汽轮机调节阀门波动原因分析

薛颖毅

（山西兴能发电有限责任公司， 山西 古交 030200）

引言

数字电液控制系统指的是通过计算机控制器与电液转换系统，控制汽轮机的调节汽门，使汽轮发电机组实现智能化控制的系统。在机组运行过程中，汽轮机的转速与整个机组工作负荷直接影响着数字电液控制系统的运作效率，进而对发电质量与作业安全产生极大的影响。特别是近年来，机组负荷运作过程中汽轮机调节阀门波动的发生频率与数量越来越高，造成了机组负荷与压力值等运行参数的过大波动，对机组的稳定、安全运行造成了严重阻碍[1]。

1 数字电液控制系统的工作原理

数字电液控制系统包括了伺服阀控制回路与转速、功率控制回路，分别对阀的定位与机组的转速、功率进行PI调节规律的闭环控制，如图1所示。

图1 数字电液控制系统控制回路原理

从上图来看，数字电液控制系统工作原理主要为：首先，计算机在处理调节阀电气信号后发送至伺服阀的放大器，并由后者进行放大。之后电液转化器收到放大的电气信号后将其转成电压信号，伺服阀接收到该信号后便将主阀移动，同时把液压信号也进行了放大，这样就能够使得动力油开放流到油动活塞下腔实现向上移动操作，然后通过杠杆作用将调节阀开启。而要想将调节阀关闭时只需把动力油排出让油动机活塞下移便行[2-3]。另外系统中，油动机的活塞移动带动了一个传感器的线性位移，同时将位移转换为负值电力信号，并与计算机控制系统传送过来的信号相加，当两者相加使伺服控制器的信号值为零时，中间位置将出现伺服阀的主阀，严防高压油与压力油的泄露，此时调节阀停止移动，等待新一轮的调节工作。

2 引起调节阀门波动的原因分析

在伺服阀控制回路系统中，任何设备在运行中产生问题都将造成调节汽门的波动，例如：

1）控制器是保证计算机指令稳定的关键所在，一旦发生故障将会造成调节阀门的波动，而加强对主控制器的常规检查，尤其是对输出的信号进行波动性监视，才能全面地发现问题，及时解决。采用数字电液控制系统原理的控制系统，其故障诊断功能指，使这类问题得到了高效解决。

2）油动机的动力油压也关系着调节阀门的波动，可使用检测排除法对动力油压进行实时监视，以确定阀门的波动是否与动力油压有关。

3）根据相关研究表明，油动机的正常运行还与伺服阀的卡涩程度息息相关，伺服阀的动作不稳定也极易产生波动，甚至需要对阀门进行放大或缩小的调节才能确保阀门的正常运行。

4）反馈装置引起的波动经常发生在阀位反馈的过程中，对实际阀门与阀位反馈曲线的波动趋势进行一致性判断，以确定一段时间内调节门波动与阀位反馈波动是否有关。如下页图2中，由向开方向跳变，后向关方向跳变的有A、B、C三处，恰恰与实际的阀门跳动方向相反，以及阀位的跳动往往出现在阀门动作之前。从调节原理上看，调节门的波动是伺服阀控制回路中的阀位信号跳变造成的。据此可对调节门的波动成因作出准确的判断——反映阀门位置的位移传感器故障[4]。

3 解决办法

3.1 针对伺服卡故障的措施

传统的拆线加电压法，已然不适用于现今对阀门调试的要求，进而摸索出了一种适用性更强的调试方法与调试步骤。

图2 阀门波动过程中的阀门反馈曲线

1）开环调节。数字电液控制系统的指令信号强制为0，把就地阀门全部关闭，将零位电压器的电压值调整到0.28～0.30 V。满度时将指令信号值强制为100，此时将就地阀门全部放开，满度电位器电压值调整到9.8～10 V。值得注意的是，在此过程中万用表的正极与负极一定要连接正确，确保伺服阀的偏电压为零，避免阀门震荡的产生。

2）对伺服卡的参数进行统一设定。若是仅仅对单个阀门进行平稳调试，将导致伺服卡的运算参数中积分时间设定的差异。大致产生纯比例调节、2 s积分时间设定以及4 s积分时间设定三种，积分时间设置的不一致将导致调门动作时间的快慢差异，在运行过程中，对数字电液控制系统的自动调节控制回路造成极为严重的干扰，形成在总调门指令不变的情况下各个阀门的调节失控。因此，必须对伺服卡上的积分时间作统一的设置，确保阀门的动作依照指令进行快速调整。

3.2 针对线路故障的措施

1）对所有的回路进行检查，尤其是调门指令的清零回路必须确保正确。避免发生逻辑指令对单个调门的快速动作产生不利影响。

2）因为电压的变化将导致调门反馈值的异常，必须对控制系统直流电源的回路进行测量检查，做好电源电压运行情况记录，及时作出调整确保电压的稳定，避免电压变化造成的卡件故障[5]。

3.3 针对位移传感器故障的措施

3.3.1 位移传感器原理

位移传感器的原理就是将数字电液控制系统的位移转换为电信号。线性位移传感器是汽轮机控制系统中普遍运用的传感器，主要由芯杆和外壳构成。一个初级线圈与两个方向连接的次级线圈共同组成了传感器的外壳，前者用来供给交流电源，后者分别感应的电动势差值刚好为前者净输出值；当这两个次级线圈的电动势一致时，芯杆刚好处于两者中间输出的信号值恰好为零。当芯杆与线圈发生相对移位时，产生的电动势经过整流、滤波转换为相对位移的信号值，因为芯杆与油动机通过活塞进行连接，所以产生的信号值也可以用来描述油动机的位移，也就是调解阀的开度。磁滞式位移传感器则是另一种阀位反馈检测装置，通过感应棒对汽门阀杆上移动磁环的移动检测得出的位移值经过电子线路的转化后输出相应阀位反馈的信号。

3.3.2 位移传感器故障的处理

位移传感器思维线性移动对阀门位置进行了反馈标注，并根据阀门的变化而改变。长期以往，在芯杆与线圈的相对移动中不断地发生摩擦，导致芯杆与线圈的磨损，进而影响传感器信号的输出，反馈的位置不稳定导致了阀门的波动。甚至芯杆与线圈发生相互卡塞的可能，而位移信号增大到一定程度后将使芯杆产生一个跳动，在调节回路的共同作用下，造成汽门的大幅度波动。

对于磁滞式位移传感器而言，85℃是感应棒工作温度的上限，电子线路的工作温度不超过65℃。但是，由于LDT与油动机紧密连接，越接近汽门阀体，环境的温度也越来越高，以及加上连接部分造成的热传导，导致电子线路的温度超过65℃，影响传感器的正常运行，造成调节阀门的波动。因为磁滞式位移传感器极易受到外界温度的影响，降低其工作温度显得十分重要，可采用风冷却，或热隔离的方法对传感器与油动机产生的热量进行隔绝，尽可能地降低工作温度，确保电子线路工作的正常温度，保证传感器信号输出的稳定，切实落实、解决调节汽门波动的问题[6]。

4 改进措施

导致汽轮机数字电液控制系统（DEH）系统运行不稳定性的因素较多，必须进行定期的维护才能确保系统的可靠性。

1）就地阀门的振动性与汽流声都比较大，为防止出现因线路问题导致的控制系统的不正常，必须对现场的系统线路进行定期加固。

2）为防止系统接口处出现松动，有必要对系统的防振措施以及阀门引出杆定期检查，及时更换受损的零件。

3）开机运行系统之前，阀门试验这一环节必不可少，尤其注重对阀门振动、卡塞情况的检测与排除。

4）应对返修的伺服卡进行严格的质量把控，杜绝返修送回的伺服卡调试正常，却在运行过程出现各种问题的情况发生。

5）在系统的日常运行中，应安排专人对系统的各类控制曲线进行检查，及时处理和预防问题。

5 结论

通过以上分析，不难看出伺服控制回路阀位信号跳变是造成调节阀门波动的主要原因。而伺服阀控制回路的信号值是位移传感器对线圈感应的转换而来的。因此，调节阀门波动的产生与反映阀门位置的位移传感器有着重大联系。