新型调节阀位置反馈装置的开发与应用

□胡海波

一、引言

位置反馈装置是电动调节阀重要组成部分，其主要功能是将阀门机械开度以要求的模拟量反馈至控制系统。调节阀的开度反馈除了告知机组操作员当前阀位实际开度之外，还有可能参与系统的相关保护或控制。俄罗斯电动调节阀电动头内的位置反馈装置可靠性低，机组运行期间缺陷频繁，这些缺陷造成了电动调节阀无法正常运行，进而影响系统和机组的稳定性。

在总结整理俄供的位置反馈装置存在问题及实际工况需求的基础上，研发了一套新型调节阀位置反馈装置，根据行业相关标准制定了型式试验的要求，并安装到现场进行了功能验证。

二、俄供位置反馈装置存在的问题

电动调节阀位置反馈装置主要原理是将电动头的输出角度通过减速齿轮或直接传递至位置反馈装置，位置反馈装置利用类多普勒曲面的凸轮和杠杆将角位移转化成位置反馈模块中差动变压器铁芯的线性位移，反馈装置控制板上的差动变压器，将位置信号转换成电信号，经后级V/I转换电路输出反馈电流信号。

此类型位置反馈装置的设计存在一定的缺陷，主要是以下几种。

(一)输出值突变。俄供位置反馈模块抗干扰能力差，设备周围有电焊施工之类较大电磁场影响下，其输出的4～20mA电流可能出现突变。位置反馈模块在使用一段时间后，输出电流也有可能出现不明原因突变的情况。

(二)模拟量输出突然消失。俄供位置反馈模块在使用一段时间后，容易出现开度突然消失的缺陷，造成主控OM画面失去开度显示，并有可能造成控制系统连锁反应。

(三)调节区间变化。俄供位置反馈模块在使用一段时间后，因凸轮材质不耐磨造成凸轮表面磨损，同样位置的模拟量输出出现变化，引发调节阀的开度反馈整体变化。

(四)制造工艺粗糙，尺寸精度低。俄供位置反馈模块限位反馈凸轮及开度反馈凸轮制造工艺粗糙，装配尺寸精度控制低，转动部件的轴向固定及传动啮合不佳，在振动较高的工况下容易出现传动失效、输出线性不佳等缺陷。

三、新型位置反馈装置的设计制造

(一)整体设计思路。根据电子行业内对角位移测量的成熟技术，设计一种全新的位置反馈装置主框架如图1所示。

图1 整体功能流程框架

其中，机械限位单元主要由机械固定接口、框架、传动轴、凸轮、微动开关等组成，完成装置的固定、机械传动、设定开关限位的触发、限位信号的传送；传感器完成机械转动角度信号到SER信号的转换；电控单元主要完成角度信号的采集、处理及转换，最终输出4～20mA电流信号。

(二)工作原理设计。阀门位置反馈装置与电动调节阀同轴安装，4个微动开关可标定阀门开关限位点，同时机械限位单元将输出轴的转动角度信息传送至传感器，传感器将机械转动角度信号转换成相应电信号，由电控装置将电信号最终转换成4～20mA电流信号输出。

阀门位置反馈装置安装到电动调节阀上使用时，需要对凸轮位置及对应的电流信号4～20mA进行调整校准。将位置反馈装置安装到电动调节阀上以后，调整阀门至全关状态，然后转动关限位对应的凸轮至刚好触发关限位微动开关的位置，传感器输出位置信号，并通过电控单元调整此时的电流输出为4mA；反向调整阀门至全开状态，然后转动开限位对应的凸轮至刚好触发开限位微动开关的位置，传感器输出另一位置信号，并通过电控单元调整此时的输出电流为20mA；电控单元经过特定的逻辑处理，将阀门的角度位置转换成4～20mA电流值。

四、型式试验要求

根据电子产品常用标准内容中对工业电子设备的要求，综合考虑现场运行时可能遇到的工况，确认新型位置反馈装置需进行性能试验(包括电压突变影响、电压短时消失影响等)、电磁抗干扰试验。

根据阀门相关常用标准内容中对安全级阀门要求，筛选部件功能参与整机试验重要部分的各类试验，参考1E/K3级阀门鉴定试验要求，确认新型位置反馈装置需进行热老化试验、循环老化试验、湿热老化试验、机械振动试验、地震模拟试验，这部分试验需安装到电动头内进行。

(一)性能试验。按照已经指定的技术要求，新型位置反馈装置必须完成相应的试验，其结果能够满足技术参数所要求的范围。在此基础上，还应参考GB/T 3797-2005(电气控制设备)完成电压突变及短时消失情况下的性能鉴定。

(二)电磁抗干扰试验。电磁抗干扰试验相关的标准主要有IEC 61000：2000(Electromagnetic Compatibility (EMC))、GB/T17626-2006(电磁兼容)，因两个标准技术内容接近一致，此项试验可依据GB/T17626-2006(电磁兼容)进行。

(三)热老化试验。与阀门热老化试验相关的标准主要有：EJ/T1022.11-96、IEEE std 382-1996、NB/T 20093-2012、GB/T 12727-2002(核电厂安全系统电气设备质量鉴定)、IEEE Std 101-1987(Guide for the Statistical Analysis of Thermal Life Test Date)。分析认为IEEE std 382-1996标准中的Part-Ⅲ—Tests部分2. Normal thermal aging test中对热老化试验进行了详细描述，标准附录C中对试验的温度及变化要求进行了详细的描述和要求。较为适用新型位置反馈装置的热老化试验。

(四)循环老化试验。与阀门循环老化试验相关的标准主要有：EJ/T 1022.11-96、NB/T 20093-2012。EJ/T 1022.11-96标准中6.6.1机械磨损老化试验中对循环老化试验进行了较为简单的内容描述，仅要求电动装置在加载情况下进行2,000次循环。NB/T 20093-2012标准中12循环老化试验对试验进行了详细的描述，并对开关型、调节型电动装置进行了区分。

综上所述，确认新型位置反馈装置应按照NB/T 20093-2012标准对调节型电动装置进行循环老化试验。

(五)湿热老化试验。对湿热老化试验有要求的标准主要有NB/T20079-2012和GB/T 2423.4(电工电子产品基本环境试验规程试验：交变湿热试验方法)，其中NB/T 20079-2012标准仅对电动头执行湿热老化的步骤进行描述，未对试验条件进行描述，且其试验结果主要针对电动头。而GB/T 2423.4对湿热老化试验的条件更适用于电动头电工电子部分，标准中对试验方法、试验条件进行了详细的描述，适用于此位置反馈装置。

(六)机械振动试验。与阀门振动试验相关的标准有：EJ/T1022.11-96、IEEE std 382-1996、NB/T 20093-2012、NB/T20079-2012、GB/T2423.10-2008。分析讨论得出GB/T 2423.10-2008是针对电子产品抗振动试验，内容包括了各类型振动的分类试验方法及验收标准，比较适用于电子产品的振动试验。

(七)地震模拟试验。与阀门地震模拟试验相关的标准有：OTT-87、EJ/T1022.11-96、IEEE std 382-1996、NB/T 20093-2012、NB/T20079-2012，分析讨论得出NB/T 20093-2012标准的15地震模拟试验中对试验的目的、准备及试验过程进行了描述，在附录C(标准中是附录B，有误)中对原理进行了描述。试验的技术内容与IEEE std 382-1996相同，选取的技术参数及包络图也一致，试验参数较完整，标准参数高于其他标准，适用于此新型位置反馈装置的地震模拟试验。

五、安装功能试验

新型调节阀位置反馈装置已在电厂安装使用，在完整的实现原俄供位置反馈装置功能的基础上，凭借其优越的性能，彻底解决俄供电动调节阀开度异常波动、漂移等情况，并减少调试所需时间。

为了进一步验证新型位置反馈装置性能，选取了电厂最高环境问题、最高振动水平、使用频率最高三种工况进行了安装试验。经过一个大修周期的验证，这些位置反馈装置实现了既定功能，并未表现出任何性能降质或缺陷的情况。截至目前，这些恶劣工况下的新型位置反馈装置已稳定运行两个大修周期，尚未出现任何缺陷。

综上，新型调节阀位置反馈装置在完整的实现原俄供位置反馈装置功能的基础上，其优越的性能，彻底解决俄供电动调节阀开度异常波动、漂移等情况，消除了俄供位置反馈装置故障频发的缺陷，减少调试所需时间。

六、结语

VVER核电机组大量安装使用俄供位置反馈装置，这些位置反馈装置可靠性低，备件更换较为频繁，因结构及接口与国内其他电动调节阀电动头存在较大区别，历史上只能依靠进口备件使用。通过科研活动，研发出一套国产的位置反馈装置，成功解决了设备可靠性低的问题，并摆脱了对俄供设备的依赖，降低了备件采购成本。

本项目的研究成果在生产中已成功应用，完整地实现原设备功能的同时，减少了设备故障次数，根本上解决了实际问题，提高了核电站电动调节阀运行可靠性，保证了电站安全稳定运行。