汽輪機調(diào)節(jié)閥門波動原因分析

薛穎毅

（山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司， 山西 古交 030200）

引言

數(shù)字電液控制系統(tǒng)指的是通過計算機控制器與電液轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，控制汽輪機的調(diào)節(jié)汽門，使汽輪發(fā)電機組實現(xiàn)智能化控制的系統(tǒng)。在機組運行過程中，汽輪機的轉(zhuǎn)速與整個機組工作負荷直接影響著數(shù)字電液控制系統(tǒng)的運作效率，進而對發(fā)電質(zhì)量與作業(yè)安全產(chǎn)生極大的影響。特別是近年來，機組負荷運作過程中汽輪機調(diào)節(jié)閥門波動的發(fā)生頻率與數(shù)量越來越高，造成了機組負荷與壓力值等運行參數(shù)的過大波動，對機組的穩(wěn)定、安全運行造成了嚴重阻礙[1]。

1 數(shù)字電液控制系統(tǒng)的工作原理

數(shù)字電液控制系統(tǒng)包括了伺服閥控制回路與轉(zhuǎn)速、功率控制回路，分別對閥的定位與機組的轉(zhuǎn)速、功率進行PI調(diào)節(jié)規(guī)律的閉環(huán)控制，如圖1所示。

圖1 數(shù)字電液控制系統(tǒng)控制回路原理

從上圖來看，數(shù)字電液控制系統(tǒng)工作原理主要為：首先，計算機在處理調(diào)節(jié)閥電氣信號后發(fā)送至伺服閥的放大器，并由后者進行放大。之后電液轉(zhuǎn)化器收到放大的電氣信號后將其轉(zhuǎn)成電壓信號，伺服閥接收到該信號后便將主閥移動，同時把液壓信號也進行了放大，這樣就能夠使得動力油開放流到油動活塞下腔實現(xiàn)向上移動操作，然后通過杠桿作用將調(diào)節(jié)閥開啟。而要想將調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時只需把動力油排出讓油動機活塞下移便行[2-3]。另外系統(tǒng)中，油動機的活塞移動帶動了一個傳感器的線性位移，同時將位移轉(zhuǎn)換為負值電力信號，并與計算機控制系統(tǒng)傳送過來的信號相加，當兩者相加使伺服控制器的信號值為零時，中間位置將出現(xiàn)伺服閥的主閥，嚴防高壓油與壓力油的泄露，此時調(diào)節(jié)閥停止移動，等待新一輪的調(diào)節(jié)工作。

2 引起調(diào)節(jié)閥門波動的原因分析

在伺服閥控制回路系統(tǒng)中，任何設(shè)備在運行中產(chǎn)生問題都將造成調(diào)節(jié)汽門的波動，例如：

1）控制器是保證計算機指令穩(wěn)定的關(guān)鍵所在，一旦發(fā)生故障將會造成調(diào)節(jié)閥門的波動，而加強對主控制器的常規(guī)檢查，尤其是對輸出的信號進行波動性監(jiān)視，才能全面地發(fā)現(xiàn)問題，及時解決。采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)原理的控制系統(tǒng)，其故障診斷功能指，使這類問題得到了高效解決。

2）油動機的動力油壓也關(guān)系著調(diào)節(jié)閥門的波動，可使用檢測排除法對動力油壓進行實時監(jiān)視，以確定閥門的波動是否與動力油壓有關(guān)。

3）根據(jù)相關(guān)研究表明，油動機的正常運行還與伺服閥的卡澀程度息息相關(guān)，伺服閥的動作不穩(wěn)定也極易產(chǎn)生波動，甚至需要對閥門進行放大或縮小的調(diào)節(jié)才能確保閥門的正常運行。

4）反饋裝置引起的波動經(jīng)常發(fā)生在閥位反饋的過程中，對實際閥門與閥位反饋曲線的波動趨勢進行一致性判斷，以確定一段時間內(nèi)調(diào)節(jié)門波動與閥位反饋波動是否有關(guān)。如下頁圖2中，由向開方向跳變，后向關(guān)方向跳變的有A、B、C三處，恰恰與實際的閥門跳動方向相反，以及閥位的跳動往往出現(xiàn)在閥門動作之前。從調(diào)節(jié)原理上看，調(diào)節(jié)門的波動是伺服閥控制回路中的閥位信號跳變造成的。據(jù)此可對調(diào)節(jié)門的波動成因作出準確的判斷——反映閥門位置的位移傳感器故障[4]。

3 解決辦法

3.1 針對伺服卡故障的措施

傳統(tǒng)的拆線加電壓法，已然不適用于現(xiàn)今對閥門調(diào)試的要求，進而摸索出了一種適用性更強的調(diào)試方法與調(diào)試步驟。

圖2 閥門波動過程中的閥門反饋曲線

1）開環(huán)調(diào)節(jié)。數(shù)字電液控制系統(tǒng)的指令信號強制為0，把就地閥門全部關(guān)閉，將零位電壓器的電壓值調(diào)整到0.28～0.30 V。滿度時將指令信號值強制為100，此時將就地閥門全部放開，滿度電位器電壓值調(diào)整到9.8～10 V。值得注意的是，在此過程中萬用表的正極與負極一定要連接正確，確保伺服閥的偏電壓為零，避免閥門震蕩的產(chǎn)生。

2）對伺服卡的參數(shù)進行統(tǒng)一設(shè)定。若是僅僅對單個閥門進行平穩(wěn)調(diào)試，將導(dǎo)致伺服卡的運算參數(shù)中積分時間設(shè)定的差異。大致產(chǎn)生純比例調(diào)節(jié)、2 s積分時間設(shè)定以及4 s積分時間設(shè)定三種，積分時間設(shè)置的不一致將導(dǎo)致調(diào)門動作時間的快慢差異，在運行過程中，對數(shù)字電液控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)控制回路造成極為嚴重的干擾，形成在總調(diào)門指令不變的情況下各個閥門的調(diào)節(jié)失控。因此，必須對伺服卡上的積分時間作統(tǒng)一的設(shè)置，確保閥門的動作依照指令進行快速調(diào)整。

3.2 針對線路故障的措施

1）對所有的回路進行檢查，尤其是調(diào)門指令的清零回路必須確保正確。避免發(fā)生邏輯指令對單個調(diào)門的快速動作產(chǎn)生不利影響。

2）因為電壓的變化將導(dǎo)致調(diào)門反饋值的異常，必須對控制系統(tǒng)直流電源的回路進行測量檢查，做好電源電壓運行情況記錄，及時作出調(diào)整確保電壓的穩(wěn)定，避免電壓變化造成的卡件故障[5]。

3.3 針對位移傳感器故障的措施

3.3.1 位移傳感器原理

位移傳感器的原理就是將數(shù)字電液控制系統(tǒng)的位移轉(zhuǎn)換為電信號。線性位移傳感器是汽輪機控制系統(tǒng)中普遍運用的傳感器，主要由芯桿和外殼構(gòu)成。一個初級線圈與兩個方向連接的次級線圈共同組成了傳感器的外殼，前者用來供給交流電源，后者分別感應(yīng)的電動勢差值剛好為前者凈輸出值；當這兩個次級線圈的電動勢一致時，芯桿剛好處于兩者中間輸出的信號值恰好為零。當芯桿與線圈發(fā)生相對移位時，產(chǎn)生的電動勢經(jīng)過整流、濾波轉(zhuǎn)換為相對位移的信號值，因為芯桿與油動機通過活塞進行連接，所以產(chǎn)生的信號值也可以用來描述油動機的位移，也就是調(diào)解閥的開度。磁滯式位移傳感器則是另一種閥位反饋檢測裝置，通過感應(yīng)棒對汽門閥桿上移動磁環(huán)的移動檢測得出的位移值經(jīng)過電子線路的轉(zhuǎn)化后輸出相應(yīng)閥位反饋的信號。

3.3.2 位移傳感器故障的處理

位移傳感器思維線性移動對閥門位置進行了反饋標注，并根據(jù)閥門的變化而改變。長期以往，在芯桿與線圈的相對移動中不斷地發(fā)生摩擦，導(dǎo)致芯桿與線圈的磨損，進而影響傳感器信號的輸出，反饋的位置不穩(wěn)定導(dǎo)致了閥門的波動。甚至芯桿與線圈發(fā)生相互卡塞的可能，而位移信號增大到一定程度后將使芯桿產(chǎn)生一個跳動，在調(diào)節(jié)回路的共同作用下，造成汽門的大幅度波動。

對于磁滯式位移傳感器而言，85℃是感應(yīng)棒工作溫度的上限，電子線路的工作溫度不超過65℃。但是，由于LDT與油動機緊密連接，越接近汽門閥體，環(huán)境的溫度也越來越高，以及加上連接部分造成的熱傳導(dǎo)，導(dǎo)致電子線路的溫度超過65℃，影響傳感器的正常運行，造成調(diào)節(jié)閥門的波動。因為磁滯式位移傳感器極易受到外界溫度的影響，降低其工作溫度顯得十分重要，可采用風(fēng)冷卻，或熱隔離的方法對傳感器與油動機產(chǎn)生的熱量進行隔絕，盡可能地降低工作溫度，確保電子線路工作的正常溫度，保證傳感器信號輸出的穩(wěn)定，切實落實、解決調(diào)節(jié)汽門波動的問題[6]。

4 改進措施

導(dǎo)致汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）系統(tǒng)運行不穩(wěn)定性的因素較多，必須進行定期的維護才能確保系統(tǒng)的可靠性。

1）就地閥門的振動性與汽流聲都比較大，為防止出現(xiàn)因線路問題導(dǎo)致的控制系統(tǒng)的不正常，必須對現(xiàn)場的系統(tǒng)線路進行定期加固。

2）為防止系統(tǒng)接口處出現(xiàn)松動，有必要對系統(tǒng)的防振措施以及閥門引出桿定期檢查，及時更換受損的零件。

3）開機運行系統(tǒng)之前，閥門試驗這一環(huán)節(jié)必不可少，尤其注重對閥門振動、卡塞情況的檢測與排除。

4）應(yīng)對返修的伺服卡進行嚴格的質(zhì)量把控，杜絕返修送回的伺服卡調(diào)試正常，卻在運行過程出現(xiàn)各種問題的情況發(fā)生。

5）在系統(tǒng)的日常運行中，應(yīng)安排專人對系統(tǒng)的各類控制曲線進行檢查，及時處理和預(yù)防問題。

5 結(jié)論

通過以上分析，不難看出伺服控制回路閥位信號跳變是造成調(diào)節(jié)閥門波動的主要原因。而伺服閥控制回路的信號值是位移傳感器對線圈感應(yīng)的轉(zhuǎn)換而來的。因此，調(diào)節(jié)閥門波動的產(chǎn)生與反映閥門位置的位移傳感器有著重大聯(lián)系。