汽轮机调节汽门摆动原因分析

张乐天

摘要：文章针对汽轮机组在运行期间汽轮机调节汽门出现摆动的问题，归纳总结了引起摆动的各种原因，对各种因素进行了重点分析，并提出解决方案，以消除这些因素对汽轮机调节汽门的影响。

关键词：汽轮机；调节汽门；伺服卡；LVDT；火力发电机组 文献标识码：A

中图分类号：TK263 文章编号：1009-2374（2015）32-0080-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.043

1 概述

汽轮机是火力发电机组的必要设备，汽轮机的出力直接影响机组负荷，而汽轮机的出力是由汽轮机调节汽门的开度所决定的，因此汽轮机调节汽门的精确控制对于电厂安全稳定的运行是非常重要的。在电厂运行中，由于汽轮机调节汽门的摆动引起负荷波动的事例并不少见，引起汽轮机调节汽门摆动的原因也较多，有的是单一因素影响，也有的是多种因素综合影响。下面具体分析一下能引起调节气门摆动的各种原因。

2 汽轮机调节汽门的工作原理

汽轮机调节汽门的控制执行机构是液压装置，并且通常都是用EH油作为介质，也就是油动机，油动机直接带动阀门运动，控制好油动机就可以完成对调节汽门的控制。从图1中可以看到，阀位指令经过D/A转换由百分数转换成电压信号，送到伺服放大器，同时阀位反馈LVDT产生的电压信号也送到伺服放大器，在伺服放大器中指令和反馈进行PID运算，产生一个电流信号，这个电流信号经电液转换器控制EH油进出油动机的油缸，从而驱动油动机动作。目前在汽轮机调节汽门的油动机控制系统中，通常采用的伺服放大器都由生产厂家集成的伺服卡，而电液转换器一般选用动圈式伺服阀，本文中就以常规设备进行分析。

图1 调节阀门工作原理示意图

3 调节汽门抖动原因分析

了解了调节汽门的工作原理，可以看出在整个控制回路中有许多环节都可以影响到调节汽门的控制精度，从而导致阀门摆动，下面就逐一分析一下各种因素是如何影响阀门摆动的：

3.1 阀位指令

阀位指令作为整个控制回路的源头，自身信号的稳定无疑将对阀门产生影响。阀位指令分为手动指令与自动指令，手动指令是由人为直接输入的，一般不会产生波动，而自动指令是由DEH系统经过逻辑运算产生的，如果在运算中出现错误就会产生波动，指令出现波动必将导致阀门出现摆动。

另外，在DEH中无论是手动指令，还是自动指令，都将通过阀门流量曲线地换算才能下发到伺服放大器（伺服卡），因此阀门流量曲线是否正确、合适，也将影响阀门正常工作。阀门流量曲线应与阀门实际的通流特性相符，这样才能确保汽轮机的进汽量与当前需求一致，如果阀门流量曲线与阀门实际的通流特性不一致，势必会出现进汽量或高或低，这时DEH的调节作用为了稳定就不断修改指令，于是引起阀门摆动。由于阀门流量曲线不对应引起的摆动一般都是较大幅度的摆动，对汽轮机的影响也比较大，所以比较容易识别。

3.2 伺服放大器（伺服卡）

图2 伺服卡内部逻辑原理图

伺服放大器是整个控制回路中的核心，相当于大脑，如果大脑出现了问题，那么对阀门的影响是不言而喻的。在实际应用中伺服放大器通常被集成为伺服卡，伺服卡具有接受指令、反馈信号，阀门线性整定，进行PID逻辑运算，输出控制指令等作用。图2是一个典型的伺服卡内部逻辑及原理图，可以看出伺服卡内部的设置与逻辑还是比较复杂的，同时承担的功能也较多，所以有许多环节都可以影响到输出指令，通过指令即可影响到阀门，下面就针对能引起阀门摆动的几条重要因素进行具体分析：

3.2.1 伺服卡设置。伺服卡内部电路比较复杂，应用功能较多，为了满足实际应用中不同的需求，伺服卡内部通常设计了许多可以调整的设置，在使用前要正确地设置各项功能，才能使伺服卡正常工作。现在伺服卡生产厂家较多，卡内的设置也是各有不同，有的采用拨码开关，有的采用跳线，有的使用电位器，也有的使用软件设置，错误的设置也是导致阀门摆动的因素

之一。

3.2.2 PID参数整定。伺服卡内部具有PID调节作用，通过阀位指令与阀位反馈的偏差计算，最终输出一个电流信号去调节伺服阀。目前电厂应用的所有伺服卡基本上只有比例和积分调节，微分调节没有采用，那么就要求比例和积分的参数设置要准确，在许多阀门摆动的案例中都是因为参数设置不对，尤其是积分的设置，如果积分作用设置过强，就很容易引起阀门摆动。

3.2.3 伺服卡接线。从图2中可以看出，伺服卡的接线也是比较复杂的，同时对信号的要求也比较高，错误的接线和信号也可能导致阀门的错误动作，其中也包含了摆动的可能性，比如LVDT线圈极性接反、手动增减信号误发、保护信号误动等。

3.3 LVDT

LVDT位移传感器是汽轮机调节阀门反馈信号的测量元件，根据其测量特点在选型、安装方面都有严格要求，如果出现差错容易出现测量误差，从而导致反馈信号偏差，导致阀门出现摆动。LVDT容易出现问题的因素有以下三点：

3.3.1 LVDT选型。所有的LVDT都有测量范围，汽轮机调节汽门也是具有各自的行程范围，所以就要求根据阀门的行程范围选择与之匹配的LVDT，LVDT的测量范围要大于阀门的行程，这样才能有效地测量阀门行程，否则就会出现误差，同时LVDT的量程也不能超出阀门行程过多，否则会降低测量精度，影响反馈精度。

3.3.2 LVDT的安装。LVDT的内部有一个可自由移动的杆状衔铁，在测量时要求保证衔铁的移动畅通，无阻碍、无摩擦、无弯曲，否则势必会影响测量。这样对LVDT的安装就提出较高的要求，首先要保证安装到LVDT的最佳测量范围，其次安装时要确保衔铁的自由移动，最后还要考虑到热膨胀对其的影响。

3.3.3 LVDT的固定。LVDT的固定对于稳定的运行十分重要，如果固定不牢固在运行中容易松动，这样在测量时就会产生误差，因此而导致阀门摆动的事例也十分多见。

3.4 动圈式伺服阀

动圈式伺服阀是一种高精度的执行机构，阀体内部的油路非常细小，极易出现卡涩导致油路不畅或关闭不严，无法准确地控制油动机开关，造成阀门摆动。通常此类原因引起的阀门摆动幅度比较大。

3.5 油动机及阀门本体

油动机及阀门本体由于自身的制造工艺、安装工艺或是长期运行后出现磨损等因素影响，也会出现卡涩现象，有时也会导致阀门摆动。此类的摆动一般周期长，无规律性。

4 解决方案

找到了阀门摆动的原因，在出现阀门摆动后如何解决，下面就针对不同因素逐一提出解决方案：

4.1 阀位指令问题

阀位指令问题一般出现在两方面：一方面是DEH自动调节回路问题，这方面问题可以通过查看趋势找到原因，调整自动调节回路参数解决问题；另一方面是阀门流量曲线问题，这方面问题的出现需要重新核对曲线，必要时需要重新进行流量曲线的测定，修正了流量曲线即可解决此问题。

4.2 伺服卡问题

伺服卡出现问题首先要检查伺服卡的各项设置，正确调整伺服卡的各项设置，可以让它正确工作。PI参数的调整，通过整定PI参数，找到合适的参数解决问题。检查伺服卡接线及信号，调整正确的接线，处理错误的信号。

4.3 LVDT问题

按要求选择LVDT，不能小，也不能过大。检查LVDT安装位置，检查LVDT有无卡涩、弯曲、磨损、松动等现象，通过重新安装定位或更换受损的LVDT，注意处理过LVDT后要重新进行阀门线性整定。

4.4 伺服阀问题

伺服阀卡涩的原因有两种：（1）EH油质不合格，油内杂质超标致使伺服阀卡涩；（2）伺服阀长期使用后的磨损。不论是哪种原因，在处理时都是要求保证EH油质合格，对于出现故障的伺服阀进行清洗或更换。

4.5 油动机及阀门本体问题

出现此类问题时要求对油动机及阀门进行重新安装，并检查各部件是否完好，部件之间的间隙是否合适，必要时要重新加工。

5 结语

可以引起汽轮机调节汽门出现摆动的原因较多，许多阀门摆动问题都不是单一因素引起，在分析和处理具体问题时要全面考虑，同时更需要注意的是在不停机的前提下如何处理问题，什么问题必须停机处理，什么问题可以不停机处理，在处理前要做好安全措施，在确保汽轮机安全运行的前提下解决阀门摆动问题。

参考文献

[1] 北京日立控制系统有限公司.LYF710A模板使用说明书[S].

（责任编辑：秦逊玉）