REXA Xpac执行器故障分析处理及维护

潘彤梅

（华能武汉发电有限责任公司，武汉 430415）

0 引言

REXA Xpac是一种由微处理器控制的、集成式电子液压执行器和驱动器。REXA Xpac执行器包含两个主要部分，即执行器（油缸、反馈装置和电液动力组件）部分和控制箱部分。执行器部分的核心是电液动力模块，包括马达、齿轮泵、流量匹配阀、储油箱、加热器等。控制箱包括位置控制处理器、电源、马达驱动器、保险丝和电源滤波器，以及接线端子。执行器装在驱动装置上，控制箱远程安装，通过模块电缆和反馈电缆连接控制器和执行器（见图1）。位置控制处理器（PCP）能够对执行器的各种故障进行诊断，错误代码以两位字母表示在五位显示屏上，错误代码的前面显示“E-”字样[1]。

图1 REXA Xpac执行器结构示意图Fig.1 Structure diagram of REXA Xpac actuator

阳逻电厂300MW机组的小机低压调门和高低压旁路减压阀均已改造，由REXA Xpac执行器控制。近几年，REXA Xpac执行器出现一些故障，严重影响了机组的安全经济运行，特别是执行器失控造成小机转速失速，危及汽包水位的控制，威胁到机组的安全、稳定运行。

1 REXA Xpac执行器故障现象

REXA Xpac执行器故障现象详见表1。

表1 REXA Xpac执行器在运行中出现的故障现象Table 1 Fault phenomenon of REXA Xpac actuator in operation

2 REXA Xpac执行器故障分析及处理

2.1 REXA Xpac执行器运行中卡涩、拒动

#1～#4机A、B小机低压调门由电液转换器控制改为REXA Xpac L2000-2-0.5D-P执行器驱动。早期改造的#1、#3机A、B小机低压调门4台REXA执行器运行一段时间后，在自动调节过程中均出现执行器卡涩不动的故障，造成小机转速无法调节，影响汽包水位的控制，给机组运行带来隐患。这种现象频繁出现在高温的夏季，卡涩时REXA就地控制器显示故障代码“E-ST”。卡涩后，将执行机构用手柄略微摇动一点，执行机构即恢复正常控制。

2.1.1 原因分析

“E-ST”故障代码提示有4种情况：执行器不运动，马达因动力不足而停转；执行器不运动，但马达旋转；执行器不运动，同时马达不旋转；弹性连接轴不压缩[2]。控制器发“E-ST”故障时，驱动器无法响应自动控制，执行器处无法控制状态。

根据执行器手摇可恢复的情况，分析故障可能性为：

1）执行机构杠杆卡涩、别着劲，动作不灵活。

2）夏季执行机构油温过高，油的粘度下降，致使齿轮泵无法输出所需压力。

3）执行机构杠杆设计存在问题。

4）执行机构驱动力量不足，1/2D型动力模块选型存在出力不足。

2.1.2 针对这种故障现象，采取了以下措施

1）制定小机REXA执行机构卡涩应急处理方案，以便热控人员正确有效处理突发执行机构卡涩故障，确保设备的安全运行和人身安全。

2）联系厂家，利用停机机会在REXA执行器杠杆加导向铜套，问题得到缓解，但执行器在夏季运行中又陆续出现卡涩问题。

3） 在DCS逻辑中增加小机REXA执行器控制指令与REXA执行器反馈偏差大跳遥控逻辑，增加“小机执行器指令与反馈偏差大”声光报警，及时提醒运行人员注意。

4）利用机组大修，将4台REXA执行器返厂对本体进行检修，更换所有密封件及粘度系数高一档的油质。

5）对控制箱内马达驱动器进行更换，将马达驱动器由欧姆驱动器更换成科尔摩根驱动器，输出力增加到原来的1.5倍，同时对控制底板及接线进行更改。

6）减小错油门下弹簧刚度。测绘原弹簧结构尺寸，设计新弹簧，在不改变油动机静态、动态特性前提下，减小弹簧刚度，可减少阻力约一半左右。

7）要求REXA厂家在试验台上对原始状态进行充分试验，解体研究故障性质，在试验台上进行开放实验，观察任意位置时的杠杆运行状况，针对杠杆系统做进一步优化处理。

#1、#3机小机执行器杠杆进行改进并更换了执行器马达驱动器后，运行状况良好。运行几年，没有再发生因杠杆原因导致执行机构卡涩现象。

2.2 REXA Xpac2执行器控制器死机、执行器失控

#4机A、B小机低压调门由电液转换器控制改为REXA Xpac 2代X2L2000-02-1/2D-PNP执行器驱动，REXA Xpac 2控制箱内马达驱动器采用科尔摩根驱动器。机组运行中#4机A小机REXA执行器突然失控，执行器在69%的控制指令下快速移动到低位，带动调门油动机至全关位，并无法操作。REXA控制箱控制面板窗口显示故障状态“stall”，并提示“P LOW”。在控制箱切手动，操作执行机构无效。

2.2.1 原因分析

“stall”故障状态为停机，导致停机的潜在原因有：校准错误、机械限位卡阻、输出力不够[2]。查看DCS系统A小机控制指令和位置反馈历史曲线，指令与反馈历史曲线吻合很好，无机械卡涩现象，故障时调门反馈和小机转速快速下降，判断控制器校准错误导致停机故障。

2.2.2 处理办法

1）将控制箱停电复位，故障代码消失。操作执行器，执行器可动作，阀门动作无卡阻，但不能保位，执行器自动运行到全关位。

2.2.1 核心作者分析 通过检索得到的期刊进行整理、统计得到图2、表1。在文献计量学中，核心作者在学科内具有突出影响力，是学科发展演进过程中推动学科发展的内在力量[7]。

2）将控制箱停电，检查执行器的连接轴及连接电缆、控制指令、反馈部件等没有找到问题，控制箱停电、送电几次后，操作执行器动作正常。

3）调整REXA执行器全关位参数PL，使控制器显示窗P LOW消失。REXA执行器投入运行正常。

4）判断REXA Xpac 2控制器软故障，将控制箱整体返厂，更换新控制箱。更换新控制箱后，运行几年均正常。

2.3 REXA执行器漏油、拒动

REXA执行器是集成式自带油源的电液执行机构，油箱安装在执行器的右后侧，通过端盖上伸出的直径为1/2英寸的指示器来识别油箱的油位[1]。4台机组高旁减压阀、低旁减压阀普遍出现执行机构渗油现象，执行器上指示油标凹入，漏油严重时执行器无法操作。

2.3.1 原因分析

REXA执行器漏油有溢流阀溢流，结合面密封松动，密封件老化等原因。

在液压动力单元的上方，有一个溢流阀限制油箱中的压力不超过50psi。当回油溢流阀在上位时，多余的油液和空气将从该溢流阀溢出[1]。

随着执行器运行时间长，阀门及执行器所处的环境温度较高，阀门阀体的保温不佳，测阀体的温度有时高达150℃以上，热传导和热辐射致使电液执行器常期高温，导致执行器密封件老化情况比较普遍。

2.3.2 应对措施

油泄漏的位置和大小决定执行器操作的状况：正常工作、无规律工作、不能工作。

1）热渗漏。当油箱充满油液或者执行器长期暴露在温度不断增加的环境中时，回油溢流阀将有渗油现象发生，这种渗漏很正常，但一旦温度稳定以后渗漏应立即停止。为防止溢流阀渗漏，冷态时加油不要加得太满。热态运行时如油标指示器伸出超过最大标记线，可以打开朝下的溢流阀，适当释放一部分油。如果温度稳定后，回油溢流阀仍然持续渗漏并且执行器没有移动，应检查溢流阀中的密封件和O型圈[2]。

2）定期紧固结合面固定螺丝，避免因螺丝松动导致密封不严。

3）密封件轻微漏油无法消除，当油标指示器伸出部分小于1/4英寸时，为不影响执行器动作，可在电液动力模块的注油口加入美孚5W-50机油，油标指示器大约伸出3/4英寸即可，加油后执行器应可以操作。

4）密封件老化漏油比较厉害来不及解体更换密封件时，注油仍不能正常操作的，可以把电液动力模块的手柄取下，用手持电动钻式驱动器（REXA厂家配置）驱动手柄的连接轴，带动门动作。

5）根据泄漏的部位：结合面、油缸衬套处、活塞密封处，停机时及时更换执行器泄漏部位的密封件。

执行器漏油不仅影响执行器的操作，同时也是生产中的安全隐患，运行中旁路减压阀阀体温度高，渗漏的油流至阀体上，极易发生火灾事故[3]。

为解决旁路减压阀漏油这个故障和安全隐患，应该改善旁路减压阀的运行环境，降低执行器的温度，在旁路减压阀阀体保温上进行保温改进。#3机低旁减压阀在机组运行中执行器温度经常高于150℃，密封件老化厉害。因此，利用大修期间执行器返厂检修的机会进行了隔热二次改造，以提高执行器运行的可靠性。改造的核心出发点是降低阀门对电液执行机构的热传导和热辐射，从而降低执行机构的工作环境温度（见图2）。改造方案如下：

图2 执行机构二次改造示意图Fig.2 Schematic diagram of secondary transformation of actuator

1）降低阀门与执行机构之间的连接支架对电液执行机构的热传导。在执行机构和阀门连接支架间增加一个厚度为5mm～10mm的隔热板，避免执行机构与阀门连接支架大面积金属接触。该隔热板能有20℃～50℃的温度下降梯度。

2）降低阀门对电液执行机构的热辐射。为了进一步降低阀门对电液执行机构的热辐射，在连接夹板（哈夫套）靠近阀门端增加一个不锈钢薄圆盘（通过螺钉固定到夹板上），延缓阀门端高温对执行机构的热辐射。

从隔热二次改造结果看，执行器处的表面温度略有下降。降低执行器运行温度，首要是做好阀体的保温。

因旁路减压阀运行时阀体温度高，执行器密封件老化比较快，定期更换密封件非常有必要。这几年旁路减压阀执行器在机组大修中返厂检修，更换全套密封件，执行器漏油情况得到改善，极大提高了执行机构的运行可靠性。

2.4 REXA控制箱内马达驱动器损坏

高旁减压阀、低旁减压阀控制箱均配置2台科尔摩根驱动器，执行器L8000-6-2D-P配置2套D型电液动力模块，1台马达驱动器对应1套D型电液动力模块。正常运行时，2台马达驱动器同时工作，驱动2套电液动力模件中的马达转动。运行几年后，4台机8个旁路减压阀的控制箱除#2机改造时间不长外，其他机组旁路减压阀控制箱都只剩1台马达驱动器正常运行，故障的马达驱动器显示窗口黑屏或显示F1。操作时，对应电液动力模块的马达不动作。控制箱控制器显示窗口交替显示执行器位置反馈值和“E-df”，“E-df”指示驱动器故障，执行器按单动力组件方式运行，行进速度减半。

2.4.1 原因分析

REXA执行器出现漏油的初期没有引起重视，旁路减压阀运行中指令全关位，因力矩不够无法到达全关位或执行器发生“漂移”时，执行器油缸杆向所加负载方向缓慢运动的开度偏差，超过所设定的死区时控制器会不断去修正，使马达驱动器长时间驱动马达转动，又因泄漏，油压低驱动力不足，马达转不动，使马达驱动器过负荷。长时间过负荷，导致马达驱动器损坏。

2.4.2 应对措施

加强日常巡检，发现油标伸出部分小于1/4英寸时，及时处理泄漏和注油。定期检查执行器无操作时马达驱动器的声音，如驱动马达发出声音或声音异常，可适当调整阀门全关位的PL值，减小指令与反馈的偏差，或调整控制死区。在阀门移动到全关位时，驱动力要求大，马达出力达到最大，如PL值调整不合适，马达驱动器一直高负荷运行，最容易受到损坏。阀门检修后调整阀门行程，确定PL值时，操作阀门关闭，在PL值变化非常小且马达驱动器的声音开始有异常变化时，应停止操作。这时应略回操作执行器，确定PL值。

3 加强REXA Xpac执行器的巡检、维护

REXA执行器的故障隐患，如控制箱温度过高、执行机构漏油、缺油、连接部件松动、驱动器故障、杠杆轴套磨损老化等，通过日常巡检及时发现并妥善处理，可以预防事故发生。因而要加强对REXA执行器的日常巡检，巡检时查看执行器、控制器的运行状态及温度是否偏高，执行器油标指示的油位情况，执行器漏油情况，执行器与阀门的连接部位有无松动，DCS系统执行器控制指令和反馈的数据曲线有无异常，听马达驱动器和马达有无异常的声音等，将缺陷、故障发现在萌芽状态，对设备异常提高警惕性，发现问题尽快解决处理。做到控制器环境温度合适（无高温和结露），驱动器工作正常，油位合适，密封紧固无渗漏，连接件紧固，确保执行器安全可靠运行。

加强日常维护的同时，定期检修工作要做到位：执行器定期返厂检修，执行器密封件定期更换，执行器各连接部件定期紧固等。

建立执行器基础台账，记录部件的规格、型号，检查、更换时间及执行器故障的分析、处理过程及预防措施。故障产生并不意味着事故产生，做好故障的防范才能够避免事故的发生。所以必须做好检查维护方面的工作，及时发现故障，对故障进行控制和排除并做好事故预防措施，避免事故发生[4]。

4 结束语

REXA Xpac执行器在小机低压调门和旁路改造后几年里有效地提高了设备的可靠性，也较大程度地降低了检修人员的维护强度，但由于阀门及执行器所处的环境温度较高等不利因素的影响，REXA集成式电液执行器在使用过程中仍存在一定问题，给机组运行带来安全隐患。不仅要重视执行器的维护和检修，更要加强执行器故障的防控，把好设备选型关，评估执行器各部件的运行寿命以便定期更换，改善执行器的运行环境。做好执行器的安全隐患排查，制定执行器故障可能导致事故的反事故措施。对设备的安全稳定运行积极采取合理的措施及对策，将对电厂整个系统的安全稳定运行提供可靠的保证。