CN101915605A - 汽轮发电机组振动键相信号预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型火力发电厂汽轮发电机组振动键相预处理方法。该方法通过加入电压触发环节消除毛刺干扰，同时使用集成电路光电隔离，进一步消除键相脉冲中的毛刺干扰，最后进行方波整形。本发明提供的处理方法可以有效消除各种毛刺干扰，获得精确的键相方波信号，并可实现处理不同电厂、不同类型传感器键相信号的目的，为现场提供更加准确、便于分析的键相信号。

Description

汽轮发电机组振动键相信号预处理方法

技术领域

本发明涉及电力系统中火力发电厂对汽轮发电机组或者大型回转机械进行振动键相测量的领域。

背景技术

20世纪以来，汽轮发电机组在工业生产和科学技术的发展中，起着越来越重要的作用。汽轮机组是大型旋转机械，它将高温、高压蒸汽所具有的内能转换成机组转子旋转的机械能，从而驱动其他机械或带动发电机发出电能。汽轮机组是工业领域的重要设备，特别是在电力工业中，汽轮机组是关键的设备。由于汽轮机组结构和系统的复杂性、运行环境的特殊性，汽轮机组的故障率较高，而且故障的危害性也很大。因此，汽轮机组的故障诊断一直是故障诊断技术应用的一个重要方面。

随着我国电力事业的发展，近年来国家兴建的火电厂装机容量不断增大，机组轴系长度增加，使得汽轮发电机组发生振动故障的可能性增加，设备的可靠性、可用性、可维修性和安全性的问题日益突出，一旦发生事故，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，因此，对汽轮发电机组振动在线监测提出了更高的要求。在机组振动信号采样中，为了提高振动信号谱分析的精度，一般采用同步整周期的采样方法，为此，在机组转轴上开一键相槽，装上一个振动信号传感器，轴转动时每转输出一个脉冲，输出的脉冲信号即为键相信号，该信号是实现同步整周期采样的前提，因此，键相作为机组振动在线监测的一个重要信号，其预处理及测量的方法与准确程度就显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是汽轮发电机组振动键相信号的精确处理问题，本发明的主要目的是提出一种汽轮发电机组振动键相信号的预处理方法，从前端信号处理电路的设计入手，在信号处理电路中加入电压触发环节，利用NE555的2/3Vcc触发功能，达到键相触发、消除毛刺干扰的目的，同时使用6N137集成电路起光电隔离作用，进一步消除键相脉冲中的毛刺干扰，最后由NE555组成的电路进行方波整形，通过调整电阻大小，调整键相脉冲波占空比，得到标准方波。

所述电压触发环节，利用NE555电路的2/3Vcc触发功能，通过动态调整Vcc，使键相脉冲上沿电压大于2/3Vcc，而毛刺峰值电压小于2/3Vcc，从而达到键相脉冲通过，而毛刺电压被屏蔽的效果，实现消除毛刺干扰的目的。

所述光电隔离环节，是利用6N137集成电路，以电压触发环节的输出为输入，通过合理配置电阻参数，实现输入和输出电气完全隔离，进一步消除键相脉冲中的毛刺干扰。

所述方波整形环节，是利用NE555的Pin2脚输入小于1/3Vcc，Pin3脚输出高电平，Pin2脚输入大于2/3Vcc，Pin3脚输出低电平的原理，构造标准的矩形波，同时，通过改变电阻值大小，调整矩形波占空比，获得标准方波。

本发明的有益效果是通过上述设计合理的电路环节，有效地消除各种毛刺干扰，获得精确的键相方波信号，且该电路可以实现处理不同电厂、不同类型传感器键相信号的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作详细说明：

图1为汽轮发电机组测量键相信号装置示意图；

图2为传感器原始键相信号输出波形图；

图3为经过隔直，NE555模块2/3Vcc电压触发后键相信号输出波形图；

图4为信号处理电路的2/3Vcc电压触发电路示意图；

图5为脉冲信号光电隔离、方波整形电路示意图；

图6为经过上述所有处理环节后的键相信号输出波形图。

具体实施方式

在本发明的一个实施例中，在汽轮发电机组的主轴1上开一个键槽，安装振动信号传感器2(即电涡流传感器)，如图1所示，测量原始键相信号。主机及关键辅机的键相/转速信号，一般来自于现场传感器或者从二次仪表引入(BENTLY3300/3500、ENTEK、PHILIP等TSI系统输出)。

原始键相信号经过电涡流传感器前置处理器输出的波形如图2所示，相对于前置处理器GND端为负偏脉动电压信号，该键相信号用来对旋转机械进行测速与振动信号整周期采样的基准信号。因此，把前置处理器输出的信号预处理成标准的方波信号给后继电路或计算机再处理，具有很重要的意义。本实施例中采用美国BENTLY公司的振动涡流信号传感器2及其前置处理器。

键相信号预处理电路由隔直流、电压触发、光电隔离、反相、方波整形5部分组成，如图4、图5所示。电涡流传感器2前置处理器输出信号的GND与此电路的公共端相连，信号端与此电路的INPUT端相连。

电容Cj1起隔直流作用，使如图2所示的负偏信号成为零偏负脉冲；图4中的NE555起键相信号的电压触发作用，其主要引脚配置为：Pin1为接地脚，与前置处理器输出信号的GND端相连；Pin2为触发输入脚，当触发信号上缘电压大于2/3Vcc，下缘大于1/3Vcc时，触发Pin3(输出脚)输出高电平，键相信号端与此引脚相连；Pin4为复位输入脚，当一个低电平送至该脚时，输出脚Pin3为低电平，Pin4与电源脚Pin8都接至Vcc高电平；Pin6为阈值输入脚，它与Pin2脚短接在一起，作为触发器的输入端，构成施密特触发器。

图4中NE555的特点在于，当输入脚Pin2的信号大于2/3VCC时，输出脚Pin3可以输出稳定的高电平，利用NE555的这个触发功能，依据现场键相传感器信号的脉冲峰值大小调整Vcc的大小，使键相脉冲上沿电压大于2/3Vcc，而毛刺峰值电压尽量小于2/3Vcc，当键相脉冲到来时，Pin3脚输出稳定的高电平，当键相脉冲消失后，Pin3脚输出稳定的低电平，而当毛刺干扰到来时，因其峰值电压小于2/3Vcc，不能触发NE555，Pin3脚输出仍为稳定的低电平。通过这个环节，达到键相脉冲通过，而毛刺电压被屏蔽的效果，实现消除毛刺干扰的目的，处理结果如图3所示，可见图2输入信号中的毛刺在NE555的输出脚已经被滤掉。

图5中6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，它将输入输出从电气上隔离开来，通过合理配置Rj4电阻参数，可阻挡大部分干扰，包括毛刺干扰，并且，使用此集成电路，不仅可以保证系统安全可靠地工作，还可降低工程成本。

在本发明的另一个实施例中，键相信号由凸出的而不是内凹的键相块提供，此时，电涡流传感器的输出脉冲是反相的，为达到电路在两种情况均可应用的目的，需增加反相环节，如图5中的7414模块。该模块Pin14脚连接+5V电源，信号进入Pin1脚，从Pin2脚输出，实现信号反相的作用。信号是否反相，可通过跳线Jjianx1、Jjianx2实现，当1、2针短接时，反相，2、3短接时，不反相。

经处理的键相信号进入图5中NE555进行方波整形，电路刚接通时，Cj5电容电压为零，NE555时基集成电路的Pin2和Pin6脚小于1/3Vcc，其Pin3脚输出高电平，向Cj5充电，当Cj5上的电压线性增长到2/3Vcc时，NE555的Pin6脚触发，使Pin3脚输出低电平。此时电容器Cj5上的电荷开始放电，当Cj5上的电压线性下降到1/3Vcc时，NE555的Pin2脚触发，而使Pin3脚置位，输出高电平，如此周而复始，在NE555的Pin3脚便可以得到矩形波。通过改变电阻RJVR的阻值，可以改变输出矩形波的占空比，获得标准方波。最后的输出波形如图6所示。

通过上述键相信号预处理电路，可有效消除汽轮发电机组振动键相信号中各种毛刺干扰，获得精确的键相方波信号，且该电路可以处理不同电厂、不同类型传感器键相信号，便于现场对键相信号进行准确有效的分析。

Claims (5)

1.一种汽轮发电机组振动键相信号预处理方法，通过安装在汽轮发电机组主轴上的振动信号传感器采集原始键相信号，其特征在于，所述方法对所述原始键相信号依次进行电压触发、光电隔离以及方波整形处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压触发处理通过NE555电路的触发功能实现，其主要引脚配置为：Pin1为接地脚；Pin2为触发输入脚；Pin3为输出脚；Pin4为复位输入脚；Pin5通过电容接地；Pin6为阈值输入脚，与Pin2短接在一起，作为触发器的输入端，构成施密特触发器；Pin8为电源脚，与Pin4都接至高电平Vcc。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光电隔离处理通过6N137集成电路实现，将输入和输出通过光耦完全隔离。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方波整形处理通过NE555组成的电路实现，Pin2为输入脚，Pin3为输出脚，若Pin2输入小于1/3Vcc，则Pin3输出高电平，若Pin2输入大于2/3Vcc，则Pin3输出低电平，通过改变可调电阻阻值大小，调整矩形波占空比。

5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法使用由7414组成的电路实现反相功能，所述电路位于光电隔离电路和方波整形电路之间，所述7414的Pin14连接电源，信号从Pin1进入，从Pin2输出，通过跳线实现信号反相。

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