汽輪機調節閥門波動原因分析

薛穎毅

（山西興能發電有限責任公司， 山西 古交 030200）

引言

數字電液控制系統指的是通過計算機控制器與電液轉換系統，控制汽輪機的調節汽門，使汽輪發電機組實現智能化控制的系統。在機組運行過程中，汽輪機的轉速與整個機組工作負荷直接影響著數字電液控制系統的運作效率，進而對發電質量與作業安全產生極大的影響。特別是近年來，機組負荷運作過程中汽輪機調節閥門波動的發生頻率與數量越來越高，造成了機組負荷與壓力值等運行參數的過大波動，對機組的穩定、安全運行造成了嚴重阻礙[1]。

1 數字電液控制系統的工作原理

數字電液控制系統包括了伺服閥控制回路與轉速、功率控制回路，分別對閥的定位與機組的轉速、功率進行PI調節規律的閉環控制，如圖1所示。

圖1 數字電液控制系統控制回路原理

從上圖來看，數字電液控制系統工作原理主要為：首先，計算機在處理調節閥電氣信號后發送至伺服閥的放大器，并由后者進行放大。之后電液轉化器收到放大的電氣信號后將其轉成電壓信號，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向上移動操作，然后通過杠桿作用將調節閥開啟。而要想將調節閥關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，同時將位移轉換為負值電力信號，并與計算機控制系統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，中間位置將出現伺服閥的主閥，嚴防高壓油與壓力油的泄露，此時調節閥停止移動，等待新一輪的調節工作。

2 引起調節閥門波動的原因分析

在伺服閥控制回路系統中，任何設備在運行中產生問題都將造成調節汽門的波動，例如：

1）控制器是保證計算機指令穩定的關鍵所在，一旦發生故障將會造成調節閥門的波動，而加強對主控制器的常規檢查，尤其是對輸出的信號進行波動性監視，才能全面地發現問題，及時解決。采用數字電液控制系統原理的控制系統，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系著調節閥門的波動，可使用檢測排除法對動力油壓進行實時監視，以確定閥門的波動是否與動力油壓有關。

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

4）反饋裝置引起的波動經常發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，以確定一段時間內調節門波動與閥位反饋波動是否有關。如下頁圖2中，由向開方向跳變，后向關方向跳變的有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在閥門動作之前。從調節原理上看，調節門的波動是伺服閥控制回路中的閥位信號跳變造成的。據此可對調節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

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

圖2 閥門波動過程中的閥門反饋曲線

1）開環調節。數字電液控制系統的指令信號強制為0，把就地閥門全部關閉，將零位電壓器的電壓值調整到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，避免閥門震蕩的產生。

2）對伺服卡的參數進行統一設定。若是僅僅對單個閥門進行平穩調試，將導致伺服卡的運算參數中積分時間設定的差異。大致產生純比例調節、2 s積分時間設定以及4 s積分時間設定三種，積分時間設置的不一致將導致調門動作時間的快慢差異，在運行過程中，對數字電液控制系統的自動調節控制回路造成極為嚴重的干擾，形成在總調門指令不變的情況下各個閥門的調節失控。因此，必須對伺服卡上的積分時間作統一的設置，確保閥門的動作依照指令進行快速調整。

3.2 針對線路故障的措施

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

2）因為電壓的變化將導致調門反饋值的異常，必須對控制系統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，及時作出調整確保電壓的穩定，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字電液控制系統的位移轉換為電信號。線性位移傳感器是汽輪機控制系統中普遍運用的傳感器，主要由芯桿和外殼構成。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。當芯桿與線圈發生相對移位時，產生的電動勢經過整流、濾波轉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，所以產生的信號值也可以用來描述油動機的位移，也就是調解閥的開度。磁滯式位移傳感器則是另一種閥位反饋檢測裝置，通過感應棒對汽門閥桿上移動磁環的移動檢測得出的位移值經過電子線路的轉化后輸出相應閥位反饋的信號。

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生摩擦，導致芯桿與線圈的磨損，進而影響傳感器信號的輸出，反饋的位置不穩定導致了閥門的波動。甚至芯桿與線圈發生相互卡塞的可能，而位移信號增大到一定程度后將使芯桿產生一個跳動，在調節回路的共同作用下，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，環境的溫度也越來越高，以及加上連接部分造成的熱傳導，導致電子線路的溫度超過65℃，影響傳感器的正常運行，造成調節閥門的波動。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，可采用風冷卻，或熱隔離的方法對傳感器與油動機產生的熱量進行隔絕，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定，切實落實、解決調節汽門波動的問題[6]。

4 改進措施

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

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

2）為防止系統接口處出現松動，有必要對系統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）開機運行系統之前，閥門試驗這一環節必不可少，尤其注重對閥門振動、卡塞情況的檢測與排除。

4）應對返修的伺服卡進行嚴格的質量把控，杜絕返修送回的伺服卡調試正常，卻在運行過程出現各種問題的情況發生。

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

5 結論

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節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的轉換而來的。因此，調節閥門波動的產生與反映閥門位置的位移傳感器有著重大聯系。