汽轮机调节阀门波动的原因分析

汽轮机调节阀门波动的原因分析

全球阀门网整理 2009-6-17 来源:互联网

作者：湖北省电力公司邓庆松

摘要：针对采用数字电液控制系统的汽轮发电机组在运行中出现调节汽门波动的问题，通过对数字电液控制系统调节回路各环节的分析，找出了阀位反馈装置工作不正常是造成该问题的主要原因，并结合位移传感器的结构和运行中可能出现的问题，提出解决方法。

0 前言

数字电液控制系统（DEH）是采用计算机控制器，通过电液转换机构对汽轮机调节汽门进行控制，实现对汽轮发电机组实行自动控制的系统。在机组运行过程中，DEH的工作直接影响汽轮机转速和机组负荷，密切关系机组的发电质量和安全。近年来，有多台机组多次发生带负荷运行过程中汽轮机调节阀门波动的现象，引起机组负荷、压力等参数的波动，严重影响了机组的安全稳定运行。

1 DEH系统工作原理

DEH控制系统包括2个闭环回路：一是伺服阀控制回路，对阀门进行定位控制，采用PI调节规律；另一是转速、功率控制回路，对转速和功率进行闭环控制，也是采用PI调节规律（见图1）[2]。

计算机运算处理后的欲开大或关小调节阀的电气信号，经伺服阀放大器放大后，在电液转换器—伺服阀中将电气信号转换成液压信号[3]，使伺服阀主阀移动，并将液压信号放大后控制动力油（高压抗燃油或低压透平油）通道，使动力油进入油动机活塞下腔，推动油动机活塞向上移动，经杠杆或连杆带动调节阀开启；或使压力油自活塞下腔泄出，借弹簧力使活塞下移关闭调节阀。当油动机活塞移动时，同时带动一个线性位移传感器，将油动机活塞的机械位移转换成电气信号，作为负反馈信号，与计算机处理送来的信号相加（因两信号相反，实际是相减），只有在原输入信号与反馈信号相加使输入伺服放大器的信号为零后，伺服阀的主阀回到中间位置，不再有高压油通向油动机下腔或使压力油自油动机下腔泄出，此时调节阀停止移动，停留在一新的工作位置。

2 可能引起调节阀门波动的原因

在伺服阀控制回路中任一环节的设备有问题，都会引起调节汽门的波动，一般出现以下几方面问题：（1)控制器出现故障会引起计算机的指令不稳而使调节阀门波动，此问题可通过对主控制器进行检查，监视其输出点信号是否波动便能确定是否有问题，对于采用DCS的硬件做成DEH控制系统的，一般都具有故障诊断功能.因此在控制器出现问题时有诊断指示则更容易处理这类问题。（2)油动机引起调节阀门的波动主要与动力油压有关，通过对动力油压的监视可确定是否是因这一环节造成阀门波动。（3)伺服阀卡涩对油动机的正常工作有直接影响，如不正常会使阀门动作不稳，造成波动，严重时会使阀门不能正常按运行需要开大或关小[1]。（4)阀位反馈环节中的波动主要是因反馈装置造成的。可通过观察阀位反馈曲线和实际阀门波动趋势是否一致进行判断，调节门波动一段时间内的阀位反馈波动曲线见图2，图中有A、B、C3

处是先向开方向跳变，后向关的方向跳变，而实地观察阀门的跳动方向却正好相反，而且阀位的跳动在阀门动作之前出现。从调节原理很容易看出，在伺服阀控制回路中，调节门的波动是由于阀位信号的跳变引起的。由此可判断调节门的波动是由反映阀门位置的位移传感器的故障造成的。

3 位移传感器

用于DEH的位移传感器的原理都是将位移量转换成电信号，在汽轮机控制系统中常用的一种是线性位移传感器LVDT，它由芯杆与外壳组成，在外壳中有3个线圈，一个是初级线圈，供给交流电源；另外中心点两侧各绕有1个次级线圈，这2个线圈反向联接，故次级线圈的净输出是2个次级线圈所感应的电动势之差值。线圈中的铁芯在2个次级线圈的中间时，2个次级线圈感应的电动势相等，则输出的信号为零。当铁芯与线圈间有相对位移时，次级线圈感应出的电动势经整流滤波后，变为表示铁芯与线圈间相对位移的电气信号输出，由于铁芯通过杠杆与油动机活塞相连，输出的电气信号便可表示油动机的位移，即是调节阀的开度。另一种阀位反馈检测装置是德国产的磁滞式位移传感器LDT，其结构如图3所示，它的移动磁环安装在汽门的阀杆上，其余部分安装在油动机上，感应棒测出磁环的位置，在经过电子线路处理后输出阀位反馈信号。

4 位移传感器的几种故障及处理

作为阀门位置反馈的线性位移传感器，随着阀门的变化而变化，其芯杆在线圈中反复移动，由于芯杆与线圈间存在一定的间隙，芯杆移动过程中经常与线圈发生摩擦，线圈磨损，金属芯杆与磨损的线圈接触会影响传感器的输出，造成位置反馈的不稳定引起阀门的波动。更严重的是芯杆被线圈卡涩而不能畅通地移动，在位移信号增大给芯杆积聚了一定的力后，又使芯杆产生一个跳动，通过调节回路的作用也使调节汽门产生波动。湖J匕黄石电厂一台200MW机组采用新华电站控制公司提供的DEH对汽轮机进行控制，在运行过程中就曾出现过调节门波动的现象，经过多次认真分析找到了问题的原因，将线性位移传感器拆下检查发现线圈有几处磨损，芯杆也有偏斜现象。后来制造厂在芯杆的外面加了一个塑料环，一方面使塑料环与线圈接触，减少金属芯杆对线圈的磨损；另一方面起到了芯杆的定位作用，保证芯杆在线圈内平行移动，使位置反馈信号更稳定，解决了造成调节汽门波动的问题。

在磁滞式位移传感器LDT的使用说明中要求其感应棒部分的允许工作温度为85℃，电子线路部分的允许工作温度为65℃。由于LDT是与油动机连接的，靠近汽门阀体，环境温度高，加上连接部分的热传导，装在LDT罩壳里的电子线路部分的温度会超过65℃，使传感器的工作不正常，影响反馈信号造成调节门的波动。深圳妈湾电厂采用ABB公司提供的DEH配备的就是这种磁滞式位移传感器，因传感器受外界温度的

影响，采用对传感器加冷风冷却的方法和在传感器与油动机连接处进行隔热的方法，降低LDT的工作环境温度，保证其电子线路的工作温度低于允许值，使传感器的输出稳定，解决了调节汽门波动的问题。