管屏蔽同轴电缆的电磁干扰信号。

为了降低入射波对同轴电缆的影响，考虑减少入射波到达同轴电缆。当采用金属管屏蔽同轴电缆的电磁干扰信号时，根据金属导体的反射和吸收的机理，反射损耗是随着电导率的增加而增加；吸收损耗正比于金属的厚度，反比于集肤深度。而金属的集肤深度定义是在特定的频率下有63.2％的电流流过时的表面深度。集肤深度公式如下：

$\mathrm{\δ}=1/\sqrt{\mathrm{\πf\μG}}$

式中δ为集肤深度(mm)；

μ为金属的磁导率(uH/m)；

f为频率(Hz)；

G为金属的电导率(S/m)；

根据以上公式可知，当入射的电磁干扰信号频率大约为100kHz时，屏蔽层厚度才能接近于一个集肤深度，例如铜导体在1MHz的集肤深度是0.066mm。根据金属的集肤深度，选取至少大于两倍集肤深度壁厚的金属管时，屏蔽电磁干扰信号的效果较好。由于当同轴电缆穿过1mm(或大于)壁厚的金属管时，能大量反射和吸收入射波，从而能大幅度减少入射波到达同轴电缆，所以，可将金属管的壁厚设置为大于或等于1mm。

当金属管吸收入射的电磁干扰信号后，需要通过金属管接地而将电磁干扰信号传导至地面，所以金属管接地很重要。由于在现场需屏蔽的同轴电缆附近经常难以找到地网，故金属管必须通过导线接入到邻近的地网点，否则金属管不能很好吸收入射波。由以上的集肤公式可知，接地导线需尽量选用表面积大的导体，如选用铜带作为接地的导体。当在金属管上的接地导线设置为多个时，能使金属管更好地吸收入射波。

其中，利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检验振动测量系统抗干扰能力差的部位抗干扰能力是否符合要求的步骤，具体为：电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到所述同轴电缆上，观察所述测量卡件的信号变化量是否符合要求。根据电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的可重复再现性，重新对抗干扰能力差的部位进行检测，检验屏蔽后的抗干扰能力差的部位的抗干扰能力是否提高，并且判断抗干扰能力是否符合系统设定的抗干扰能力值。从而确保旋转机械轴振动测量系统不会因外界的电磁干扰信号的影响而发出错误的跳闸指令，而影响机组的正常运行。

由于本发明通过电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位，并利用电磁兼容原理对所述抗干扰能力差的部位进行屏蔽，最后用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检验屏蔽后的抗干扰能力差的部位的抗干扰能力是否提高，该方法提供了一套完整的分析、处理和验证抗干扰能力差的部位的方案，解决了一直无法解决的轴振动测量系统受到严重电磁干扰的问题，且该方法优于现有技术的采用对讲机在测量通道附近进行干扰的方法，能准确、方便、及时地检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位，并电磁兼容原理针对该抗干扰能力差的部位进行屏蔽，能有效地避免出现因抗干扰能力差的部位受到电磁干扰严重而引起电网主机自动保护而跳闸的情况，确保旋转旋转机械和电网主机的正常运行，且有利于电网的安全性和可靠性，避免因电磁干扰而引起主机跳闸所造成的巨大的经济损失。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验对旋转机械轴振动测量系统进行检测，检测出旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力差的部位；

利用电磁兼容原理对所述抗干扰能力差的部位进行屏蔽；

利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检验所述抗干扰能力差的部位的抗干扰能力是否符合要求；

所述利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验对振动测量系统进行检测，检测出振动测量系统抗干扰能力差的部位的步骤，具体包括：

电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到前置放大器与测量卡件之间的信号线上，记录测量卡件的信号变化情况；

电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到前置放大器与传感器之间的同轴电缆上，记录测量卡件的信号变化情况；

比较两次测量卡件的信号变化情况：如果信号变化量小，为抗干扰能力强的部位；如果信号变化量大，则为抗干扰能力差的部位。

2.根据权利要求1所述的提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法，其特征在于，所述振动测量系统抗干扰能力差的部位为前置放大器与传感器之间的同轴电缆。

3.根据权利要求2所述的提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法，其特征在于，所述利用电磁兼容原理对所述同轴电缆进行屏蔽的步骤，具体为：

所述同轴电缆穿过与地连接的屏蔽层，所述同轴电缆通过所述屏蔽层吸收入射的电磁干扰信号。

4.根据权利要求3所述的提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法，其特征在于，所述屏蔽层为金属管。

5.根据权利要求4所述的提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法，其特征在于，所述金属管的壁厚为大于或等于1mm。

6.根据权利要求5所述的提高旋转机械轴振动测量系统抗干扰能力的方法，其特征在于，利用电快速瞬变脉冲群抗扰度试验检验所述振动测量系统抗干扰能力差的部位抗干扰能力是否符合要求的步骤，具体为：

电快速瞬变脉冲群通过容性耦合夹将脉冲群干扰信号耦合到所述同轴电缆上，观察所述测量卡件的信号变化量是否符合要求。

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