丁一刚
（中韩（武汉）石油化工有限公司，吉林 通化 430082）
摘 要：烟机闸阀控制机构油路中电磁阀失电会对烟机振动信号产生干扰，导致烟机组误停机。分析认为：由于电磁阀线圈由通电到断电时产生极高反向电动势，高频电磁干扰使振动信号发生联锁。检安仪表采取给线圈两端反向并联二极管续流，使感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功消耗掉，即保护了电路中的其它元件安全，又消除了干扰源。经实践证明，二极管的应用解决了电磁阀失电对振动信号的干扰问题。 关键词：电磁阀线圈 信号干扰 续流二极管 烟机闸阀
1#催化烟机闸阀控制机构由液压控制系统和执行机构组成，由
九江仪表厂生产专门用于炼油厂高温闸阀的控制设备。2013 年 1 月
31 日和 4 月 5 日两次停烟机因关闭烟机闸阀操作电磁阀失电，引起
烟机振动高高报导致烟机停机。因关烟机闸阀是停机操作最后一步，
我们误以为是负荷突然变化等导致的振动波动，联锁停机对操作影
响不大，未做进一步排查。直到 2013 年 9 月 3 日，在烟机正常运
行期间，为检查烟机闸阀油压系统故障试验电磁阀失电，
又发生烟机振动高高报，误报时长约 1.5S。幸好 2013 年 8 月
30 日因检查雷击导致烟机误停原因，已将振动停机联锁设 3S 延时，
喷射混凝土用速凝剂侥幸未造成误停机。下面就干扰源、被干扰对象、干扰途径和解决
方法进行探讨。
1烟机闸阀油路中的电磁阀为信号干扰源
1.1设备及故障情况简介
（1）DYZF（烟机闸阀控制机构）电液控制机构是九江中船仪
表厂根据炼油厂高温闸阀控制特点设计的一种控制机构，专门用于
炼油厂高温闸阀控制。电液控制机构的电磁阀和执行油缸均采用
PARKER 公司生产的产品，为三位四通式。
（2）本机组监测仪使用本特利 3300 系列，由趋近式探头、延
伸电缆、前置放大器、信号电缆以及监测器所组成。轴振动通道的
灵敏度为 7.874V/mm，在 2 mm 的工作范围内，误差不大于±5%；
轴位移通道灵敏度为 7.874V/mm，在 2 mm 的工作范围内，非线性
偏差不大于 25.4 μm。
（3）电磁阀主电缆与烟机状态监测控制电缆铺设在同一个槽盒
当中，一起进入安全栅室。电缆的布置方位为电磁干扰的发生提供
了条件，包括进入机柜的电路部分，成为导致烟机振动误报的直接
原因。
（4）故障现象：在电磁阀失电瞬间，烟机振动值都瞬间跳变至
高高报值以上，对烟机现场运行进行检查，确认非机械故障造成。保健椅
这个误报会直接导致烟机二选二自保停机（烟机振动联锁停机值为
100μm），2011 年新增烟机停机信号去电机停机逻辑，则 2#机组
会自保停机。如果处理不及时，则会对安全生产造成威胁。
1.2电磁阀线圈自感特性介绍
自感现象是由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现
象。电磁阀由电磁部分和换向部分组成，电磁阀利用电磁力的作用
煤矿井下定位设备
推动阀芯换位，以实现气流或液流换向。控制部分则主要元件为电
感线圈（电磁铁）。线圈为电感元件，它有如下特性。将电磁阀中
线圈简化为图 3 所示。
设电压为 u，当通过电流为 i 时，产生磁通Φ，它通过每匝线圈
即 L=称为电感（自感）。线圈的匝数越多，电感就越大。当线圈
中磁通Φ或电流 i 发生变化时，则产生的电动势为e L =-N
=- L
当通过电磁阀线圈的电流大小发生改变时，该线圈会产生一个反向电动势来维持原来电流的大小不变，也就是这一反向电动势产生的电流趋势是阻碍原线圈中电流的变化。线圈中电流变化率越大，其反向电动势越大。可见，当仪表室操作电磁阀失电时，线圈中电流突然中断，产生自感电动势，这个值要高出输入电压数倍，这时如果没有续流元件，则此电动势将产生高频电磁干扰，甚至造成电路元件损坏。
2 机组振动信号更容易受到干扰
2.1电涡流传感器原理
电涡流传感器基本结构为探头和前置器见图 4，图 5
。
图 4 电涡流传感器探头简图
图 5 电涡流传感器安装示意图
探头线圈被来自前置器的高频电流（1-2MHz）激励，在线圈周围产生一高频磁场，当被测导体靠近线圈平面时，金属导体表面在高频磁场作用下将产生出环向流动的电流即涡流。此涡流相当于一个短路线圈，它一方面因导体有电阻而消耗能量，另一方面也能产生高频磁场反作用于探头线圈，使探头磁场减弱，其结果是探头线圈电阻增大，电感减小，或者说，由于涡流效应，探头线圈品质因数（Q）、电感（L）、阻抗（Z）将产生相应的变化。变化过程取决于涡流的大小，它和线圈—金属导体系统的物理性质（磁导率μ、电导率σ）、几何尺寸（线圈半径 r、间隙δ）以及励磁电流强度（I）和频率（ω）等有关。对给定的线圈
—导体系统来说，μ、σ、ω、r、 I 为定值，那么涡流及相应的探头线圈电路参数（Q、L、Z）的变化。测量出某一参数随δ变化关系即可获知δ变化情况，以上就是电涡流传感器的工作原理。
2.2振动信号更易受到干扰
机组联锁停机取值类别包括轴系径向振动、轴向位移和转子转速。径向振动监测的原理是将采集电压信号的交流分量峰值进行放大，即振动监测模块独立的监测振动信号峰-峰值的振幅，以极高的频率（
烟机工频约 105HZ）采集毫伏级变量，以反映出径向振动程度；轴向位移监测主要对测出瞬时位移量成正比的输出信号中直流分量进行放大，输出信号反映出
转动轴轴向位移程度；转速测量的是前置放大器输出的脉冲信号，根据频率变化就可以测得转速的变化，频率信号的采集不易受到电磁干扰。
可见，对测量信号的取值类型不同，使各信号抗电磁干扰能力区别很大，其中径向振动最容易受到干扰。另外，干扰信号时间很
耐高温润滑油—159—
—160—
故障维修
短（1.5S 以内）的特征也是这种干扰结果的一个成因。以上分析就是同在一个槽盒中，只有振动信号收到干扰的原因。
3 实验分析
磁悬浮床
在故障排除过程中，检安仪表做了大量工作，2013 年 9 月 11 日已将烟机信号电缆更换为有金属网状总屏蔽和分屏蔽的控制电缆。此后做了如下试验：
试验 1，安全栅室接线端子至电磁阀间电缆不走槽盒而另外走线，则电磁阀失电对烟机四个振动的影响都减小，虽然四个值都有跳变情况，仅为一个值高报；
试验 2，临时铺设烟机振动控制电缆，不经过原电缆槽盒，则电磁阀失电瞬间烟机四个振动都为高报，可见影响程度明显减小；
试验 3，利用原来电磁阀主电缆，更换一只进口 ASCO 电磁阀，则此干扰现象不在； 试验 4，使用临时 DC24V 电源，不经过继电器供电，即不经过原有驱动电路而单独外接电源，则此干扰现象未发生；
实验基本表明，电磁阀主电缆与烟机振动控制电缆同在一个槽盒是干扰产生的直接原因，电缆近距离布置为干扰产生提供了必要条件。其根本原因在于该 ATSO 的电磁阀本身能够产生强电磁干扰，干扰通过相邻电缆之间传播，而振动信号更容易受到电磁干扰，才会发生这种误报停机的结果。
4 解决方法
如何解决该电磁阀失电产生的感应电动势的影响成为解决问题的关键。检安仪表在现有电磁阀驱动电
路中反向接入二极管来解决问题。续流二极管作用为防止电路中电压和电流突然发生变化，为反向电动势提供通路。当线圈通电时，二极管反向截止，断电时，即产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功消耗掉，起到续流作用，即保护了电路中的其它元件安全，也消除了对振动信号的干扰。增设续流二极管这种方法是防止直流线圈断电产生的自感电动势对相关元器造成损害以及产生电磁干扰的有效手段。二极管连链接方式见图6
。
图 6 二极管接入方式图
经过多次试验，烟机闸阀控制机构主油路中电磁阀失电操作对烟机振动信号无影响。
5 结论及建议
（1）烟机闸阀油路中电磁阀在失电瞬间产生电磁干扰，干扰通过电缆间进行传播。影响烟机振动信号，使之误报，造成机组停机。在不更换此电磁阀的情况下，在驱动电路中反向接入二极管，起到续流作用，能解决此干扰；
（2）建议设计部门在设备选型时规避这种隐患，对该电磁阀尽早进行重新选型更换；
（3）在现场设备中，这种电感类设备例如交直流电磁阀、继电器、变压器及接触器等大量存在，或许存在这种隐患，建议通过此方法进行消缺处理。（4）建议仪表控制电缆使用有金属网状总屏蔽和分屏蔽的电缆，以提高自身抗干扰性能。
参考文献：
[1]秦曾煌. 电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008：74-96.[2]廖林林等. 仪表维修工[M].北京：中国石化出版社，2010：60-70.
[3]石油化工设备维护检修规程-仪表[M].北京：中国石化出版社，2004：526-555.
但是从轴承箱体上测得的振动信号是不同与轴承本身的振动信号的。其原因主要有以下四点：
轴承原件的振动产生一系列离散频率；轴承振动引发轴承支撑结构的共振；设备其他零件的振动传递到轴承箱；
轴承内高应力区的塑性变形、剥落和裂纹扩展等产生的其他信号；在滚动轴承的振动信号中，从频域上观察具有如下两个特点：（1）频谱具有宽频带特征，并且随着缺陷的种类、形状、轴承尺寸和转速而变化。（2）由于轴承故障引起的冲击有很大一部分能量集中在高频段，因此特别要注意高频成分的变化
。
图5 风机负荷侧轴承特征频谱图
样本制作因钢管公司制钢部6#二次除尘风机采用变频调速，所以通过调用风机主监控画面确定测量时风机转速
为548r/min ：
因此风机运行频率为 Fr=548/60≈9.14Hz
经查询轴承故障特征库可知SKF 轴承故障特征频率如下：
轴承型号FTF （保持架）BSF （滚动体）BPFO （外圈）BPFI （内圈）23340CA/W330.416Fr 2.815Fr 6.661Fr 9.339Fr 对应故障频
率
3.8Hz
25.73Hz
60.88Hz
85.36Hz
对应上表及图5可以看出风机主故障频率85Hz 与轴承内圈特
征频率85.36Hz 接近，而频谱图出现轴承内圈特征频率及其谐频，尤其2倍谐频幅值较高，故障特征频率边频非常明显，因此分析认为风机负荷侧轴承内圈磨损严重，建议现场及时安排停机检修。
3 检修验证
2016年9月中旬停机更换风机负荷侧轴承，由现场检修拍摄的图片（图6）可以看出轴承内圈磨损严重，与信号分析一致。更换轴承后设备运行平稳。
图6 轴承内环磨损图
结语
应用状态监测及旋转设备故障诊断技术的理论知识，结合实际
的数据分析首先排除设备不可能发生的故障，其次通过解读旋转机械故障原理和故障特征频率的计算公式准确判断出设备的故障位置，最后通过停机检修验证诊断结论，避免故障进一步恶化，保证了除尘风机的可靠运行。
参考文献：
[1]张东雁.炼钢设备管理问题及解决措施探讨[J].中国金属通报，2019（03）：83-84.
[2]赵楠.现代钢铁企业冶金设备概述[J].山东工业技术，2018（05）：236.
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