張良軍

（國(guó)電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315800）

1 概況

北侖電廠3，4，5號(hào)機(jī)循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)采用日本某公司生產(chǎn)的VM-5儀表，振動(dòng)探頭為CV-861壓電式加速度傳感器。儀表安裝于DCS系統(tǒng)電子室，與主機(jī)TSI系統(tǒng)相鄰。循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量單元通過通訊電纜與電動(dòng)給水泵、汽動(dòng)給水泵、給水泵汽輪機(jī)及主機(jī)TSI系統(tǒng)相連，測(cè)量信號(hào)通過串行通信送DCS系統(tǒng)。

3，4，5號(hào)機(jī)循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)自2005年7月28日開始頻繁受到雷擊干擾，并表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：

（1）雷擊瞬間，循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量值瞬間躍升又馬上回落，同時(shí)觸發(fā)振動(dòng)測(cè)量故障報(bào)警，雷擊干擾發(fā)生后振動(dòng)測(cè)量卡件無異常。

（2）雷擊并非每次均給循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)帶來干擾。

（3）3，4，5號(hào)機(jī)循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)沒有同時(shí)受到干擾，且沒有明顯的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。

（4）雷擊除了引起循環(huán)泵振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)大幅跳躍以外，有幾次還造成主機(jī)軸向位移、高低壓差脹、缸脹信號(hào)發(fā)生突變等情況。

2 原因分析

由于循環(huán)泵振動(dòng)信號(hào)的大幅跳躍伴隨雷擊而產(chǎn)生，所以雷擊干擾是引起循環(huán)泵振動(dòng)信號(hào)異常的根本原因。為此從以下兩方面進(jìn)行分析。

2.1 雷擊干擾傳播途徑

雷電表現(xiàn)形式主要有兩種：一種是直擊雷，雷擊通路上的物體會(huì)被高溫?zé)龘p甚至融化。另一種是感應(yīng)雷，即在直擊雷放電過程中，周圍導(dǎo)線或金屬物受電磁場(chǎng)作用，感應(yīng)產(chǎn)生的高電壓進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，干擾、損壞計(jì)算機(jī)和其它控制設(shè)備，嚴(yán)重的還會(huì)造成人員傷亡。

雷電瞬態(tài)干擾是一種具有極強(qiáng)破壞能力的共模干擾，由高能量的低頻分量和輻射能力極強(qiáng)的高頻分量組成，可以通過保護(hù)裝置的各種外接電纜作用到裝置上，對(duì)裝置造成極大的威脅。雷擊所產(chǎn)生的浪涌電壓一般是共模的，對(duì)其的防護(hù)方法只能是分級(jí)采用浪涌抑制器，以及減小裝置的分布電容和提高元器件絕緣。但對(duì)于較大的控制設(shè)備，分布電容難以做到很小，且元器件的絕緣能力有限，因此，浮地系統(tǒng)的浪涌問題很難得到有效控制。

2.2 振動(dòng)儀表工作原理

VM-5系列振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)24VDC電源的COM端為浮地方式，加速度振動(dòng)探頭CV-861典型接線如圖1所示，一般采用的接線方式為探頭外殼通過設(shè)備金屬外殼接地，振動(dòng)信號(hào)延伸電纜的屏蔽層與電源COM端相連，即該振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)為浮地結(jié)構(gòu)，對(duì)雷擊的反擊電壓具有很好的隔離作用，但對(duì)通過共模干擾、差模干擾進(jìn)入振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部的感應(yīng)雷的抑制能力極弱。

圖1 CV-861加速度振動(dòng)探頭典型接線圖

3，4，5號(hào)機(jī)循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)安裝在主廠房電子室，與循環(huán)泵房距離為1 000～1 500 m，循環(huán)泵振動(dòng)信號(hào)通過露天電纜橋架送至電子室。由于循環(huán)泵振動(dòng)探頭處于循環(huán)泵房屏蔽之下，循環(huán)泵房避雷針的雷電流下泄點(diǎn)遠(yuǎn)離振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)接地點(diǎn)，且振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)是浮地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以系統(tǒng)不可能受到雷擊反擊電壓的沖擊。如果雷擊發(fā)生在電纜橋架附近，強(qiáng)烈的雷電流則有可能通過電磁感應(yīng)沿循環(huán)泵振動(dòng)信號(hào)電纜進(jìn)入振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。

循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量單元通過串行通信電纜送至DCS系統(tǒng)，而且處于整個(gè)串行通信鏈的末端，當(dāng)循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)受到雷擊干擾時(shí)，整個(gè)串行通信鏈中的信號(hào)都有可能受到影響，因此當(dāng)循環(huán)泵振動(dòng)信號(hào)躍變時(shí)，主機(jī)軸向位移、高低壓差脹等信號(hào)也出現(xiàn)了跳變，而主機(jī)軸向位移、高低壓差脹保護(hù)是根據(jù)自身輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，因此當(dāng)DCS系統(tǒng)顯示主機(jī)軸向位移等信號(hào)出現(xiàn)巨幅跳變時(shí)，軸向位移保護(hù)并未動(dòng)作。

3 采取措施

為防止雷擊干擾，一般采用等電位聯(lián)接、雙層屏蔽等措施，但由于CV-861振動(dòng)探頭的接地方式不同于傳統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量裝置，其屏蔽層采用兩端浮空的方式，因此不能以等電位聯(lián)接解決雷擊干擾。另一方面，由于循環(huán)泵房與主廠房距離比較遠(yuǎn)，而且在循環(huán)泵房的信號(hào)電纜采用預(yù)埋方式，因此對(duì)循環(huán)泵振動(dòng)信號(hào)電纜采取穿金屬管埋地走線的整改方式成本較大。針對(duì)上述情況，為解決雷擊干擾，采取了如下措施：

（1）為避免循環(huán)泵振動(dòng)受干擾后通過串行通信影響主機(jī)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量，將循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)與主機(jī)及其它振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)分離，即解開循環(huán)泵振動(dòng)串行通信線?？紤]到循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量卡的4～20 mA模擬量輸出采用電隔離，為了防止雷擊浪涌對(duì)循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量的干擾，將循環(huán)泵振動(dòng)信號(hào)通過串行通信送DCS系統(tǒng)顯示改為以4～20 mA硬接線方式送DCS系統(tǒng)。

（2）CV-861加速度振動(dòng)探頭需要二次卡提供24VDC工作電源，為了防止雷擊感應(yīng)電流通過電源回路進(jìn)入振動(dòng)測(cè)量裝置內(nèi)部，對(duì)振動(dòng)測(cè)量卡加裝了反向二極管。

（3）對(duì)于雷擊浪涌干擾信號(hào)最有效的方法是建立一條高能浪涌干擾的泄放通道，但這正是該振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)所欠缺的。根據(jù)浪涌防護(hù)理論，在低壓系統(tǒng)中對(duì)于浪涌過電壓的保護(hù)，一般是在被保護(hù)設(shè)備前加裝保護(hù)設(shè)備，如由壓敏電阻、放電管、瞬態(tài)抑制二極管等過電壓保護(hù)元件組成的涌流保護(hù)器。這些涌流保護(hù)器件工作原理不同，但有相似的伏安特性，即當(dāng)兩端電壓高于啟動(dòng)電壓后通過的電流呈指數(shù)規(guī)律增加，而電壓則被抑制在一定的范圍內(nèi)幾乎不隨電流的變化而變化，當(dāng)兩端的電壓低于啟動(dòng)電壓時(shí)，器件呈高阻態(tài)，通過的電流很小。因此，在循環(huán)泵振動(dòng)信號(hào)入口安裝浪涌保護(hù)器是比較可行的方法，接線方式如圖2所示。

圖2 浪涌保護(hù)器在循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中的接線

4 結(jié)語

3，4，5號(hào)機(jī)循環(huán)泵振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)自從采取安裝反向二極管、浪涌保護(hù)器等措施后，3年時(shí)間經(jīng)受了近百次雷擊干擾的考驗(yàn)，說明采取的措施是有效的。

浪涌保護(hù)器是一種限制瞬態(tài)過電壓及對(duì)浪涌電流泄流的裝置，其性能直接影響防雷擊干擾的效果，所以在實(shí)際使用過程中必須重視對(duì)該裝置的日常維護(hù)。

根據(jù)浪涌保護(hù)器的工作特點(diǎn)，在選擇浪涌保護(hù)器時(shí)要特別注意主、重要技術(shù)指標(biāo)（工作電壓、負(fù)載電流）應(yīng)與系統(tǒng)負(fù)載相匹配，最大連續(xù)操作電壓應(yīng)略大于回路最大正常工作電壓，負(fù)載電流應(yīng)大于回路最大正常工作電流，以確保浪涌保護(hù)器在回路中正常工作；浪涌保護(hù)器標(biāo)稱放電電流應(yīng)盡可能選擇大一些；為提高防護(hù)效果，浪涌保護(hù)器的安裝位置應(yīng)盡可能靠近被保護(hù)設(shè)備。

[1]GA/T 670-2006安全防范系統(tǒng)雷電浪涌防護(hù)技術(shù)要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[2]李鍵.火電廠儀控設(shè)備防雷擊電磁脈沖的措施[J].華東電力，2006，34（8）∶101-103.

[3]周志敏.電子信息系統(tǒng)防雷接地技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2004.