汽轮机调节阀反馈装置故障原因分析及处理

汽轮机调节阀反馈装置故障原因分析及处理

郭建宇

辽宁大唐国际葫芦岛热电有限责任公司  辽宁省葫芦岛市 125000

摘要：汽轮机调节系统通过进汽阀对机组进行功率、频率、压力和应力控制，并对机组的负荷和转速实施超速、超加速、负荷速降和蒸汽需求限制，使机组安全和经济地运行于各种工况，满足供电的频率和功率要求。调门反馈装置故障会直接导致汽机进气量瞬间变化，影响机组稳定运行，如果是单台小机调速气阀反馈故障，会直接导致机组非停。

关键词：汽轮机；LVDT；调节汽阀；措施

引言

调节汽阀作为控制汽轮机进汽的关键设备，其启闭和调节过程是通过作用在油动机油缸内的抗燃油和弹簧进行调节，控制部件主要由油动机、卸荷阀、伺服阀、节流孔、线性位移传感器LVDT、单向阀及其附属设备组成通过计算机处理后发出的电信号在伺服机构内进行放大，将电信号转化为液压信号，通过伺服阀的二级滑阀放大机构控制油动机抗燃油的供油量，从而对调节汽阀进行可控调节，起到电网负荷灵活快速的调节功能。LVDT是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器，它是DEH调门自动控制的反馈环节，LVDT主要用于汽轮机各进汽调门的阀位控制和阀位显示，而各进汽调门作为负荷控制的执行机构，所以确保LVDT正常工作就尤为重要。因此在DEH调节中占有重要地位而深受重视。

1.LVDT的工作原理

LVDT由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状铁芯。

当铁芯处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为零；当铁芯在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。为了提高传感器的灵敏度，改善传感器的线性度、增大传感器的线性范围，设计时将两个线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，LVDT输出的电压是两个次级线圈的电压之差，这个输出的电压值与铁芯的位移量成线性关系。LVDT的初级绕组P由恒定振幅交流电源进行通电。由此形成的磁通量由铁芯耦合到相邻的次级绕组S1和S2。如果铁芯位于S1和S2的中间，则会向每个次级绕组耦合相等的磁通量，因此绕组S1和S2中各自包含的E1和E2是相等的，在该参考中间铁芯位置（称为电气零位），差分电压输出(E1-E2)本质上为零。如果移动铁芯，使其与S1的距离小于与S2的距离，则耦合到S1中的磁通量会增加，而耦合到S2中的磁通量会减少，因此感生电压E1增大，而E2减小，从而产生差分电压(E1-E2)。相反，如果铁芯移动得更加靠近S2，则耦合到S2中的磁通量会增加，而耦合到S1中的磁通量会减少，因此E2增大，而E1减小，从而产生差分电压(E2-E1)。

2.LVDT故障原因分析

2.1现场存在高频振动导致固定连杆的螺丝松动，造成LVDT组件抖动性能变差，引起调门频繁动作。

2.2调门动作时阀芯运动轨迹呈不规则直线，LVDT铁芯与线圈内壁长期摩擦，导致线圈磨损。

2.3LVDT安装过程中金属铁芯未校正，安装时未垂直横截面，易导致金属杆弯曲，造成卡涩。

2.4LVDT零点位置选择不合理，在机组启动后阀门热胀冷缩作用下零点偏移导致行程超出测量范围。

2.5LVDT故障后逻辑不完善，抗干扰能力差导致不能正确选择有效LVDT。

2.6LVDT位移传感器输出不正常，通常表现为磁环脱落、供电不足、接线不牢，或设备本身老化，内部短线。

3.LVDT故障会引起的变化

每个调门油动机都设置有两个LVDT测量装置，两个LVDT测量的反馈信号应该是相等的，即使有偏差也非常小，不会对控制产生很大影响。但是如果期中一个LVDT故障，那么故障的LVDT送进来阀位反馈信号就会时高时低，如果在这个扫描周期内故障LVDT送进来一个高的异常信号，经过高选卡的作用，正常低的信号就被过滤掉，即显示高调门开度较大，那么在闭环回路的作用下，伺服卡放大器输出信号减少，引起调门向下关；但是如果在这个扫描周期内故障的LVDT又送了个低的信号，那高选卡里正常的LVDT反馈信号就开始起作用，经过与DEH输出的阀位指令比较后，调门又重新往上调，因此就引起这个调门上下摆动，导致负荷摆动。

对于没有高选卡的DEH系统，正常运行时只有一个LVDT反馈有效，如果该LVDT发生断线、本身损坏等系统判断故障，则自动切换另外一只正常工作LVDT，DEH系统可以正常工作。但是如果发生连杆固定件脱落，伺服卡无法判断LVDT已出现异常情况，依然认为其有效，当LVDT脱落后反馈变大时，在闭环回路作用下，伺服阀持续输出关信号，阀门全关，当LVDT脱落后反馈变小时这样就会导致阀门全开或全关情况发生。

4.如何安装、调试冗余配置的两支LVDT

4.1硬件方面

4.1.1安装LVDT时尽量保证铁芯直线运动，与线圈内壁无磨损，进行全行程滑动检查，检查LVDT输出线性特性。注意零点位置，测量全行程尺寸，零点安装位置公式为：A=(D-d)/2,A-LVDT铁芯刻线距LVDT孔膛端部安装距离距离；D-LVDT量程；d-阀门行程。这样安装可以尽量保证铁芯在量程中心位置移动，减少热胀冷缩对测量的影响，增大容错性。

4.1.2检查万向节连接件、LVDT组件等连接、固定部位牢固，消除调门与LVDT膨胀不均、调门振动、铁芯固定不正等因素。落杆安装紧固后用油漆将螺纹刷匀，避免振动导致螺丝松动。有条件的尽量加工两套连接件，避免单一支架断裂后两支LVDT同时失效。改造对比前后如下图：

4.1.3LVDT不能与导磁体金属接近（距离大于20mm以上），不能与强磁场或强电流接近，不能局部放在闭合的导体内，避免反馈电压信号受到外部信号干扰。

4.2软件方面

以和利时DEH系统为例，K系列伺服卡支持手动选择任一一支LVDT生效，画面设有手动选择生效按钮，人为选择有效LVDT，但是在系统故障时，阀门会瞬间动作，靠人为选择时间来不及，尤其是小机LVDT脱落时，系统不自动切除其有效状态，阀门反馈变大，小机阀门仍会持续关闭，造成小机进气量减少，转速降低，锅炉给水流量低MFT，所以必须要依靠逻辑判断进行选择有效LVDT。为保证有效LVDT脱落故障时及时切换为另外1只LVDT有效，因此进行如下逻辑优化：

东汽汽轮机调节阀行程向上为开方向，向下为关方向，LVDT脱落后应采取“高选”原则：当LVDT1减LVDT2大于2%时，切除反馈2（3秒脉冲），当LVDT2减LVDT1大于2%时，切除反馈1（3秒脉冲）。

北重小汽轮机调节阀行程向上为关方向，向下为开方向，所以采取两只LVDT存在一定偏差时“低选”原则：当LVDT1减LVDT2大于2%时，切除反馈1（3秒脉冲）。当LVDT2减LVDT1大于2%时，切除反馈2（3秒脉冲）。

大小机均增加2只LVDT偏差大于1%光字报警。以便运行人员及时发现故障并采取措施。

试验证明，当无效LVDT脱落时，阀门无摆动，当有效LVDT脱落时，阀门瞬间关闭20%后恢复，整个过程时间0.2s左右，对小机运行及给水流量基本无影响。试验后对调阀进行拉阀试验，记录好试验数据（整定零值、幅值）。试验过程中合理确定伺服卡P值，P值过大，则阀门响应速度快，容易造成摆动，也对油管振动产生负向影响；P值过小，阀门响应速度慢，不利于一次调频的响应，从而对经济利益产生影响。

5.LVDT故障在线更换

因LVDT故障打闸停机损失很大，如果能在线更换将极大减小损失，通过上述硬件及软件系统优化，我们可以实现LVDT在线更换，更换过程中要看好逻辑，确认高选还是低选，调整零值和幅值，新LVDT反馈避免生效，安装好后将原零值和幅值输入整定手动输入框内，避免阀门扰动。

结束语

调节汽阀是调节汽轮机转速和功率的重要设备之一，其正常开启及正常线性调节是汽轮机安全运行的重要保障。在开展检修工作时，除对LVDT接线紧固、中心对中检查、阻值测量比较外，对系统支架的检查也尤为重要，实现支架的完全冗余十分必要。在检修工作的同时，必须保证检修现场的干净整洁，防止颗粒物进入孔膛，损坏磁环，导致LVDT故障，造成不必要的经济损失。

参考文献

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