大慶石化公司5#機高壓調(diào)節(jié)閥故障分析及改進

　　引言：
　　
　　大慶石化公司熱電廠5#汽輪機為上海汽輪機廠產(chǎn)品，型號為C50-0/13-l，自1988年6月l日開始投運。該型號汽輪機采用額定參數(shù)啟動，四個高壓調(diào)節(jié)閥各由一個油動機控制，并通過數(shù)字電調(diào)系統(tǒng)DEH（digitalelectrichydraulic）的閥門管理程序?qū)崿F(xiàn)噴嘴
　　
　　節(jié)流調(diào)節(jié)。DEH執(zhí)行機構(gòu)的工作介質(zhì)是高壓抗燃油它將DEH控制系統(tǒng)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)閥行程指令轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)閥的開度，實現(xiàn)汽輪機進汽量的調(diào)節(jié)。
　　
　　在運行過程中，5#汽輪機的四個高壓調(diào)節(jié)閥均發(fā)生了不同程度的竄動。經(jīng)查找及分析原因后，對調(diào)節(jié)閥的線性可調(diào)差接變壓器LVDT（linear，Variabledifferetialtransformer）部套存在的結(jié)構(gòu)缺陷進行了改進，效果良好。
　　
　　一、汽輪機調(diào)節(jié)閥控制原理
　　
　　汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH分為電子控制和液壓調(diào)節(jié)保安兩部分。電子控制部分主要由分布式控制系統(tǒng)DCS和DEH模件組成，它用來完成信號的采集、綜合計算、邏輯處理和人機接口等方面的任務(wù)；液壓調(diào)節(jié)保安部分主要由電液轉(zhuǎn)換器、電磁閥、油動機和配汽機構(gòu)等組成，它用來將電氣控制信號轉(zhuǎn)換為液壓機械控制信號，zui終控制汽輪機進汽閥門的開度。
　　
　　5#汽輪機以油動機為液壓系統(tǒng)的功率輸出級，它的活塞桿直接驅(qū)動進汽閥門。活塞桿與操縱座、油動機滑閥、反饋滑閥或操縱座、伺服閥以及LVDT等設(shè)備組成完整的油動機，完成位置隨動和功率輸出等功能。伺服閥（電液轉(zhuǎn)換器）為DEH電氣信號與液壓系統(tǒng)的接口設(shè)備，它將電氣信號轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的液壓信號，并與伺服控制單元、油動機等相結(jié)合，完成電壓位置隨動控制。
　　
　　隨著DEH系統(tǒng)工作方式（REMOTE或OA方式）的不同，來自不同的負荷設(shè)定值經(jīng)設(shè)定值處理功能的選擇和處理后，得到負荷設(shè)定值信號（REFDMD），并送至DEH中的負荷控制系統(tǒng)。機組無論是處于DCS的控制還是DEH的OA方式控制，zui后均需經(jīng)過DEH系統(tǒng)將REFDMD信號由DEH的負荷控制系統(tǒng)輸出，并作為主蒸汽流量請求信號（FDMD）。主蒸汽流量請求信號（FDMD）經(jīng)DEH的閥門管理程序轉(zhuǎn)換成高壓調(diào)節(jié)閥的開度需求信號，然后通過數(shù)字式閥位伺服控制器（MVP）卡件去控制相應(yīng)調(diào)節(jié)閥的開度困。
　　
　　以單閥控制方式為例，MVP卡接收WDPF系統(tǒng)中分散處理單元DPU傳遞過來的調(diào)節(jié)閥開度需求信號，并與線性位移差動變送器LVDT的實際閥位開度信號相比較，通過PI控制回路對閥門的電液轉(zhuǎn)換器輸入閥門控制指令。閥門控制框圖如圖1所示。　　
　　來自DEH的調(diào)節(jié)閥開度需求指令（數(shù)字信號）輸入到執(zhí)行機構(gòu)的MVP卡內(nèi)，與實際開度的數(shù)字信號（LVDT的輸出反饋）做比較，其偏差信號經(jīng)Pl控制運算，得到MOOG閥的控制信號。該信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和放大，轉(zhuǎn)變?yōu)镸OOG閥兩組線圈上的控制電流來控制MOOG閥兩路輸出流量（一路高壓控制油到調(diào)節(jié)閥油動機的下腔室，即工作腔室；另一路是MOOG閥的排油到油動機的上腔室，即非工作室），實現(xiàn)油動機工作油室進油量、油壓（開／關(guān)調(diào)節(jié)閥）以及機組負荷的調(diào)節(jié)。當(dāng)MVP卡的輸出為“+”時，MOOG閥進油接通去油動機活塞的下部，油動機下部油壓增大，向上移動并經(jīng)杠桿帶動開啟閥門。閥門移動的同時，帶動裝在油動機旁的LVDT的線圈移動，產(chǎn)生一電信號并被送到MVP卡內(nèi)與DEH閥門管理器指令比較，直到LVDT閥門開度反饋信號與DEH閥門管理器的閥門開度需求信號相等，MVP卡輸出為0，閥門保持不動。當(dāng)MVP卡輸出為“一”時，同理操作。
　　
　　二、熱工電氣回路分析及改進
　　
　　2.1熱工電氣回路分析
　　
　　線性位移差動變送器LVDT是一種位移測量傳感器，由三個等距分布的線圈和一根與油動機活塞桿相連的鐵芯組成。LVDT工作原理如圖3所示。　　
　　鐵芯在線圈中移動時，改變了線圈空間的磁通分布，從而改變了初／次級線圈間的互感值。MVP卡向LVDT提供初級激勵電流的振蕩電路，經(jīng)低通濾波器濾去PROM輸出的直流成分和高頻成分，由功率放大器提供驅(qū)動LVDT初級線圈的電流。隨著鐵芯在線圈內(nèi)位置的不同，兩個次級線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也隨之變化。
　　
　　兩個次級線圈反相、串聯(lián)接至MVP卡，兩個線圈感應(yīng)電動勢的差分信號經(jīng)相敏檢波（或稱解調(diào)）和帶通濾波后，得到與閥門行程一一對應(yīng)的等比例的直流電壓輸出。因此，當(dāng)鐵芯位于線圈中間位置時，由于兩個次級線圈的感應(yīng)電動勢相等，位移輸出的電壓值為0；當(dāng)閥門開大或關(guān)小時，一個信號線性增大，一個信號線性減小，兩信號送到MVP卡，分別通過正負半波整流、相加及濾波、零點補償和量程調(diào)整后，就獲得對應(yīng)于閥門全行程、量程為直流O-10V的閥位信號。
　　
　　當(dāng)LVDT初級線圈的六根接線因接線松動引起接觸不良甚至斷開時，會導(dǎo)致反饋信號失真，造成調(diào)節(jié)閥竄動（開度波動）甚至變?yōu)槿_／全關(guān)兩位控制狀態(tài)，引起汽輪機工況的劇烈變化。
　　
　　另一個值得重視的問題是，汽輪機控制系統(tǒng)在安裝時，現(xiàn)場信號電纜連接采用冷壓方式，接觸面容易氧化，從而造成接線接觸不良。為解決此問題，對信號電纜冷壓接頭進行了處理。對于位移傳感器及其安裝的改進，不論高調(diào)閥還是中調(diào)閥，都有位移傳感器安裝的問題，只是高調(diào)閥的問題更多一些。經(jīng)分析，位移傳感器損壞的主要原因有三點：①機組本身振動較大，傳到安裝位移傳感器支架上后，振動更為突出；②安裝時對中不準，造成位移傳感器拉桿和線圈單側(cè)摩擦；③位移傳感器本身的原因。
　　
　　2.2位移傳感器的改進
　　
　　經(jīng)過對位移傳感器常見故障及損壞原因的分析，分別從提高位移傳感器的耐震、耐高溫等方面做了如下改進措施。
　　
　　①原航空插頭對耐高溫和抗振動效果較差，現(xiàn)在位移傳感器的線圈由引出線直接引出，并且套裝了金屬軟管保護。引出線本身亦采用耐高溫的聚四氟乙烯導(dǎo)線，耐高溫和抗振動效果好。
　　
　　②對位移傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了改進，增加了線圈灌封，提高了抗振性。
　　
　　③拉桿頭上增加聚四氟乙烯滑環(huán)，減少拉桿與線圈內(nèi)壁的摩擦。殼體端頭也改金屬蓋為尼龍蓋，與外殼聯(lián)接改為翻邊，尼龍蓋不易脫落，且尼龍蓋與拉桿間的摩擦力小。
　　
　　④改進位移傳感器的安裝結(jié)構(gòu)，增加了導(dǎo)向桿，使位傳感器拉桿不用接長桿，而直接接在導(dǎo)向桿的“耳朵”上。拉桿相對來說受力減小，力由導(dǎo)向桿承受，且拉桿與“耳朵”容易對齊。每個位移傳感器均可單獨更換。
　　
　　5＃機位移傳感器導(dǎo)向桿與操縱座拉臂的連接采用萬向接頭，消除了因操縱座拉臂和導(dǎo)向桿不在一個平面而產(chǎn)生的扭曲力，大大降低了位移傳感器的報廢率。萬向接頭間隙以不影響DEH的控制精度為準。萬向接頭應(yīng)該定期更換，以免間隙過大而影響閥門的控制精度。
　　
　　三、高壓調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)分析及改進
　　
　　在熱工正常運行情況下，當(dāng)流量達到70％以上時，油動機工作穩(wěn)定，但負荷會發(fā)生自行向上或向下的跳動，幅值為1MW左右。如果在DEH處投入功率回路或投入CCS協(xié)調(diào)控制，則會發(fā)生震蕩，控制不穩(wěn)定。現(xiàn)場檢查時發(fā)現(xiàn)，高壓調(diào)節(jié)閥桿有竄動現(xiàn)象。閥門伺服控制回路包括由計算機指令至VCC卡處的閉環(huán)控制，回路原理如圖4所示。　　
　　如果DEH的指令是穩(wěn)定的，伺服閥與LVDT*，則所控制的油動機也是穩(wěn)定的。從歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)可以看到，DEH的定值、閥門輸出指令及油動機反饋（包括高選前的LVDT1、LVDT2）均非常穩(wěn)定，實際現(xiàn)場油動機也非常穩(wěn)定，但功率會自行上下波動。因為CCS的投入，在現(xiàn)場可以看到高壓調(diào)節(jié)閥桿震蕩的現(xiàn)象。檢查調(diào)節(jié)閥壓力后發(fā)現(xiàn)，機組存在1.OMPa左右的跳動，調(diào)速級壓力也同步波動。每個閥門安裝時均通過閥桿與操縱座及油動機相連。如果油動機控制穩(wěn)定，操縱座安裝緊固，相應(yīng)的閥門也應(yīng)穩(wěn)定，不會存在上述問題。經(jīng)過對現(xiàn)場的逐步深入研究，認為該現(xiàn)象可能是閥門的閥頭在一定的參數(shù)及位置下由于閥頭總作用的方向發(fā)生變化，使閥頭處于不穩(wěn)定狀態(tài)，出現(xiàn)閥頭在預(yù)啟閥范圍內(nèi)跳動的現(xiàn)象。一般跳動點在閥門有效行程的80％左右。跳動點越低，對負荷的影響越大。閥頭跳動會引起閥后壓力和功率跳動。
　　
　　經(jīng)分析認為，減小預(yù)啟閥行程能改善和解決此類問題。在5＃機大修調(diào)節(jié)閥裝配時，將預(yù)啟閥行程由5mm改為4mm。
　　
　　四、結(jié)束語
　　
　　通過對參與調(diào)節(jié)閥PID控制的核心信號反饋單元（LVDT）進行改進，從根本上避免了LVDT反饋線脫落、松動、絕緣不合格、信號抖動和反饋桿磨損等問題的發(fā)生，并對LVDT進行了雙冗余配置，提高了參與閥門調(diào)節(jié)信號的穩(wěn)定性和安全性。5#機大修后投運，機組在機組沖轉(zhuǎn)、自動同期、功率控制、一次調(diào)頻、限制控制、抽汽控制、閥門活動性試驗、超速試驗和遙控控制等工況下的主要控制參數(shù)均達到了標準。試運表明機組高壓調(diào)節(jié)閥運行狀況良好，沒有出現(xiàn)竄動等不正常現(xiàn)象，5＃機高壓調(diào)節(jié)閥改造是成功的。