數(shù)字電液調節(jié)系統(tǒng)介紹及故障分析

【摘 要】介紹汽輪機數(shù)字電液調節(jié)系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)的主要配置及功能，數(shù)字電液控制系統(tǒng)重要部件的原理和應用，數(shù)字電液控制統(tǒng)的故障分析。

【關鍵詞】數(shù)字電液調節(jié)；配置；故障

DEH控制系統(tǒng)是汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)的簡稱。其系統(tǒng)具有響應速度快，控制靈活和可靠性高等諸多優(yōu)點，不僅可以實現(xiàn)汽輪機轉速控制、功率調節(jié)，還能按不同的工況，根據(jù)汽輪機的應力及其滿足輔助條件的前提下，使機組由盤車狀態(tài)實現(xiàn)自動升速、并網(wǎng)、增減負荷，以及對機組實現(xiàn)參數(shù)巡測、監(jiān)視、報警、保護、記錄和事\"故追憶等功能。

1.電子控制系統(tǒng)主要配置

汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)由電子控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)（簡稱EH）兩部份構成。其中液壓系統(tǒng)主要包括：供油系統(tǒng)、執(zhí)行機構、危急遮斷系統(tǒng)、機械超速及手動停機裝置。在這里主要介紹日立公司H5000M系統(tǒng)的硬件配置。

1.1帶隔離的智能模擬量輸入板

本模板是具有多種量程的隔離型模擬量板。來自外部的模擬量輸入信號按時間劃分，依次被選擇，經(jīng)過A/D變換器變成數(shù)字量后由光電耦合器進行隔離后由板內CPU讀取，經(jīng)過一定的處理寫到存儲器的相應地址保存，以上動作循環(huán)進行?？刂破髦灰x取存儲器中的數(shù)據(jù)，就可得到各輸入信號的轉換結果。該模板具有硬件在線診斷功能，可完成硬件電路的在線診斷，發(fā)生故障時，在模板面板上給出報警指示。

1.2 帶模擬保持的模擬輸出板

由CPU寫入的數(shù)字量存入寄存器。D/A變換器將該數(shù)據(jù)變換為模擬量，經(jīng)信號分離后由規(guī)定的模擬保持放大器保持，經(jīng)過該放大器輸出到過程。

1.3 帶寄存器文件的熱電偶用非隔離型模擬量輸入板

本板可連接16點熱電偶（THC）輸入，此16點中的一點可用于連接冷接點補償用測溫電阻（RTD）。THC的輸入電壓及RTD阻值的變化在板內變換成數(shù)字量送入計算機。另外，本板有檢測THC輸入信號斷線的功能。

1.4 熱電阻用非隔離型模擬量輸入板

輸入熱電阻Rx 由電橋變換為電壓信號經(jīng)過濾波再由多路選擇器順序選擇后由可變放大器將電壓放大送給A/D 變換成數(shù)字量轉換結果放入與通道相對應的板內寄存器中以上過程循環(huán)進行掃描周期為5.4ms 控制器要獲得數(shù)據(jù)只要通過總線按規(guī)定地址從對應寄存器讀出數(shù)據(jù)即可。

1.5 機器群級控制器R600CH（LPU100H）

LPU100HCPU板為控制系統(tǒng)的核心，它與驅動控制模件、數(shù)字輸入/輸出模件、模擬量輸入/輸出模件一起構成過程控制站或I/O數(shù)據(jù)采集站，完成過程量信號采集、處理以及控制輸出等。通過FDDI網(wǎng)絡與其它控制器相連接，完成控制器之間的數(shù)據(jù)通訊；通過網(wǎng)絡控制器與操作員站相連接，完成與操作員站的數(shù)據(jù)通訊?？刂葡到y(tǒng)是DEH系統(tǒng)的核心，它的穩(wěn)定性及可靠性將直接影響機組DEH系統(tǒng)的調節(jié)性能及穩(wěn)定運行。

2.基本調節(jié)原理及主要部件

DEH調節(jié)系統(tǒng)基本原理實際上為模擬—數(shù)字，功率—頻率，電子—液壓調節(jié)系統(tǒng)， 其采樣的訊號除轉速為數(shù)字量外，其余采樣訊號為模擬量， 故送入A/D轉換器變換成數(shù)字量， 在計算機中進行數(shù)字處理和運算， 其輸出數(shù)字量經(jīng)D/A反變換后送到電液轉換器， 將電訊號轉變成液壓訊號， 此液壓訊號作用于油動機以控制主汽門及調節(jié)汽閥的開度， 使汽輪機的轉速或功率發(fā)生變化。系統(tǒng)中的給定值， 有轉速給定及功率給定， 可以數(shù)字量輸入， 也可以模擬量輸入。其主要工作部件為功放模板LYF710A、電液伺服閥及位移傳感器（LVDT）。

2.1 功放模板LYF710A

本模板是內置LVDT變換器和PI調節(jié)器的閥門位置伺服控制驅動卡。

主要功能特點：

● 2路3線制（兼容6線制）隔離型交流LVDT變換器輸入，也可設定為0～5V 隔離型AI輸入。

● 2路冗余±40mA隔離型AO驅動輸出和回讀指示，輸出零位電流和上下限電流可調。

● 內置抗積分飽和的可調參數(shù)PI 調節(jié)器，可設定為純比例調節(jié)器。

● 可實現(xiàn)帶無擾切換功能的后備手動操作和指示。

● 具有硬件快速關斷保護功能。

● 具有AI（LVDT）、AO量程自動校正功能。

主要功能：

（1）LVDT 校正。（2）AO校正。（3）PI參數(shù)設定。

2.2 電液伺服閥

電液伺服閥由一個力矩馬達兩級放大及機械反饋系統(tǒng)組成。第一級放大是雙噴嘴和擋板系統(tǒng)；第二級放大是滑閥系統(tǒng)，其原理如下：

當有電氣信號有伺服放大器輸入時，力矩馬達中可動的銜鐵上的線圈中就有電流通過，并產(chǎn)生一磁場，在兩旁的磁鐵作用下，產(chǎn)生一旋轉力矩，使銜鐵旋轉，同時帶動與之相連的擋板轉動，此擋板伸到兩個噴嘴中間。在正常穩(wěn)定工況時，擋板兩側與噴嘴的距離相等，使兩側噴嘴的泄油面積相等，則噴嘴兩側油壓相等。當有電氣信號輸入，銜鐵帶動擋板轉動時，則擋板靠近一只噴嘴，使這只噴嘴的泄油面積變小，流量變小，噴嘴前的油壓變高，而對側的噴嘴與擋板間的距離增大，泄油量增大，流量變大，使噴嘴前的壓力變低，這樣就將原來的電氣信號轉換成力矩而產(chǎn)生機械位移信號，再轉變?yōu)橛蛪盒盘枺⑼ㄟ^噴嘴擋板系統(tǒng)將信號放大。擋板兩側的噴嘴前油壓與下部滑閥的兩個腔室相通，因此，當兩個噴嘴前的油壓不等時，則滑閥兩端的油壓也不相等，滑閥在壓差的作用下產(chǎn)生移動，滑閥上的凸肩所控制的油口開啟或關閉，便可以控制高壓油由此通向油動機活塞桿腔，以開大汽閥的開度，或者將活塞桿腔通向回油，使活塞桿腔的油泄去，由彈簧力關小或關閉汽閥。為了增加調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在伺服閥中設置了反饋彈簧，另外在伺服閥調整時有一定的機械零偏，以便在運行中突然發(fā)生斷電或失去電信號時，借機械力量最后使滑閥偏移一側，使汽閥關閉。

2.3 位移傳感器（LVDT）

線性位移傳感器是由芯桿，線圈，外殼等組成。

TD位移傳感器是用差動變壓器原理組成的位移傳感器。內部穩(wěn)壓、振蕩，放大線路均采用集成元件，故具有體積小、性能穩(wěn)定、可靠性強的特點。

當鐵芯與線圈之間有相對移動時，例如鐵芯上移，次級線圈感應出電動勢經(jīng)過整流濾波后，便變?yōu)楸硎捐F芯與線圈相對位移的電信號輸出，作為負反饋。在具體設備中，外殼是固定不動的，鐵芯通過杠桿與執(zhí)行機構活塞桿相連，輸出的電氣信號便可摸擬油動機的位移，也就是汽閥的開度，為了提高控制系統(tǒng)的可靠性每個執(zhí)行機構中安裝兩個位移傳感器。

3.故障分析

DEH在電廠的熱工自動化系統(tǒng)中有著十分重要的地位。DEH的安全可靠直接影響到整個電廠的可靠運行。DEH控制系統(tǒng)在長期運行中容易出現(xiàn)故障，如何及時、正確地處理，對于整個系統(tǒng)的安全可靠運行是非常重要的。處理這些問題前，必須首先判斷故障點，了解出現(xiàn)故障的具體部件、嚴重程度及處理過程中必須遵循的方法，提出正確的處理步驟及事故預防措施。另外，還需根據(jù)具體問題，分析具體情況，采取最安全、合適的處理方法。我廠兩臺300MW機組汽機控制部分采用的是日立公司的DEH系統(tǒng)，通過機組的日常維護和檢修，下面將DEH在運行過程中的計算機控制部分常見故障及處理方法進行分析研究，以便使機組更加安全穩(wěn)定的運行。

3.1 LVDT故障

DEH每個閥門上的位置反饋變送器（LVDT）共有2只，在DCM卡內部高選處理后，與閥門的控制指令在綜合發(fā)放大器出進行比較，從而產(chǎn)生控制指令。

（1）在機組運行工況中，在順序閥模式下，高壓調節(jié)閥1和高壓調節(jié)閥2全部開啟，高壓調節(jié)閥3和高壓調節(jié)閥4參加調節(jié)的情況下，當負荷指令下調的時候，閥門指令下降，但高壓調節(jié)閥3關到15%時閥門反饋驟然變57%，總閥位指令上升，調節(jié)閥4開啟參加調節(jié)，致使負荷也隨之突然上升。隨后高壓調節(jié)閥3反饋一直保持57%不在上升下降。通過現(xiàn)場排查，高壓調節(jié)閥3有一直LVDT與閥門的連接裝置脫落，由于LVDT中間是直通式的，當其與連接裝置脫落后芯桿下滑，當芯桿通過線圈中間零位后，在繼續(xù)下滑的過程中LVDT感應電流增加，到反饋57%的時候芯桿卡在此位置，由于在DCM卡內部對LVDT反饋進行高選，所以高壓調節(jié)閥一直在57%位置不動。

（2）在機組供熱期間，高壓調節(jié)閥3正常調節(jié)，高壓調節(jié)閥4關閉，高壓調節(jié)閥3反饋驟然增加至100%，綜合閥位也由原來的84%增加至95%，高壓調節(jié)閥4開啟參加調節(jié)，就地檢查高壓調節(jié)閥3處于全關位置，邏輯頁面2只LVDT反饋分別為0%、100%。由于LVDT在DCM卡內部高選，所以反饋選取最大值為100%。判斷反饋值為100%的LVDT線圈或線路出現(xiàn)故障。由于高壓調節(jié)閥3給定指令為100%，如拆除反饋為100%的LVDT接線，會使高壓調節(jié)閥3反饋從100%突然變至0%，隨即會使綜合閥位發(fā)生變化，影響機組協(xié)調及負荷。為了避免影響機組正常運行，針對更換高壓調節(jié)閥3LVDT按照以下步驟操作：

1）運行人員調高機前壓力，確保綜合閥位下降至使高壓調節(jié)閥3與高壓調節(jié)閥4在全關位置。

2）關閉高壓調節(jié)閥3伺服閥進油口手動閥。

3）逐步強制高壓調節(jié)閥3反饋與指令至0%。

4）檢查高壓調節(jié)閥3的LVDT；（測量反饋值為100%的LVDT是發(fā)現(xiàn)有一組線圈斷路阻值無窮大）。

5）釋放高壓調節(jié)閥3的反饋強制，更換LVDT并調整零位。

6）逐步強制高壓調節(jié)閥3的指令值，直至到與給定值相差無幾是釋放強制條件恢復運行。

由于新安裝的LVDT在機組運行期間不能夠進行AO校正，線性度不能夠確保其優(yōu)良性，所以建議使反饋值盡量跟蹤沒有更換的LVDT（新更換的LVDT反饋值要低于沒有更換的LVDT的反饋值）。

LVDT作為DEH系統(tǒng)中的反饋裝置，其重要性顯而易見，所以對其故障的正確判斷和排除顯得尤為重要，LVDT一般的檢查為：用萬用表測試LVDT的紅、藍、黃三線相互之間的電壓，如V（紅黃）=V（紅藍）+V（藍黃），則說明LVDT正常，否則為損壞的LVDT。

3.2電液伺服閥故障

伺服閥是DEH系統(tǒng)中最為重要的部分之一，由于其直接影響閥門的狀態(tài)，因而對其發(fā)生的故障必須持謹慎的態(tài)度。

正常運行期間，1號機組2號高壓調節(jié)閥出現(xiàn)不規(guī)則波動。

伺服閥2組線圈是冗余配置的，用萬用表測量每一組測量回路間電阻值一般為v1+V2≈80Ω或者用1.5V干電池加載在電液伺服閥一組線圈上，閥門能夠正常開啟和關閉說明電液伺服閥正常，反之電液伺服閥線圈故障。兩組線圈是冗余配置的，其中任意1組故障后，另外1組仍然能夠維持工作。而從DCM卡件的線路圖中分析，這2組線圈在輸出回路中是并聯(lián)關系。DCM卡的驅動輸出接近于電流源，原來須分別負載2組線圈上的工作電流，當解除其中1組后使電流源負載減輕50，因此相對原來2組線圈而言工作更加穩(wěn)定，對干擾信號的抑制能力得到加強，但這樣做降低了回路的可靠性?，F(xiàn)場的這種干擾對于每個調門控制回路上的作用基本相同。當解除全部伺服閥的冗余線圈后，加強對干擾信號的抑制能力，調門才能夠穩(wěn)定工作。上述處理方法犧牲了回路的冗余程度，從某種意義上（降低了可靠性。但是因為原DEH 系統(tǒng)的硬件無法有效抑制現(xiàn)場疊加的隨機干擾，故用犧牲冗余度來克服干擾引起的調門抖動也是為保證汽機安全穩(wěn)定運行不得已的選擇。對此，應用抗干擾能力更強的伺服詞驅動卡替代現(xiàn)在的DCM卡，同時滿足抗干擾和冗余輸出的要求。

3.3 LYF710A模板故障

LYF710A模板是內置LVDT 變換器和PI 調節(jié)器的閥門位置伺服控制驅動卡。如果LYF710A模板故障，不管在什么情況下，都應盡快回復LYF710A模板的正常運行。如果在機組正常運行時出現(xiàn)此類故障，處理前應通知運行人員保持目前狀態(tài)，減少操作，不要時停止一切軟手操，切至手動方式。

由于接線電纜的短路及接地很容易造成LYF710A模板內部元件的損壞。

在機組做閥門整定的過程中，通過閥門整定選擇及選擇整定閥門后，當把LYF710A模板按鈕從RUN位打至TEXT位時，高壓調節(jié)閥自動打開或當給定指令在100%時閥門打開后又自動關閉。查看邏輯當中相對應雙路伺服閥的會讀電流，一般會讀電流應在10MA- -10MA左右。我廠出現(xiàn)當把LYF710A模板按鈕從RUN位打至TEXT位時，高壓調節(jié)閥自動打開的現(xiàn)象時，一路電液伺服閥的會讀電流為-40MA，已為伺服閥最大回讀電流，在排除了電液伺服閥問題的前提下，把問題就歸結到LYF710A模板。更換LYF710A模板后伺服閥回讀電流及整定過程正常運行。

4.總結

汽輪機電液調節(jié)系統(tǒng)是汽輪機控制的核心，其出現(xiàn)故障將嚴重危及汽輪機的安全。由于汽輪機電液調節(jié)系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)在各廠所應用的配置不同，其調節(jié)方式、工作原理及故障排查、處理方法也會有所區(qū)別，所以了解其工作原理、調節(jié)及控制方式尤為重要。只有全面的掌握汽輪機電液調節(jié)系統(tǒng)原理才能迅速、準確的確定及排除故障，確保汽輪機電液調節(jié)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。 [科]