汽輪機(jī)調(diào)門(mén)LVDT位移傳感器故障治理探析

趙銳

摘 ? 要：本文針對(duì)大型汽輪機(jī)調(diào)門(mén)LVDT位移傳感器容易斷裂的問(wèn)題，及其斷裂后DEH系統(tǒng)難以準(zhǔn)確判斷閥門(mén)狀態(tài)導(dǎo)致汽輪機(jī)控制失控，導(dǎo)致機(jī)組跳閘。闡述一種高壓調(diào)門(mén)LVDT新型萬(wàn)向節(jié)導(dǎo)向安裝方式和三重冗余測(cè)量方法，對(duì)機(jī)組進(jìn)行實(shí)際改造測(cè)試，同時(shí)改進(jìn)新華MVP閥門(mén)信號(hào)取樣卡件信號(hào)采集方式，保證采樣速率和準(zhǔn)確率的同時(shí)，滿足三重冗余的需求。通過(guò)總結(jié)傳統(tǒng)的信號(hào)取樣處理方式，舍棄原有的單路采樣、雙路采樣方式，設(shè)計(jì)出一種有針對(duì)性的三重冗余信號(hào)取樣辨別，合理剔除故障LVDT位移傳感器，進(jìn)行了有效的離線在線試驗(yàn)，投入運(yùn)行后，顯著地提高了LVDT設(shè)備和控制系統(tǒng)的可靠性，降低機(jī)組跳閘風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)LVDT位移傳感器故障研究分析，對(duì)控制措施不斷地予以完善和改進(jìn)，使檢修工作逐步從故障檢修轉(zhuǎn)為預(yù)防性檢修，從而為系統(tǒng)的安全運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高壓調(diào)門(mén) ?LVDT ?取樣 ?三重冗余

中圖分類號(hào)：TK223. 7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（b）-0087-02

1 ?項(xiàng)目背景

某電廠采用上汽600MW亞臨界汽輪機(jī)，配有10個(gè)調(diào)門(mén)（2個(gè)TV，4個(gè)GV，4個(gè)IV），每個(gè)調(diào)門(mén)安裝兩支LVDT位移傳感器作為其反饋信號(hào)裝置。自機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，由于汽輪機(jī)調(diào)門(mén)高頻振動(dòng)、門(mén)桿轉(zhuǎn)動(dòng)、門(mén)桿漏氣高溫等問(wèn)題，每年均有LVDT位移傳感器故障導(dǎo)致的異常事件發(fā)生。2014年4月，4號(hào)機(jī)GV4調(diào)門(mén)LVDT斷裂，閥門(mén)失控后波動(dòng)引起汽輪機(jī)2、3瓦振動(dòng)測(cè)點(diǎn)急劇上升，最終機(jī)組跳閘。

2 ?故障分析

針對(duì)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)LVDT位移傳感器故障總結(jié)分析，基本原因如下幾點(diǎn)。

（1）調(diào)門(mén)閥桿防轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)不合理，防轉(zhuǎn)桿間隙過(guò)大，在運(yùn)行過(guò)程中閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大，導(dǎo)致LVDT鐵芯錯(cuò)位斷裂。

（2）調(diào)門(mén)高頻振動(dòng)大，導(dǎo)致LVDT鐵芯斷裂，或線圈故障、航空插頭松脫。

（3）調(diào)門(mén)門(mén)桿處高溫漏氣直吹LVDT位移傳感器，加快LVDT位移傳感器老化。

（4）檢修安裝工藝不過(guò)關(guān)，LVDT鐵芯與線圈安裝不同軸，加快了鐵芯的磨損。

傳統(tǒng)的信號(hào)取樣處理方式一般有以下幾種：?jiǎn)温凡蓸印狶VDT故障后反饋完全失去監(jiān)視;雙路采樣二取均值——單路故障后，反饋為好點(diǎn)的50%;雙路采樣二取高值——反饋向上跳變后，指令向下調(diào)節(jié)，出現(xiàn)閥門(mén)突關(guān);雙路采樣二取接近指令——LVDT故障后，指令隨反饋波動(dòng)嚴(yán)重。在LVDT斷裂后傳統(tǒng)方式應(yīng)變能力有局限性，容易導(dǎo)致閥門(mén)失控。

3 ?LVDT優(yōu)化改造背景技術(shù)

為解決汽輪機(jī)高壓調(diào)門(mén)LVDT位移傳感器容易斷裂，及其斷裂后引起的DEH控制系統(tǒng)閥體失控，某電廠專門(mén)對(duì)LVDT位移傳感器測(cè)量方式進(jìn)行優(yōu)化，具體技術(shù)路線如下。

3.1 新型LVDT安裝設(shè)計(jì)方案

針對(duì)LVDT位移傳感器容易斷裂問(wèn)題，采取新型LVDT安裝設(shè)計(jì)方案：在LVDT側(cè)裝有導(dǎo)向桿，在連接橫桿側(cè)裝有兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)，實(shí)現(xiàn)在LVDT側(cè)“導(dǎo)向”、在連接橫桿側(cè)“卸力”的技術(shù)措施。同時(shí)在閥門(mén)引出桿和LVDT鐵芯的螺母連接處加裝彈簧緩沖，有效地抑制LVDT斷裂。

3.2 LVDT三重冗余就地安裝方式

針對(duì)傳統(tǒng)LVDT測(cè)量方式的局限性，采取一種新型測(cè)量取樣方式：就地安裝三支LVDT位移傳感器，實(shí)現(xiàn)反饋三重冗余控制。其中一支LVDT裝于防轉(zhuǎn)桿側(cè)，另兩支LVDT裝于LVDT連桿側(cè)。位移連桿與LVDT組件連接采用關(guān)節(jié)軸承組件連接。關(guān)節(jié)軸承機(jī)構(gòu)配套固定襯套，安裝板焊接在閥門(mén)兩側(cè)。

3.3 LVDT三重冗余控制策略

三路LVDT反饋信號(hào)在正常情況下冗余選擇采用三取平均值，然后和指令比較，進(jìn)行閥門(mén)閉環(huán)控制，這樣可進(jìn)一步平滑LVDT波動(dòng);3個(gè)信號(hào)品質(zhì)均為好點(diǎn)時(shí)，有一路差值大于設(shè)定值，取另外兩路平均值;3個(gè)信號(hào)品質(zhì)均為好點(diǎn)時(shí)，三路差值均大于設(shè)定值，取最接近前選擇的一路。任何一路LVDT信號(hào)為壞點(diǎn)，另外兩路差值在設(shè)定的精度范圍內(nèi)，取兩路平均值;另外兩路差值大于設(shè)定值，取接近指令的一路。

4 ?LVDT優(yōu)化改造實(shí)例

某電廠4號(hào)機(jī)LVDT優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)高壓調(diào)門(mén)LVDT三重冗余測(cè)量，并模擬各種故障的信號(hào)剔除及選取，如LVDT斷線、元件鐵芯斷裂、信號(hào)升降速度過(guò)快、三支偏差大等，試驗(yàn)情況良好，目前已經(jīng)投入正常使用。實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。

（1）就地安裝3支河埒LVDT位移傳感器。其中一支LVDT裝于防轉(zhuǎn)桿側(cè)，另兩支LVDT裝于LVDT連桿側(cè)。位移連桿與LVDT組件連接采用關(guān)節(jié)軸承組件連接，關(guān)節(jié)軸承機(jī)構(gòu)配套固定襯套，安裝板焊接在閥門(mén)兩側(cè)。

（2）本優(yōu)化改造硬件采用MVP閥門(mén)卡件，采集和處理周期達(dá)到10ms，軟件基于GE新華公司提供的Mark VIe控制器，高性能的OC6000e系統(tǒng)平臺(tái)，伺服回路采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)，冗余輸入/輸出。由于單塊MVP50閥門(mén)控制卡只接收兩路LVDT信號(hào)，三重冗余方式每個(gè)調(diào)閥需要配置兩塊閥門(mén)控制卡，一主一輔。主閥門(mén)控制卡接收兩支LVDT反饋信號(hào)，并對(duì)三路LVDT信號(hào)進(jìn)行邏輯選擇判斷，輸出作為閥門(mén)閉環(huán)控制反饋值;輔閥門(mén)控制卡則只接收一支LVDT反饋信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送至主閥門(mén)控制卡中的AI通道。

5 ?優(yōu)化改造驗(yàn)收總結(jié)

（1）雙支專業(yè)加長(zhǎng)型LVDT固定于同一支架，并采用專門(mén)的萬(wàn)向節(jié)軸承連接閥體連桿，顯著地提高了LVDT元件的防轉(zhuǎn)、抗震能力。

（2）由于MVP閥門(mén)伺服控制模塊的運(yùn)算周期達(dá)到10ms，大大快于普通系統(tǒng)組態(tài)的200ms，高調(diào)門(mén)的整個(gè)反饋采集和處理都在卡件內(nèi)部完成，因此三組LVDT冗余控制在快速切換中，油動(dòng)機(jī)開(kāi)度絲毫未受影響 ，有效地提高了閥門(mén)控制的穩(wěn)定性。

（3）相比于傳統(tǒng)的LVDT測(cè)量方式對(duì)LVDT故障處理的局限性，新型LVDT測(cè)量方式投入后，三重冗余采樣及其完善的組態(tài)能夠使信號(hào)容錯(cuò)能力、邏輯故障判斷能力明顯提升。

（4）新型LVDT三重冗余測(cè)量方式投入后，試驗(yàn)中在各種LVDT故障模式下，均能及時(shí)系統(tǒng)能夠剔除故障信號(hào)，保留正常信號(hào)，且故障點(diǎn)變好點(diǎn)后可以自由設(shè)置其投切時(shí)間。單從閉環(huán)控制角度講，做到真正意義上在線處理故障LVDT，顯著地提升了發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱利.300MW汽輪機(jī)機(jī)械式調(diào)速系統(tǒng)改造方案研究[D].華北電力大學(xué)，2009.

[2] 李念生.300MW汽輪機(jī)控制系統(tǒng)改造[J].電力學(xué)報(bào)，2004，19（4）：325-326.

[3] 齊四清.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造及相關(guān)問(wèn)題的研究[D].華北電力大學(xué)，2004.

[4] 陳立明.汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障原因分析及處理措施研究[J].電力學(xué)報(bào)，2011，26（3）：251-253.