基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的DEH控制系統(tǒng)在線故障診斷方法

李海東 陳麗麗 李建鵬 劉東旭

摘 ?要：針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)字電液控制（DEH）系統(tǒng)故障診斷方法的延后問題及獨(dú)立診斷系統(tǒng)的實(shí)用性較差的問題，本文基于大量的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)總結(jié)伺服閥堵塞故障、伺服閥線圈故障、線性可變差動(dòng)傳感器（LVDT）故障等DEH系統(tǒng)常見的故障表征，并以此得出各類的診斷規(guī)則。通過構(gòu)建多個(gè)故障的診斷模塊并植入機(jī)組DEH系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)多種DEH故障的提前預(yù)警。該系統(tǒng)已在實(shí)際機(jī)組投入運(yùn)行，效果良好，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電液控制系統(tǒng) ?故障診斷 ?伺服閥 ?線性差動(dòng)變壓器 ?線圈故障

中圖分類號(hào)：U226 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2021）04（b）-0088-03

Online Fault Diagnosis Method of DEH System Based on Operating Data

LI Haidong1 ?CHEN Lili1 ?LI Jianpeng1 ?LIU Dongxu2*

（1. Huaneng Group Xindian Power Generation Co.， Ltd.， Zibo， Shandong province， ?255400 ?China;

2. Harbin Wohua Intelligent Power Equipment Co.， Ltd.， Harbin， Heilongjiang province， 150001 ?China）

Abstract： Aiming at the delay problem of the traditional Digital Electric Hydraulic control system（DEH） fault diagnosis method and the poor practicability of the independent diagnosis system， this paper summarizes the fault characteristics of common faults in the DEH system such as servo valve blockage fault， servo valve coil fault， linear variable differential sensor （LVDT） fault， etc.， and draws various diagnostic rules based on a large amount of historical operating data. For this problems， this paper summarizes the historical operation rules to obtain the characteristics of common DEH faults. By constructing multiple fault diagnosis modules and implanting the DEH system of the unit， the early warning of various DEH faults of the steam turbine is realized. The system has been put into operation in the actual unit， the effect is good， and it has certain popularization and application value.

Key Words： DEH; Fault Diagnosis; Servo valve; LVDT; Coil fault

DEH是發(fā)電廠汽輪機(jī)重要電調(diào)控制系統(tǒng)，長(zhǎng)期運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)故障，輕則會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷劇烈波動(dòng)，重則可能會(huì)危及機(jī)組安全可靠運(yùn)行[1]。

造成汽輪機(jī)DEH故障的原因很多，如信號(hào)電纜屏蔽層未接地造成的TSI參數(shù)消失[2]、LVDT的線圈磨損造成閥門異常動(dòng)作[3]、BC板/VP卡故障[4-5]等。因此，大量學(xué)者開展DEH故障的相關(guān)研究工作。一方面，很多學(xué)者開展DEH控制系統(tǒng)故障機(jī)理研究工作[6]。朱偉等系統(tǒng)分析了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)常見故障及應(yīng)對(duì)措施[7]。對(duì)此，也有部分學(xué)者對(duì)汽輪機(jī)DEH故障診斷方法進(jìn)行研究[8-9]。沈正華等系統(tǒng)的分析了造成油動(dòng)機(jī)卡澀故障的原因，并給出了相應(yīng)的解決方案[10]。張江豐等提出了利用視頻圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控LVDT動(dòng)作狀態(tài)，彌補(bǔ)人工巡檢的不足[11]。然而，這類DEH系統(tǒng)故障方法大多是在問題暴露或發(fā)生后進(jìn)行的，處理方式較為被動(dòng)，極易因?yàn)槭プ罴烟幚頃r(shí)機(jī)導(dǎo)致缺陷擴(kuò)大化、復(fù)雜化。因此，還有學(xué)者試圖構(gòu)建DEH故障診斷系統(tǒng)[12]。但這種系統(tǒng)并未與機(jī)組DCS相融合，而是作為一個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立存在，在實(shí)際運(yùn)行中存在諸多不便。

本文針對(duì)傳統(tǒng)汽輪機(jī)DEH診斷方法延遲問題以及現(xiàn)有DEH診斷系統(tǒng)操作不便的問題，通過大量機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)總結(jié)得出常見DEH故障的表征，并建立了基于機(jī)組DCS的故障診斷系統(tǒng)，用以輔助運(yùn)行人員維護(hù)機(jī)組。

1 ?DEH故障診斷機(jī)理分析

1.1 故障診斷原理

DEH故障嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，常見DEH故障包括伺服閥堵塞、伺服閥線圈故障、LVDT開/關(guān)向過線性區(qū)、LVDT故障等。此類故障會(huì)降低調(diào)閥的調(diào)節(jié)精度，影響機(jī)組出力，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓹C(jī)組跳機(jī)。在傳統(tǒng)DEH系統(tǒng)故障診斷時(shí)，一部分研究是基于機(jī)組測(cè)量信號(hào)，如負(fù)荷，閥門開度、閥桿行程等。這種測(cè)量信號(hào)是故障已經(jīng)產(chǎn)生，進(jìn)而引起的連鎖反應(yīng)，其本身已經(jīng)具有一定的延遲特性，利用此類信號(hào)進(jìn)行故障診斷時(shí)也不可避免的引入了延遲問題。實(shí)際上，各類故障都會(huì)引起DEH控制信號(hào)參數(shù)的變化，如伺服閥電壓值、傳入伺服閥的功放電壓值等等，這些信號(hào)在故障發(fā)生的早期就會(huì)產(chǎn)生異常變化。因此，基于DEH控制信號(hào)的故障診斷方法能夠減小延遲，其實(shí)用性更強(qiáng)。

如圖1所示，VPC卡閥門指令回送值、LVDT高選值、LVDT電壓值和功放至伺服閥電壓值S1、S2等參數(shù)隨著跟隨DEH指令要求變化，在正常狀態(tài)下，各參數(shù)都在合理范圍內(nèi)變化且相互之間存在一定的關(guān)聯(lián)性。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，DEH控制模塊內(nèi)各參數(shù)將會(huì)出現(xiàn)異常波動(dòng)。因此，可以對(duì)DEH控制系統(tǒng)故障處理判斷情況進(jìn)行總結(jié)，得出DEH故障的診斷準(zhǔn)則。

1.2 故障診斷準(zhǔn)則

通過對(duì)大量機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)總結(jié)研究，得出如下DEH控制系統(tǒng)故障準(zhǔn)則：

（1）伺服閥堵塞故障同時(shí)滿足以下條件。

①閥位指令回送值與LVDT高選值偏差超過±0.5V;

②S值>1或S值<1持續(xù)5s以上。

（2）伺服閥線圈故障滿足以下任一條件。

①S1與S2值偏差超過±0.3V;

②S1或S2>4V或<-4V。

（3）LVDT開向過線性區(qū)同時(shí)滿足以下條件。

①閥位指令回送值≥4.98V，且LVDT高選值≥4.99V;

②S值>1。

（4）LVDT關(guān)向過線性區(qū)同時(shí)滿足以下條件。

①閥位指令回送值≤0.1V，且LVDT高選值≤0V;

②S值<1。

（5）LVDT故障包括LVDT1故障或LVDT2故障。

LVDT1故障滿足以下任一條件：

①“閥位指令回送值與LVDT2偏差不超過±0.2V”且“LVDT1與LVDT2偏差超過0.5V，且LVDT1=5V”;

②“LVDT1波動(dòng)，LVDT2不波動(dòng)”且“S值不波動(dòng)”。

LVDT2故障滿足以下任一條件：

①“閥位指令回送值與LVDT1偏差不超過±0.2V”且“LVDT1與LVDT2偏差超過0.5V，且LVDT2=5V”;

②“LVDT2波動(dòng)，LVDT1不波動(dòng)”且“S值波動(dòng)”。

2 ?DEH故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 故障診斷模塊構(gòu)建

以#1高調(diào)門LVDT開向過線性區(qū)故障診斷模塊為例，判斷邏輯如圖2所示。圖2上方對(duì)VPC卡閥門指令回送電壓值、LVDT高選電壓值判斷，下方是對(duì)傳入伺服閥的功放電壓值S1、S2判斷，所有判斷結(jié)果傳入后方的八輸入或模塊（Qor8），同時(shí)滿足上述四個(gè)判斷條件后表示#1高調(diào)門開向過線性區(qū)。其他故障診斷模塊設(shè)計(jì)同理。

2.2 故障診斷模塊構(gòu)建

從上文可以看出，基于運(yùn)行數(shù)據(jù)總結(jié)得出的診斷準(zhǔn)則并構(gòu)建的邏輯模塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不存在較大的運(yùn)算量，非常適合應(yīng)用到機(jī)組DCS系統(tǒng)中。此外，移植到DCS中的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是便于運(yùn)行人員的快速反應(yīng)。圖3為故障診斷系統(tǒng)界面，在監(jiān)視畫面中共有六項(xiàng)報(bào)警按鈕，如果發(fā)生故障，報(bào)警按鈕則會(huì)閃爍。報(bào)警項(xiàng)目中包含所有判斷測(cè)點(diǎn)目錄。此外，發(fā)生報(bào)警的測(cè)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)記錄報(bào)警發(fā)生時(shí)間。

綜上所述，該故障診斷系統(tǒng)可以將DEH閥門線性位移傳感器、伺服閥等早期故障在DCS畫面直觀顯示并報(bào)警，提高故障提前發(fā)現(xiàn)的概率，有助于在故障發(fā)生的早期開展檢修工作。同時(shí)，也大大簡(jiǎn)化了運(yùn)行人員日常監(jiān)控和維護(hù)工作。

該系統(tǒng)已在實(shí)際機(jī)組中投入使用，在實(shí)際運(yùn)行中收到良好效果，多次指導(dǎo)完成消缺工作。

3 ?結(jié)語

本文通過總結(jié)大量機(jī)組故障數(shù)據(jù)，得出了VPC卡閥門指令回送值、LVDT高選值、LVDT電壓值和功放至伺服閥電壓值等參數(shù)與多類故障間的關(guān)聯(lián)性，依此建立各故障的診斷模型，設(shè)計(jì)了一套DEH閥門線性位移傳感器、伺服閥在線故障診斷程序邏輯，做到問題早發(fā)現(xiàn)早處理，因此具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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