论文部分内容阅读
【摘要】：针对红海湾发电厂四台机组引风机静叶Rotork IQ系列智能型电动执行器运行中频繁误动作，锅炉过热器和再热器烟气挡板调节阀自动跟踪迟缓的原因進行分析。通过多次调查、实验、研究发现故障不是人为造成的，而是智能执行器内部故障和参数设置不当所致。针对这种情况，本文主要从Rotork电动执行器故障原因分析、故障排除、控制参数设置、选型几个方面进行初步的分析探讨，对其它大功率机组的安全、正常运行有一定的参考价值。
【关键词】：智能控制器参数设置固态继电器交流接触器
0概述
风烟系统是锅炉的重要组成部分，风烟系统能否稳定运行，直接影响到机组的安全和经济效益。国产新机组普遍存在风烟系统的智能电动执行器选型不当，导致引风机静叶、进出口挡板，锅炉过热器和再热器挡板运行中调节反应迟缓，甚至频繁误动作，造成锅炉压力大范围波动，脱硫挡板联开，严重时机组被迫停运的事故。因此，执行器正确选型，正确的进行参数设置，能够提高执行器运行中调节的稳定性，具有一定的经济价值。
1、存在问题
红海湾发电厂二期的2台66MW机组锅炉风烟系统普遍使用Rotork IQ系列智能型电动执行器。#3、#4机组自2011年投运以来，锅炉风烟系统烟气挡板的电动执行器普遍存在自动跟踪迟缓的现象，而且引风机静叶电动执行器频繁误动作，多次自动全开、全关，造成炉膛压力大幅波动，脱硫挡板联开，机组被迫降负荷的严重事故。例如，#3炉A、B引风机静叶自投运以来就存在自动跟踪迟缓的现象。2011年8月7号运行人员反映B静叶执行器指令与反馈偏差较大，2011年9月8号A引风机静叶执行器运行中突然全开，运行及时发现后到就地操作未造成严重事故，2011年10月1号A静叶运行中突然全关，导致脱硫挡板联开，机组被迫降负荷，2011年10月17号运行人员反映A静叶指令与反馈偏差较大； 2011年10月14号B静叶运行中自动全关，运行及时发现到就地操作未造成严重事故，2011年10月27号B静叶运行中自动全关，运行人员发现后到就地操作，执行器没有反应，炉膛压力大幅波动，脱硫挡板联开，机组被迫降负荷，检查发现电机烧毁。
2、Rotork IQ系列智能型电动执行器的工作原理
执行器内部工作原理图：
工作原理：多回转式智能型电动执行器，接受标准模拟电流控制信号或开关量信号，同时与阀位传感器的位置信号相比较，将执行器的输出轴定位于和输入信号相对应的位置上，完成定位控制，又可以根据联锁控制、两线控制或事件信号定位于控制系统预先设置的位置，除非在运行过程中发生执行器的输出轴转矩值大于额定转矩值或设定转矩值，否则执行器将满足控制系统的要求，发出正确的指令，触发三相固态继电器，使电动机接通三相电源，驱动执行器正常运行。
3、第一次原因分析
#3炉引风机是成都电力机械厂生产的型号为AN35E6的轴流式通风机，静叶通过弹性联轴器和连杆机构与执行器齿轮箱相连接；引风机在运行中通过电动执行器调节静叶开度来实现对风机风量大小的控制，静叶电动执行器为Rotork IQ25 F14 B4智能型电动执行器，功率为0.78KW,最大力矩400NM，输出转速为48r/min，2011年7月、8月份以来执行器经常出现自动调节滞后而且反馈与指令偏差较大的现象后，我们对执行器的参数检查，检查发现内部参数设置不科学，当执行器信号受到干扰或故障时，执行器全开、全关，造成炉膛压力大范围波动。
采取的措施
完善执行器参数的设置。本文以引风机静叶执行器、锅炉过热器、再热器烟风挡板执行器参数设置为例，说明正确参数设置的重要性：1、我们把静叶执行器ESD的方向设置为保位，当执行器故障时，避免阀门全开或全关，执行器开度保持在原位置后，不至于酿成严重事故，而且给我们有反应处理的时间；2、选择ESD时温度保护可使用，防止电机温度过高烧毁电机；3、选择ESD时不超越就地控制，这样运行人员也能在就地操作；4、就地控制不选择自保持，选择点动控制，当执行器远方操作故障时，可以在就地操作，能够在任何开度停下来，方便检修；5、不旁路力矩开关，防止一旦静叶执行机构卡涩，很容易导致电机过流烧毁；6、控制信号“死区”是非常重要的参数，如果执行器振荡或响应了不必要的信号变动，则控制信号的死区应增大，如果需要更精确的控制，则死区应减小。比如，引风机静叶、过热器和再热器烟气挡板电动执行器的死区设置为5%，执行机构接收到运行人员发出小于5%的微弱的调节信号时，因为误差较大，执行机构就反应迟缓，甚至不会响应。我们把死区该为1%，改后执行器自动跟踪迟缓、滞后的情况有所改善；7、我们选择点信号丢失时，故障保护方向为保位，这样就能给运行人员时间到就地手动操作，避免一些事故的发生。通过完善参数设置，风烟系统执行器的自动跟踪性能有所提高。
4、第二次原因分析
当2011年10月1号A静叶运行中突然全关，2011年10月14号B静叶运行中自动全关，这使我们意识到，执行器出现故障，原因不仅仅是参数设置的问题，还有其他的原因，例如，控制信号受到干扰或丢失、接触器是否存在问题、电动执行器电机相序错乱。
采取措施
我们首先把电动执行器就地和DCS卡件上得接线拆除，用0-500V的摇表测试每一根线的对地绝缘，绝缘均为100MΩ，相间绝缘为120MΩ，因此我们可以排除电缆绝缘不合格造成控制信号爱到外界干扰或信号丢失的可能性。打开执行器的端盖闻到烧糊气味，检查电动执行器各控制板件、电机、接触器等外观末发现有短路烧坏现象，检查整个触头表面的镀银层变成黑色，凹凸不平，部分镀层脱焊，严重时整个接触器内外都被烧成黑色。这是因为交流接触器的触点在吸合的时候会引弧产生热量，频繁吸合，高温引起触头镀层表面氧化，甚至瞬间达到熔点，导致触点粘连，短时间内无法放开。电动执行器在频繁调节中运行当执行器在往关方向调节时接触器发生触点粘连就会出现静叶运行中突然全关的现象。
我们手摇执行器把静叶开度调至35%位置，然后在逻辑上面把该执行器强制为好点，并且用槽钢把静叶机构与执行器钢结构焊接固定，把电动执行器齿轮箱的连杆与静叶联接部位解开（这样执行器可以单独的调试），采取单侧引风机调节炉膛压力的方式，对执行器进行检查发现RotorkIQ 25 F14 B4智能执行器内部电源板交流接触器型号为MOD6D，开始时我们怀疑接触器质量问题，所以更换为价格较贵，性能较稳定的ABB厂家生产的型号为VB7-30-01的交流接触器。更换后运行人员在远方操作全开、全关，反馈正常，执行器动作顺畅，未见异常。
5、第三次原因分析
2011年10月27号B静叶运行中突然自动全开，运行人员及时发现后到就地操作，执行器没有反应，锅炉压力大范围波动，脱硫旁路挡板联开，检查发现电机烧毁。开始时怀疑运行操作失误，但是我们在工程师站的上位机上面查看当时静叶全开时的运行历史趋势时发现，当时运行人员不停的给关指令，DCS卡件确实在不停的输出关指令，但执行器没有响应，而是一直在开，因此肯定是执行器内部故障导致远方操作失控。
采取措施
这次我们仍然采取单侧调节炉膛压力的方式，对出现故障的静叶执行器进行检修。解体执行器发现，接触器烧毁，电机解体后发现电机烧毁。这就因为：1、交流接触器要规定操作频率，接触器得电吸合和失电断开是需要时间的，操作频率过高，接触器响应时间不够，这也是为什么执行器自动跟踪迟缓的原因；2、接触器的触点在吸合的时候会引弧产生热量，频繁吸合，造成触头表面热量积聚，高温引起触头的镀层氧化，点蚀，表面出现点蚀后，接触面的情况就会逐步恶化，导致接触电阻增大，触点吸合后接触部位产生的热量就会增大，当温度达到触点上面的铜或者银合金材料的熔点，便瞬间融化，融化后主触点很容易粘连，一旦粘连，控制指令便对电动执行器失控，便轻则烧坏接触器，重则烧毁电机。如果选用带固态继电器的电源板，则能避免这种现象的发生。因为固态继电器（Solidstate Relay,SSR）是一种由固态电子组件组成的新型无触点开关，相对于以往的“线圈—弹簧触点式”继电器(Electromechanical Relay,EMR)，SSR没有任何可动的机械零件，具有反应快、可靠度高、寿命长，还具有良好的防潮防霉防腐特性。
另外根据我们在现场的调查发现，当负荷波动比较大的时候，静叶执行器调节频率为10—15次/min，而RotorkIQ 25 F14 B4智能型电动执行器在需要平均输出力矩不超过选定执行器额定功率33%的情况下，用于调节功能时，每小时可启动60次。因此RotorkIQ系列的智能型执行器不适合在一些需要频繁调节的场合使用。
对于频繁调节的应用场合，需要更多的启动次数，可选用每小时1200次的IQM和IQML执行器，它包括由直流电源控制的电机刹车装置，用以减少过转。如果要使用IQ25 F14 B4的智能型执行器，必须要进行技术改造：1、把执行器内部型号为6B的电源板和型号为MOD6D的交流接触器更换为型号为MOD6U的带固态继电器的电源板，并且重新设置参数。此次改造后引风机静叶执行器的自动跟踪调节的速度和稳定性有了很大提高。
通过以上改造措施，红海湾发电厂的#3、#4炉风烟系统的智能型电动执行器自动跟踪及时、反馈准确，运行状态稳定。运行至今未发生执行器自身故障导致阀门开度失控的现象，这说明我们的改造措施是有成效的。
结束语
通过这次引风机静叶电动执行器故障导致脱硫挡板联开事故的调查与处理，发现热控设备选型不当，足以影响到机组的安全性和经济性。因此，作为热控专业人员一定要加强自身专业知识的学习，设备选型不应有凑合、对付想法，否则可能给运行人员带来很多麻烦，甚至严重影响机组的正常调节和控制。
参考文献
[1]邓兵，等.数字阀门电动执行机构[J].自动化仪表，2001（1）.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统（第三版）[m]北京：机械工业出版社，2003，（7）.
[3]周茂祥.低压电器设计手册[M].北京：新华书店北京发行所，1992:995——1130.
【关键词】：智能控制器参数设置固态继电器交流接触器
0概述
风烟系统是锅炉的重要组成部分，风烟系统能否稳定运行，直接影响到机组的安全和经济效益。国产新机组普遍存在风烟系统的智能电动执行器选型不当，导致引风机静叶、进出口挡板，锅炉过热器和再热器挡板运行中调节反应迟缓，甚至频繁误动作，造成锅炉压力大范围波动，脱硫挡板联开，严重时机组被迫停运的事故。因此，执行器正确选型，正确的进行参数设置，能够提高执行器运行中调节的稳定性，具有一定的经济价值。
1、存在问题
红海湾发电厂二期的2台66MW机组锅炉风烟系统普遍使用Rotork IQ系列智能型电动执行器。#3、#4机组自2011年投运以来，锅炉风烟系统烟气挡板的电动执行器普遍存在自动跟踪迟缓的现象，而且引风机静叶电动执行器频繁误动作，多次自动全开、全关，造成炉膛压力大幅波动，脱硫挡板联开，机组被迫降负荷的严重事故。例如，#3炉A、B引风机静叶自投运以来就存在自动跟踪迟缓的现象。2011年8月7号运行人员反映B静叶执行器指令与反馈偏差较大，2011年9月8号A引风机静叶执行器运行中突然全开，运行及时发现后到就地操作未造成严重事故，2011年10月1号A静叶运行中突然全关，导致脱硫挡板联开，机组被迫降负荷，2011年10月17号运行人员反映A静叶指令与反馈偏差较大； 2011年10月14号B静叶运行中自动全关，运行及时发现到就地操作未造成严重事故，2011年10月27号B静叶运行中自动全关，运行人员发现后到就地操作，执行器没有反应，炉膛压力大幅波动，脱硫挡板联开，机组被迫降负荷，检查发现电机烧毁。
2、Rotork IQ系列智能型电动执行器的工作原理
执行器内部工作原理图：
工作原理：多回转式智能型电动执行器，接受标准模拟电流控制信号或开关量信号，同时与阀位传感器的位置信号相比较，将执行器的输出轴定位于和输入信号相对应的位置上，完成定位控制，又可以根据联锁控制、两线控制或事件信号定位于控制系统预先设置的位置，除非在运行过程中发生执行器的输出轴转矩值大于额定转矩值或设定转矩值，否则执行器将满足控制系统的要求，发出正确的指令，触发三相固态继电器，使电动机接通三相电源，驱动执行器正常运行。
3、第一次原因分析
#3炉引风机是成都电力机械厂生产的型号为AN35E6的轴流式通风机，静叶通过弹性联轴器和连杆机构与执行器齿轮箱相连接；引风机在运行中通过电动执行器调节静叶开度来实现对风机风量大小的控制，静叶电动执行器为Rotork IQ25 F14 B4智能型电动执行器，功率为0.78KW,最大力矩400NM，输出转速为48r/min，2011年7月、8月份以来执行器经常出现自动调节滞后而且反馈与指令偏差较大的现象后，我们对执行器的参数检查，检查发现内部参数设置不科学，当执行器信号受到干扰或故障时，执行器全开、全关，造成炉膛压力大范围波动。
采取的措施
完善执行器参数的设置。本文以引风机静叶执行器、锅炉过热器、再热器烟风挡板执行器参数设置为例，说明正确参数设置的重要性：1、我们把静叶执行器ESD的方向设置为保位，当执行器故障时，避免阀门全开或全关，执行器开度保持在原位置后，不至于酿成严重事故，而且给我们有反应处理的时间；2、选择ESD时温度保护可使用，防止电机温度过高烧毁电机；3、选择ESD时不超越就地控制，这样运行人员也能在就地操作；4、就地控制不选择自保持，选择点动控制，当执行器远方操作故障时，可以在就地操作，能够在任何开度停下来，方便检修；5、不旁路力矩开关，防止一旦静叶执行机构卡涩，很容易导致电机过流烧毁；6、控制信号“死区”是非常重要的参数，如果执行器振荡或响应了不必要的信号变动，则控制信号的死区应增大，如果需要更精确的控制，则死区应减小。比如，引风机静叶、过热器和再热器烟气挡板电动执行器的死区设置为5%，执行机构接收到运行人员发出小于5%的微弱的调节信号时，因为误差较大，执行机构就反应迟缓，甚至不会响应。我们把死区该为1%，改后执行器自动跟踪迟缓、滞后的情况有所改善；7、我们选择点信号丢失时，故障保护方向为保位，这样就能给运行人员时间到就地手动操作，避免一些事故的发生。通过完善参数设置，风烟系统执行器的自动跟踪性能有所提高。
4、第二次原因分析
当2011年10月1号A静叶运行中突然全关，2011年10月14号B静叶运行中自动全关，这使我们意识到，执行器出现故障，原因不仅仅是参数设置的问题，还有其他的原因，例如，控制信号受到干扰或丢失、接触器是否存在问题、电动执行器电机相序错乱。
采取措施
我们首先把电动执行器就地和DCS卡件上得接线拆除，用0-500V的摇表测试每一根线的对地绝缘，绝缘均为100MΩ，相间绝缘为120MΩ，因此我们可以排除电缆绝缘不合格造成控制信号爱到外界干扰或信号丢失的可能性。打开执行器的端盖闻到烧糊气味，检查电动执行器各控制板件、电机、接触器等外观末发现有短路烧坏现象，检查整个触头表面的镀银层变成黑色，凹凸不平，部分镀层脱焊，严重时整个接触器内外都被烧成黑色。这是因为交流接触器的触点在吸合的时候会引弧产生热量，频繁吸合，高温引起触头镀层表面氧化，甚至瞬间达到熔点，导致触点粘连，短时间内无法放开。电动执行器在频繁调节中运行当执行器在往关方向调节时接触器发生触点粘连就会出现静叶运行中突然全关的现象。
我们手摇执行器把静叶开度调至35%位置，然后在逻辑上面把该执行器强制为好点，并且用槽钢把静叶机构与执行器钢结构焊接固定，把电动执行器齿轮箱的连杆与静叶联接部位解开（这样执行器可以单独的调试），采取单侧引风机调节炉膛压力的方式，对执行器进行检查发现RotorkIQ 25 F14 B4智能执行器内部电源板交流接触器型号为MOD6D，开始时我们怀疑接触器质量问题，所以更换为价格较贵，性能较稳定的ABB厂家生产的型号为VB7-30-01的交流接触器。更换后运行人员在远方操作全开、全关，反馈正常，执行器动作顺畅，未见异常。
5、第三次原因分析
2011年10月27号B静叶运行中突然自动全开，运行人员及时发现后到就地操作，执行器没有反应，锅炉压力大范围波动，脱硫旁路挡板联开，检查发现电机烧毁。开始时怀疑运行操作失误，但是我们在工程师站的上位机上面查看当时静叶全开时的运行历史趋势时发现，当时运行人员不停的给关指令，DCS卡件确实在不停的输出关指令，但执行器没有响应，而是一直在开，因此肯定是执行器内部故障导致远方操作失控。
采取措施
这次我们仍然采取单侧调节炉膛压力的方式，对出现故障的静叶执行器进行检修。解体执行器发现，接触器烧毁，电机解体后发现电机烧毁。这就因为：1、交流接触器要规定操作频率，接触器得电吸合和失电断开是需要时间的，操作频率过高，接触器响应时间不够，这也是为什么执行器自动跟踪迟缓的原因；2、接触器的触点在吸合的时候会引弧产生热量，频繁吸合，造成触头表面热量积聚，高温引起触头的镀层氧化，点蚀，表面出现点蚀后，接触面的情况就会逐步恶化，导致接触电阻增大，触点吸合后接触部位产生的热量就会增大，当温度达到触点上面的铜或者银合金材料的熔点，便瞬间融化，融化后主触点很容易粘连，一旦粘连，控制指令便对电动执行器失控，便轻则烧坏接触器，重则烧毁电机。如果选用带固态继电器的电源板，则能避免这种现象的发生。因为固态继电器（Solidstate Relay,SSR）是一种由固态电子组件组成的新型无触点开关，相对于以往的“线圈—弹簧触点式”继电器(Electromechanical Relay,EMR)，SSR没有任何可动的机械零件，具有反应快、可靠度高、寿命长，还具有良好的防潮防霉防腐特性。
另外根据我们在现场的调查发现，当负荷波动比较大的时候，静叶执行器调节频率为10—15次/min，而RotorkIQ 25 F14 B4智能型电动执行器在需要平均输出力矩不超过选定执行器额定功率33%的情况下，用于调节功能时，每小时可启动60次。因此RotorkIQ系列的智能型执行器不适合在一些需要频繁调节的场合使用。
对于频繁调节的应用场合，需要更多的启动次数，可选用每小时1200次的IQM和IQML执行器，它包括由直流电源控制的电机刹车装置，用以减少过转。如果要使用IQ25 F14 B4的智能型执行器，必须要进行技术改造：1、把执行器内部型号为6B的电源板和型号为MOD6D的交流接触器更换为型号为MOD6U的带固态继电器的电源板，并且重新设置参数。此次改造后引风机静叶执行器的自动跟踪调节的速度和稳定性有了很大提高。
通过以上改造措施，红海湾发电厂的#3、#4炉风烟系统的智能型电动执行器自动跟踪及时、反馈准确，运行状态稳定。运行至今未发生执行器自身故障导致阀门开度失控的现象，这说明我们的改造措施是有成效的。
结束语
通过这次引风机静叶电动执行器故障导致脱硫挡板联开事故的调查与处理，发现热控设备选型不当，足以影响到机组的安全性和经济性。因此，作为热控专业人员一定要加强自身专业知识的学习，设备选型不应有凑合、对付想法，否则可能给运行人员带来很多麻烦，甚至严重影响机组的正常调节和控制。
参考文献
[1]邓兵，等.数字阀门电动执行机构[J].自动化仪表，2001（1）.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统（第三版）[m]北京：机械工业出版社，2003，（7）.
[3]周茂祥.低压电器设计手册[M].北京：新华书店北京发行所，1992:995——1130.