数字电液调节系统介绍及故障分析

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  【摘 要】介绍汽轮机数字电液调节系统电子控制系统的主要配置及功能,数字电液控制系统重要部件的原理和应用,数字电液控制统的故障分析。
  【关键词】数字电液调节;配置;故障
  DEH控制系统是汽轮机数字电液控制系统的简称。其系统具有响应速度快,控制灵活和可靠性高等诸多优点,不仅可以实现汽轮机转速控制、功率调节,还能按不同的工况,根据汽轮机的应力及其满足辅助条件的前提下,使机组由盘车状态实现自动升速、并网、增减负荷,以及对机组实现参数巡测、监视、报警、保护、记录和事"故追忆等功能。
  1.电子控制系统主要配置
  汽轮机数字电液控制系统由电子控制系统和液压系统(简称EH)两部份构成。其中液压系统主要包括:供油系统、执行机构、危急遮断系统、机械超速及手动停机装置。在这里主要介绍日立公司H5000M系统的硬件配置。
  1.1带隔离的智能模拟量输入板
  本模板是具有多种量程的隔离型模拟量板。来自外部的模拟量输入信号按时间划分,依次被选择,经过A/D变换器变成数字量后由光电耦合器进行隔离后由板内CPU读取,经过一定的处理写到存储器的相应地址保存,以上动作循环进行。控制器只要读取存储器中的数据,就可得到各输入信号的转换结果。该模板具有硬件在线诊断功能,可完成硬件电路的在线诊断,发生故障时,在模板面板上给出报警指示。
  1.2 带模拟保持的模拟输出板
  由CPU写入的数字量存入寄存器。D/A变换器将该数据变换为模拟量,经信号分离后由规定的模拟保持放大器保持,经过该放大器输出到过程。
  1.3 带寄存器文件的热电偶用非隔离型模拟量输入板
  本板可连接16点热电偶(THC)输入,此16点中的一点可用于连接冷接点补偿用测温电阻(RTD)。THC的输入电压及RTD阻值的变化在板内变换成数字量送入计算机。另外,本板有检测THC输入信号断线的功能。
  1.4 热电阻用非隔离型模拟量输入板
  输入热电阻Rx 由电桥变换为电压信号经过滤波再由多路选择器顺序选择后由可变放大器将电压放大送给A/D 变换成数字量转换结果放入与通道相对应的板内寄存器中以上过程循环进行扫描周期为5.4ms 控制器要获得数据只要通过总线按规定地址从对应寄存器读出数据即可。
  1.5 机器群级控制器R600CH(LPU100H)
  LPU100HCPU板为控制系统的核心,它与驱动控制模件、数字输入/输出模件、模拟量输入/输出模件一起构成过程控制站或I/O数据采集站,完成过程量信号采集、处理以及控制输出等。通过FDDI网络与其它控制器相连接,完成控制器之间的数据通讯;通过网络控制器与操作员站相连接,完成与操作员站的数据通讯。控制系统是DEH系统的核心,它的稳定性及可靠性将直接影响机组DEH系统的调节性能及稳定运行。
  2.基本调节原理及主要部件
  DEH调节系统基本原理实际上为模拟—数字,功率—频率,电子—液压调节系统, 其采样的讯号除转速为数字量外,其余采样讯号为模拟量, 故送入A/D转换器变换成数字量, 在计算机中进行数字处理和运算, 其输出数字量经D/A反变换后送到电液转换器, 将电讯号转变成液压讯号, 此液压讯号作用于油动机以控制主汽门及调节汽阀的开度, 使汽轮机的转速或功率发生变化。系统中的给定值, 有转速给定及功率给定, 可以数字量输入, 也可以模拟量输入。其主要工作部件为功放模板LYF710A、电液伺服阀及位移传感器(LVDT)。
  2.1 功放模板LYF710A
  本模板是内置LVDT变换器和PI调节器的阀门位置伺服控制驱动卡。
  主要功能特点:
  ● 2路3线制(兼容6线制)隔离型交流LVDT变换器输入,也可设定为0~5V 隔离型AI输入。
  ● 2路冗余±40mA隔离型AO驱动输出和回读指示,输出零位电流和上下限电流可调。
  ● 内置抗积分饱和的可调参数PI 调节器,可设定为纯比例调节器。
  ● 可实现带无扰切换功能的后备手动操作和指示。
  ● 具有硬件快速关断保护功能。
  ● 具有AI(LVDT)、AO量程自动校正功能。
  主要功能:
  (1)LVDT 校正。(2)AO校正。(3)PI参数设定。
  2.2 电液伺服阀
  电液伺服阀由一个力矩马达两级放大及机械反馈系统组成。第一级放大是双喷嘴和挡板系统;第二级放大是滑阀系统,其原理如下:
  当有电气信号有伺服放大器输入时,力矩马达中可动的衔铁上的线圈中就有电流通过,并产生一磁场,在两旁的磁铁作用下,产生一旋转力矩,使衔铁旋转,同时带动与之相连的挡板转动,此挡板伸到两个喷嘴中间。在正常稳定工况时,挡板两侧与喷嘴的距离相等,使两侧喷嘴的泄油面积相等,则喷嘴两侧油压相等。当有电气信号输入,衔铁带动挡板转动时,则挡板靠近一只喷嘴,使这只喷嘴的泄油面积变小,流量变小,喷嘴前的油压变高,而对侧的喷嘴与挡板间的距离增大,泄油量增大,流量变大,使喷嘴前的压力变低,这样就将原来的电气信号转换成力矩而产生机械位移信号,再转变为油压信号,并通过喷嘴挡板系统将信号放大。挡板两侧的喷嘴前油压与下部滑阀的两个腔室相通,因此,当两个喷嘴前的油压不等时,则滑阀两端的油压也不相等,滑阀在压差的作用下产生移动,滑阀上的凸肩所控制的油口开启或关闭,便可以控制高压油由此通向油动机活塞杆腔,以开大汽阀的开度,或者将活塞杆腔通向回油,使活塞杆腔的油泄去,由弹簧力关小或关闭汽阀。为了增加调节系统的稳定性,在伺服阀中设置了反馈弹簧,另外在伺服阀调整时有一定的机械零偏,以便在运行中突然发生断电或失去电信号时,借机械力量最后使滑阀偏移一侧,使汽阀关闭。   2.3 位移传感器(LVDT)
  线性位移传感器是由芯杆,线圈,外壳等组成。
  TD位移传感器是用差动变压器原理组成的位移传感器。内部稳压、振荡,放大线路均采用集成元件,故具有体积小、性能稳定、可靠性强的特点。
  当铁芯与线圈之间有相对移动时,例如铁芯上移,次级线圈感应出电动势经过整流滤波后,便变为表示铁芯与线圈相对位移的电信号输出,作为负反馈。在具体设备中,外壳是固定不动的,铁芯通过杠杆与执行机构活塞杆相连,输出的电气信号便可摸拟油动机的位移,也就是汽阀的开度,为了提高控制系统的可靠性每个执行机构中安装两个位移传感器。
  3.故障分析
  DEH在电厂的热工自动化系统中有着十分重要的地位。DEH的安全可靠直接影响到整个电厂的可靠运行。DEH控制系统在长期运行中容易出现故障,如何及时、正确地处理,对于整个系统的安全可靠运行是非常重要的。处理这些问题前,必须首先判断故障点,了解出现故障的具体部件、严重程度及处理过程中必须遵循的方法,提出正确的处理步骤及事故预防措施。另外,还需根据具体问题,分析具体情况,采取最安全、合适的处理方法。我厂两台300MW机组汽机控制部分采用的是日立公司的DEH系统,通过机组的日常维护和检修,下面将DEH在运行过程中的计算机控制部分常见故障及处理方法进行分析研究,以便使机组更加安全稳定的运行。
  3.1 LVDT故障
  DEH每个阀门上的位置反馈变送器(LVDT)共有2只,在DCM卡内部高选处理后,与阀门的控制指令在综合发放大器出进行比较,从而产生控制指令。
  (1)在机组运行工况中,在顺序阀模式下,高压调节阀1和高压调节阀2全部开启,高压调节阀3和高压调节阀4参加调节的情况下,当负荷指令下调的时候,阀门指令下降,但高压调节阀3关到15%时阀门反馈骤然变57%,总阀位指令上升,调节阀4开启参加调节,致使负荷也随之突然上升。随后高压调节阀3反馈一直保持57%不在上升下降。通过现场排查,高压调节阀3有一直LVDT与阀门的连接装置脱落,由于LVDT中间是直通式的,当其与连接装置脱落后芯杆下滑,当芯杆通过线圈中间零位后,在继续下滑的过程中LVDT感应电流增加,到反馈57%的时候芯杆卡在此位置,由于在DCM卡内部对LVDT反馈进行高选,所以高压调节阀一直在57%位置不动。
  (2)在机组供热期间,高压调节阀3正常调节,高压调节阀4关闭,高压调节阀3反馈骤然增加至100%,综合阀位也由原来的84%增加至95%,高压调节阀4开启参加调节,就地检查高压调节阀3处于全关位置,逻辑页面2只LVDT反馈分别为0%、100%。由于LVDT在DCM卡内部高选,所以反馈选取最大值为100%。判断反馈值为100%的LVDT线圈或线路出现故障。由于高压调节阀3给定指令为100%,如拆除反馈为100%的LVDT接线,会使高压调节阀3反馈从100%突然变至0%,随即会使综合阀位发生变化,影响机组协调及负荷。为了避免影响机组正常运行,针对更换高压调节阀3LVDT按照以下步骤操作:
  1)运行人员调高机前压力,确保综合阀位下降至使高压调节阀3与高压调节阀4在全关位置。
  2)关闭高压调节阀3伺服阀进油口手动阀。
  3)逐步强制高压调节阀3反馈与指令至0%。
  4)检查高压调节阀3的LVDT;(测量反馈值为100%的LVDT是发现有一组线圈断路阻值无穷大)。
  5)释放高压调节阀3的反馈强制,更换LVDT并调整零位。
  6)逐步强制高压调节阀3的指令值,直至到与给定值相差无几是释放强制条件恢复运行。
  由于新安装的LVDT在机组运行期间不能够进行AO校正,线性度不能够确保其优良性,所以建议使反馈值尽量跟踪没有更换的LVDT(新更换的LVDT反馈值要低于没有更换的LVDT的反馈值)。
  LVDT作为DEH系统中的反馈装置,其重要性显而易见,所以对其故障的正确判断和排除显得尤为重要,LVDT一般的检查为:用万用表测试LVDT的红、蓝、黄三线相互之间的电压,如V(红黄)=V(红蓝)+V(蓝黄),则说明LVDT正常,否则为损坏的LVDT。
  3.2电液伺服阀故障
  伺服阀是DEH系统中最为重要的部分之一,由于其直接影响阀门的状态,因而对其发生的故障必须持谨慎的态度。
  正常运行期间,1号机组2号高压调节阀出现不规则波动。
  伺服阀2组线圈是冗余配置的,用万用表测量每一组测量回路间电阻值一般为v1+V2≈80Ω或者用1.5V干电池加载在电液伺服阀一组线圈上,阀门能够正常开启和关闭说明电液伺服阀正常,反之电液伺服阀线圈故障。两组线圈是冗余配置的,其中任意1组故障后,另外1组仍然能够维持工作。而从DCM卡件的线路图中分析,这2组线圈在输出回路中是并联关系。DCM卡的驱动输出接近于电流源,原来须分别负载2组线圈上的工作电流,当解除其中1组后使电流源负载减轻50,因此相对原来2组线圈而言工作更加稳定,对干扰信号的抑制能力得到加强,但这样做降低了回路的可靠性。现场的这种干扰对于每个调门控制回路上的作用基本相同。当解除全部伺服阀的冗余线圈后,加强对干扰信号的抑制能力,调门才能够稳定工作。上述处理方法牺牲了回路的冗余程度,从某种意义上(降低了可靠性。但是因为原DEH 系统的硬件无法有效抑制现场叠加的随机干扰,故用牺牲冗余度来克服干扰引起的调门抖动也是为保证汽机安全稳定运行不得已的选择。对此,应用抗干扰能力更强的伺服词驱动卡替代现在的DCM卡,同时满足抗干扰和冗余输出的要求。
  3.3 LYF710A模板故障
  LYF710A模板是内置LVDT 变换器和PI 调节器的阀门位置伺服控制驱动卡。如果LYF710A模板故障,不管在什么情况下,都应尽快回复LYF710A模板的正常运行。如果在机组正常运行时出现此类故障,处理前应通知运行人员保持目前状态,减少操作,不要时停止一切软手操,切至手动方式。
  由于接线电缆的短路及接地很容易造成LYF710A模板内部元件的损坏。
  在机组做阀门整定的过程中,通过阀门整定选择及选择整定阀门后,当把LYF710A模板按钮从RUN位打至TEXT位时,高压调节阀自动打开或当给定指令在100%时阀门打开后又自动关闭。查看逻辑当中相对应双路伺服阀的会读电流,一般会读电流应在10MA- -10MA左右。我厂出现当把LYF710A模板按钮从RUN位打至TEXT位时,高压调节阀自动打开的现象时,一路电液伺服阀的会读电流为-40MA,已为伺服阀最大回读电流,在排除了电液伺服阀问题的前提下,把问题就归结到LYF710A模板。更换LYF710A模板后伺服阀回读电流及整定过程正常运行。
  4.总结
  汽轮机电液调节系统是汽轮机控制的核心,其出现故障将严重危及汽轮机的安全。由于汽轮机电液调节系统的电子控制系统在各厂所应用的配置不同,其调节方式、工作原理及故障排查、处理方法也会有所区别,所以了解其工作原理、调节及控制方式尤为重要。只有全面的掌握汽轮机电液调节系统原理才能迅速、准确的确定及排除故障,确保汽轮机电液调节系统安全稳定运行。 [科]
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