基于運行數據的DEH控制系統在線故障診斷方法

李海東 陳麗麗 李建鵬 劉東旭

摘 ?要：針對傳統數字電液控制（DEH）系統故障診斷方法的延后問題及獨立診斷系統的實用性較差的問題，本文基于大量的歷史運行數據總結伺服閥堵塞故障、伺服閥線圈故障、線性可變差動傳感器（LVDT）故障等DEH系統常見的故障表征，并以此得出各類的診斷規則。通過構建多個故障的診斷模塊并植入機組DEH系統，實現了汽輪機多種DEH故障的提前預警。該系統已在實際機組投入運行，效果良好，具有一定的推廣應用價值。

關鍵詞：數字電液控制系統 ?故障診斷 ?伺服閥 ?線性差動變壓器 ?線圈故障

中圖分類號：U226 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：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是發電廠汽輪機重要電調控制系統，長期運行過程中一旦出現故障，輕則會出現負荷劇烈波動，重則可能會危及機組安全可靠運行[1]。

造成汽輪機DEH故障的原因很多，如信號電纜屏蔽層未接地造成的TSI參數消失[2]、LVDT的線圈磨損造成閥門異常動作[3]、BC板/VP卡故障[4-5]等。因此，大量學者開展DEH故障的相關研究工作。一方面，很多學者開展DEH控制系統故障機理研究工作[6]。朱偉等系統分析了汽輪機調節系統常見故障及應對措施[7]。對此，也有部分學者對汽輪機DEH故障診斷方法進行研究[8-9]。沈正華等系統的分析了造成油動機卡澀故障的原因，并給出了相應的解決方案[10]。張江豐等提出了利用視頻圖像實時監控LVDT動作狀態，彌補人工巡檢的不足[11]。然而，這類DEH系統故障方法大多是在問題暴露或發生后進行的，處理方式較為被動，極易因為失去最佳處理時機導致缺陷擴大化、復雜化。因此，還有學者試圖構建DEH故障診斷系統[12]。但這種系統并未與機組DCS相融合，而是作為一個系統獨立存在，在實際運行中存在諸多不便。

本文針對傳統汽輪機DEH診斷方法延遲問題以及現有DEH診斷系統操作不便的問題，通過大量機組運行數據總結得出常見DEH故障的表征，并建立了基于機組DCS的故障診斷系統，用以輔助運行人員維護機組。

1 ?DEH故障診斷機理分析

1.1 故障診斷原理

DEH故障嚴重威脅汽輪機的安全運行，常見DEH故障包括伺服閥堵塞、伺服閥線圈故障、LVDT開/關向過線性區、LVDT故障等。此類故障會降低調閥的調節精度，影響機組出力，嚴重時甚至會造成機組跳機。在傳統DEH系統故障診斷時，一部分研究是基于機組測量信號，如負荷，閥門開度、閥桿行程等。這種測量信號是故障已經產生，進而引起的連鎖反應，其本身已經具有一定的延遲特性，利用此類信號進行故障診斷時也不可避免的引入了延遲問題。實際上，各類故障都會引起DEH控制信號參數的變化，如伺服閥電壓值、傳入伺服閥的功放電壓值等等，這些信號在故障發生的早期就會產生異常變化。因此，基于DEH控制信號的故障診斷方法能夠減小延遲，其實用性更強。

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等參數隨著跟隨DEH指令要求變化，在正常狀態下，各參數都在合理范圍內變化且相互之間存在一定的關聯性。當出現故障時，DEH控制模塊內各參數將會出現異常波動。因此，可以對DEH控制系統故障處理判斷情況進行總結，得出DEH故障的診斷準則。

1.2 故障診斷準則

通過對大量機組運行數據總結研究，得出如下DEH控制系統故障準則：

（1）伺服閥堵塞故障同時滿足以下條件。

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開向過線性區同時滿足以下條件。

①閥位指令回送值≥4.98V，且LVDT高選值≥4.99V;

②S值>1。

（4）LVDT關向過線性區同時滿足以下條件。

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，LVDT2不波動”且“S值不波動”。

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，LVDT1不波動”且“S值波動”。

2 ?DEH故障診斷系統設計

2.1 故障診斷模塊構建

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

2.2 故障診斷模塊構建

從上文可以看出，基于運行數據總結得出的診斷準則并構建的邏輯模塊設計簡單，不存在較大的運算量，非常適合應用到機組DCS系統中。此外，移植到DCS中的另一個優點是便于運行人員的快速反應。圖3為故障診斷系統界面，在監視畫面中共有六項報警按鈕，如果發生故障，報警按鈕則會閃爍。報警項目中包含所有判斷測點目錄。此外，發生報警的測點會自動記錄報警發生時間。

綜上所述，該故障診斷系統可以將DEH閥門線性位移傳感器、伺服閥等早期故障在DCS畫面直觀顯示并報警，提高故障提前發現的概率，有助于在故障發生的早期開展檢修工作。同時，也大大簡化了運行人員日常監控和維護工作。

該系統已在實際機組中投入使用，在實際運行中收到良好效果，多次指導完成消缺工作。

3 ?結語

本文通過總結大量機組故障數據，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與多類故障間的關聯性，依此建立各故障的診斷模型，設計了一套DEH閥門線性位移傳感器、伺服閥在線故障診斷程序邏輯，做到問題早發現早處理，因此具有一定的推廣應用價值。

參考文獻

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