汽輪機DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)試與故障診斷方法研究

摘 要：DEH集計算機控制技術(shù)與液壓控制技術(shù)于一體，通過組態(tài)控制軟件，可方便地實現(xiàn)各種復雜的控制策略，充分體現(xiàn)了計算機控制的精確與便利及液壓控制系統(tǒng)的快速響應。其安全運行直接決定了汽輪發(fā)電機組啟動、升速和發(fā)電的安全運行。

關(guān)鍵詞：DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 故障診斷； 方法研究

中圖分類號：TV734 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2012）05-176-001

數(shù)字電液控制系統(tǒng)簡稱DEH（Digital Electric-Hydraulic Control System），它是當今汽輪機必不可少的控制系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，在汽輪機的非正常停機中有1/3是由調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障引起的，因此很多研究和生產(chǎn)部門都開展了調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障機理分析及監(jiān)測診斷方法的研究。本文主要就DEH各關(guān)鍵部件進行研究、故障分析及診斷。

一、DEH系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及層次劃分

DEH系統(tǒng)作為一個整體，除了具有單機運行時的轉(zhuǎn)速控制和并網(wǎng)運行時的功率控制兩個主要功能外，還有汽輪機自動程序控制（ATC）和監(jiān)控機組重要通道的運行情況等功能。依據(jù)功能相關(guān)原則，可以將DEH系統(tǒng)在系統(tǒng)層次劃分為電子控制裝置、執(zhí)行機構(gòu)、EH油系統(tǒng)及保護系統(tǒng)等，然后在子系統(tǒng)層次繼續(xù)劃分，如將執(zhí)行機構(gòu)劃分為電液轉(zhuǎn)換器、油動機、調(diào)節(jié)閥門等部件。

二、DEH系統(tǒng)故障模式

由于電子控制裝置所使用的電子元器件以及數(shù)字計算機本身具有較高的可靠性，在實際使用中發(fā)生的硬件故障較少，偶爾會發(fā)生的故障有主機通訊故障、卡件接觸不良等，這些故障的判斷和排除比較容易。執(zhí)行機構(gòu)和EH油系統(tǒng)由于液壓部件本身的可靠性較低，加之運行環(huán)境相對惡劣，是發(fā)生故障較多的部分。保護系統(tǒng)的主要故障通常也是由EH油系統(tǒng)的故障引起的。因此，在對DEH系統(tǒng)進行故障模式和后果分析時，重點在于分析執(zhí)行機構(gòu)和EH油系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障。

三、DEH系統(tǒng)故障診斷方法及應用

1．基于FMEA和FTA的故障診斷技術(shù)

故障模式及后果分析(FMEA)最初實際上是一種設(shè)計方法，它能有效地把故障或隱患消滅在設(shè)計階段，但它同時也對確定復雜系統(tǒng)可靠性、分析設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)，所以可以將FMEA理念引入電力設(shè)備的維修工作，利用FMEA系統(tǒng)地分析設(shè)備系統(tǒng)各組成單元所有可能的故障模式、故障原因及后果，以便發(fā)現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)中潛在的薄弱環(huán)節(jié)，提出可能采取的預防和改進措施。

故障樹分析法，簡稱FTA(FaultTreeAnalysis)，是一種評價復雜系統(tǒng)可靠性與安全性的方法。早在60年代初就由美國貝爾實驗室首先提出并應用在民兵導彈的發(fā)射控制系統(tǒng)安全性分析中，用它來預測導彈發(fā)射的隨機故障概率。

FMEA分析有條理性，簡單易行等優(yōu)點，卻存在繁瑣的缺點，在實際的使用中也很容易出現(xiàn)疏漏。在對后果的分類中，很大程度上取決于主觀因素，影響了后果分類的可靠性。如果采用FTA，從故障后果尋找原因，通過各級分析可以計算出各個底事件也就是各故障事件的重要度，按照重要度的大小進行排列，相比起FMEA更加精確。所以現(xiàn)在已經(jīng)有單位將FMEA與FTA綜合使用。

2．基于參數(shù)估計的解析模型故障診斷

基于參數(shù)估計的解析模型故障診斷方法其基本思想是把理論建模和參數(shù)辨識結(jié)合起來，當故障由參數(shù)的顯著變化來描述時，可以利用已有的參數(shù)估計方法來檢測故障信息，根據(jù)參數(shù)估計值與正常值之間的偏差情況來判定系統(tǒng)的故障。首先是建立研究對象的模型。然后借助模塊化建模的思想，對DEH系統(tǒng)的主要故障發(fā)生部件——電液轉(zhuǎn)換器和柱塞泵進行建模，在詳細分析電液轉(zhuǎn)換器和柱塞泵的原理、功能、結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立其數(shù)學模型，然后利用仿真工具Simulink在計算機中實現(xiàn)仿真。研究表明，電液轉(zhuǎn)換器和柱塞泵的不同故障具有明顯不同的響應曲線，可以通過電液轉(zhuǎn)換器和柱塞泵的不同響應特征以及相應曲線的波動變化識別DEH系統(tǒng)的故障。在DEH系統(tǒng)中，電液轉(zhuǎn)換器和柱塞泵是故障易發(fā)部件，而且其故障具有一定的復雜性，所以這種方法對識別DEH系統(tǒng)的故障有一定的指導意義，為利用對象的響應特性識別DEH系統(tǒng)故障提供基礎(chǔ)。

3．汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)建模與仿真

汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)建模與仿真是研究汽輪機控制品質(zhì)、部件故障對系統(tǒng)的影響、故障診斷和技術(shù)培訓等的有效技術(shù)手段。面向物理對象的建模是一種以物理對象為中心的建模方法，所謂物理對象即實際系統(tǒng)的組成部件。DEH系統(tǒng)高壓汽門執(zhí)行機構(gòu)，建模時將實際系統(tǒng)按功能組成部件劃分為電液伺服閥、油動機、伺服放大器、快速卸載閥、線性位移差動變送器等一組相互獨立的物理對象，對于每個物理對象分別進行建模，描述各物理對象模型的方程式應該以一種中性的形式表達，即采用無因果聯(lián)系建模，這樣建立起的虛擬物理對象相互對立，沒有依賴關(guān)系，每個物理對象都封裝了自身的數(shù)據(jù)、特性和結(jié)構(gòu)。用戶在使用時，直接將各虛擬物理對象按照實際系統(tǒng)流程那樣連接起來，就可以建立起需要的系統(tǒng)仿真模型，這樣用戶只需熟悉實際系統(tǒng)的組成部件和連接關(guān)系，知道各組成對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)，就可以進行系統(tǒng)建模仿真，而不必考慮各種數(shù)學關(guān)系式，不必考慮計算的順序。

四、結(jié)論與展望

1．DEH系統(tǒng)故障主要集中在執(zhí)行機構(gòu)和EH油系統(tǒng)，其中尤以EH油系統(tǒng)中電液轉(zhuǎn)換器、油動機的故障最為頻繁，影響也最大。

2．針對DEH系統(tǒng)特征參數(shù)多、狀態(tài)特征空間難以確定的問題，故障診斷將先對DEH系統(tǒng)進行FMEA、FTA分析，確定設(shè)備的主要故障，以主要故障為線索提取設(shè)備狀態(tài)的特征參數(shù)。

3．對容易發(fā)生故障的部件的原理、功能、結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立其數(shù)學模型，然后在計算機中實現(xiàn)仿真或采用面向部件物理對象的DEH建模仿真方法。