转速探头测量原理与小机测速系统
本篇记录电力系统中常用的转速探头测量原理（磁电式、电涡流式、霍尔式），以及现场小机（小汽轮机）测速系统的通道分配与 DCS 控制逻辑限速。
一、 转速探头测量原理
转速探头基于不同的物理效应将机械旋转（齿轮通过）转化为电信号（脉冲或模拟），通过测量信号的频率 或周期来换算轴转速。
1. 霍尔式转速探头原理 (新增)
- 核心原理：霍尔效应（磁场作用于半导体导体时产生横向电压）。
- 工作过程：探头内部包含霍尔元件（半导体芯片）、永久磁铁和信号处理电路。当轴上的测速齿轮（铁磁性材料）旋转通过探头时，齿牙和齿谷的交替通过会导致通过霍尔元件的磁力线密度发生周期性变化。霍尔元件在恒定电流下，两端会产生微小的霍尔电压交变脉冲。经内部放大器和整形电路处理后，输出边缘陡峭的方波脉冲信号。
- 技术特点：
- 有源传感器：需要外部提供电源（如 12V 或 24V DC）。
- 支持零速测量：由于输出幅度与转速无关，仅与磁场强弱有关，因此即使转速极低甚至接近 0，也能稳定输出方波脉冲。
- 抗干扰能力强：数字方波输出，不易受电磁噪声干扰。
2. 磁电式（磁阻式）探头原理
- 核心原理：电磁感应定律（法拉第电磁感应）。
- 工作过程：探头内部包含永久磁钢和感应线圈。当金属测速齿轮旋转时，齿牙交替通过探头端部，导致磁路中的磁阻周期性改变，磁通量发生周期性变化，在线圈两端感应出交变电动势（近似正弦波）。
- 换算关系：感应电势的频率 与齿轮齿数 和轴转速 (RPM) 成正比：
- 技术特点：
- 无源传感器：不需要外部供电。
- 低速性能较差：感应电动势幅值与转速成正比，当转速极低时，感应信号幅度太小，无法被二次表识别。
3. 电涡流式探头原理
- 核心原理：电涡流效应与阻抗变化。
- 工作过程：前置器产生高频电流通入探头头部线圈，产生交变磁场。当被测金属轴表面（或键槽）旋转通过时，金属表面产生周期性变化的电涡流，反作用于线圈磁场，导致线圈的等效阻抗发生周期性改变。该阻抗变化经前置器转换为周期性电压脉冲信号。
- 技术特点：抗干扰力强，对低转速测量效果好。
二、 现场小汽轮机（小机）测速系统配置
小机轴转速的测量与控制通过多通道冗余配置，总共设计有 7 个转速通道。
1. 转速通道分配与柜体路由
| 通道编号 | 探头类型 | 信号去向 | 测速卡件 / 仪表 | 作用 / 目的 |
|---|---|---|---|---|
| 小机 1 转速 | 霍尔式 | TSI 柜 | 艾默生测速卡件 | 机组安全保护 / 监视 |
| 小机 2 转速 | 霍尔式 | TSI 柜 | 艾默生测速卡件 | 机组安全保护 / 监视 |
| 小机 3 转速 | 霍尔式 | TSI 柜 | 艾默生测速卡件 | 机组安全保护 / 监视 |
| 小机 4 转速 | 磁阻式 | MEH 柜 | 和利时 DCS 系统 FC 测速卡 | 速度控制系统 (MEH) |
| 小机 5 转速 | 磁阻式 | MEH 柜 | 和利时 DCS 系统 FC 测速卡 | 速度控制系统 (MEH) |
| 小机 6 转速 | 磁阻式 | MEH 柜 | 和利时 DCS 系统 FC 测速卡 | 速度控制系统 (MEH) |
| 就地转速 | 磁阻式 | 就地仪表 | 就地转速表 | 就地转速指示监视 |
2. 测量传输偏差说明
- 测量计算：小机的实际转速由二次表（如艾默生卡件、FC卡件）通过脉冲频率高精度运算得出。
- 画面偏差：计算出的转速值在传输到操作员 HMI 画面时，使用的是 4-20mA 模拟量信号。由于 D/A 与 A/D 转换以及模拟信号在线路上的损耗，导致画面显示值与卡件实际测量计算值之间存在微小偏差。
三、 DCS 逻辑转速限制配置
在 DCS 的控制逻辑中，针对不同机组的小机设置了最高转速限制保护，防止机组超速：
- 3号机：
- 自动状态最高转速限制：5922 RPM
- 手动状态：限速值稍微高一点，但同样受到硬性逻辑限制。
- 1号机：最高转速限制 6050 RPM
- 2号机：最高转速限制 6100 RPM