電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)改進(jìn)

電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)改進(jìn)電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)是電站控制系統(tǒng)中較復(fù)雜、技術(shù)含量較高的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，由調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、線性轉(zhuǎn)換單元及控制反饋部件等組成。調(diào)節(jié)型自動(dòng)控制閥隨著大型機(jī)組向、節(jié)能自動(dòng)化方向的不斷改造，已被廣泛地應(yīng)用在機(jī)組汽輪機(jī)、鍋爐的旁路疏水、主給水、減溫減壓等非常重要的部件。而70、80年代的電站調(diào)節(jié)閥己不能適應(yīng)當(dāng)前自動(dòng)控制的需要，必須選用適于當(dāng)前自動(dòng)控制精度高、性能好、功能齊全的電站調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)加以代替。
1.電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)改進(jìn)當(dāng)前存在的主要問題
隨著國外大型機(jī)組的引進(jìn)和受*控制技術(shù)的影響，為提高國產(chǎn)大型機(jī)組的自動(dòng)化控制水平，不斷引進(jìn)上的控制系統(tǒng)（如DCS等）迸行自動(dòng)化控制的改造，但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中又突出反映出被控單元的具體裝置之—。調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)所存在的如下3方面問題：

（1）傳統(tǒng)上采用的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于受北方低氣溫和氣源質(zhì)量等影響，控制系統(tǒng)的可靠性不十分理想，并且相關(guān)配套的氣源生產(chǎn)系統(tǒng)及閥位定位器、氣－電信號轉(zhuǎn)換裝置都給安裝、維護(hù)帶來很大的不便，資金投入也較高。
（2）靠前階段改進(jìn)后，電動(dòng)控制閥系統(tǒng)所采用的英國Rotork執(zhí)行器和美國Limitoque執(zhí)行器的機(jī)械連接（閥體與執(zhí)行器間連接）及與線性轉(zhuǎn)換等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均存在磨損快、不耐用等缺陷，特別是與DCS接口聯(lián)接投入全自動(dòng)以后，在動(dòng)作頻繁的情況下，僅能正常使用2～3個(gè)月就發(fā)生卡閥及關(guān)閉不嚴(yán)等故障，調(diào)節(jié)線性不好、可靠性較差。
（3）上述兩種電動(dòng)執(zhí)行器的軟件系統(tǒng)不*適用黑龍杠省電廠的電動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換等現(xiàn)場操作要求，特別是程序設(shè)定隨工況變化容易漂移，現(xiàn)場調(diào)試難度大，且集成板易燒損，備件昂貴，維護(hù)費(fèi)用較大。
通過上述問題分析可知，提高電站自動(dòng)控制水平必須提高每個(gè)子系統(tǒng)的單元控制水平，才能使電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)為發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保證。

2.電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)改進(jìn)系統(tǒng)的改進(jìn)
自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)由閥門本體、PC控制、線性轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)調(diào)速4個(gè)部分組合而成，將其中3大主要部分分別解體進(jìn)行對比研究。
輸入信號：(一) 模擬信號 a. 4-20mA.DC 輸入阻抗250Ω
                                      b. 0-10mA.DC 輸入阻抗500Ω
                (二) 開關(guān)量觸點(diǎn)控制。
輸出信號：(一) 閥位反饋信號：4-20mA.DC 負(fù)載阻抗≦750Ω
基本誤差：(一) BRIA、BRIM 多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)     ≦±1%
                (二) 標(biāo)準(zhǔn)型角行程電動(dòng)裝置、調(diào)節(jié)型角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)     ≦±1%
                (三) BRIML 直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)     ≦±1%
死區(qū)       0.1～9.9%可調(diào)    默認(rèn)設(shè)置為≤0.5%
中途限位    開限位設(shè)置范圍為   40%~99%
              關(guān)限位設(shè)置范圍為   0%~60%
間隙： (一) BRIM 多轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)    ≤1°
            (二) BRIA 多轉(zhuǎn)式標(biāo)準(zhǔn)型閥門電動(dòng)裝置    ≤1°
            (三) BRIML 直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)    ≤1mm
            (四) 調(diào)節(jié)型角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)    ≤1°
            (五) 標(biāo)準(zhǔn)型角行程閥門電動(dòng)裝置    ≤1°
禁止運(yùn)行時(shí)間    0~99秒可調(diào)
供電電源：   三相三線制，380V.AC±10%， 50Hz±1%
外殼防護(hù)等級：IP68
防爆等級：  (一) 遙控器本安型 ibII BT4
              (二) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)為隔爆型d II BT4
輸出觸點(diǎn)容量： 250V.AC ; 30V.DC,
使用環(huán)境條件： (一) 環(huán)境溫度： -25～+70℃ (隔爆型：-20～+60℃)
                 (二) 相對濕度： 5%～98%;
                 (三) 大氣壓力： 86～106kPa;
                 (四) 空氣介質(zhì)： 周圍空氣中無腐蝕性氣體
抗干擾指標(biāo)： a、外磁場 ≤400A/m 50HZ
               b、共模干擾 250v, 50HZ
               c、串模干擾 有效值為1v的交流信號
                           頻率為50Hz，相位0~360°
               d、靜電放電： 4kV
               e、電快速瞬間脈沖群： 電源端1000v； 信號輸入端；500V
               f、射頻干擾： 頻率80～1000MHZ， 試驗(yàn)場強(qiáng)3V/m，距離1m

2.1 電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)改進(jìn)
按發(fā)電廠所用調(diào)節(jié)閥的要求，視具體情況而有所不同，從較平靜的低壓冷水流量調(diào)節(jié)到給水泵再循環(huán)的高壓降，對調(diào)節(jié)閥的要求就不一樣。較的情況，就是繁重的操作條件引起很大噪音以及有強(qiáng)烈破壞力的磨損和氣蝕，這些情況偶爾失察，便會很快破壞閥內(nèi)件，令調(diào)節(jié)閥不能工作。根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，世界上較大的生產(chǎn)電站閥門的專業(yè)公司之———美國Fisher公司生產(chǎn)的控制調(diào)節(jié)閥具有耐腐蝕、消噪音、壽命長、內(nèi)件通用更換維修容易、調(diào)節(jié)特性好、適用范圍廣等特點(diǎn)，可為電力工業(yè)調(diào)節(jié)閥的特殊難題提供*而成效的解決方法，故選定該公司的調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品作為基礎(chǔ)。

2.2電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
電動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行可靠性分析，確認(rèn)電動(dòng)執(zhí)行器較適合北方電廠使用。該系列電動(dòng)執(zhí)行器集成了當(dāng)代電氣電子新技術(shù)，使以往利用機(jī)械部件完成的功能實(shí)現(xiàn)了電子控制，電子單元集成了變頻器。電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)，即閥門開關(guān)時(shí)間可調(diào)，并能實(shí)現(xiàn)終端位置的柔性接近以保護(hù)閥門。力矩可調(diào)，可以準(zhǔn)確定位，減少往復(fù)運(yùn)動(dòng)。自身有多種保護(hù)功能，并具有自診斷功能。但SIPOS5系列電動(dòng)執(zhí)行器的PC控制軟件外方并不*提供，使得現(xiàn)場的調(diào)試程序非常復(fù)雜。針對這種情況，認(rèn)真分析了PC控制原程序，重新編制了適合電廠現(xiàn)場操作的調(diào)試程序。

2.3線性轉(zhuǎn)換單元
以往國外自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)，不管是哪種閥門與哪種電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)合在一起，其每部分的自身設(shè)計(jì)都比較完善和，大部分造成閥門損壞、卡死而引起系統(tǒng)停機(jī)等故障均是由一個(gè)不被引起重視的機(jī)械系統(tǒng)而引起的，即線性轉(zhuǎn)換單元裝置。氣動(dòng)執(zhí)行器控制閥門是氣缸內(nèi)塞桿的直接往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而電動(dòng)執(zhí)行器是由PC控制電機(jī)的變速轉(zhuǎn)動(dòng)，必須把準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)矩變成準(zhǔn)確的直線運(yùn)動(dòng)，這在機(jī)械設(shè)計(jì)上也許是比較普通的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，但在電站高溫高壓的管路系統(tǒng)上無論是潤滑、含油、密封、選件方面，還是傳動(dòng)精度的保持性上都是個(gè)難題。
原有設(shè)計(jì)應(yīng)用的線性轉(zhuǎn)換傳動(dòng)副是采用螺母、絲杠滑道夾板結(jié)構(gòu)，把電動(dòng)執(zhí)行器輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)（見圖1），這種外露式簡單傳動(dòng)副存在很多缺點(diǎn)，特別是輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由連接輸出軸和閥桿的夾板夾住滑道使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樯舷轮本€運(yùn)動(dòng)，這樣輸出軸轉(zhuǎn)矩使夾板對滑道的側(cè)向力很大，使夾板與滑道在配合中產(chǎn)生很大的摩擦力，而滑道與夾板、絲杠與螺母之間無法添加潤滑劑，極易磨損，一般使用周期不超過1年，必須定時(shí)予以維護(hù)、更換，這就增加了維護(hù)工作量，同時(shí)也增加了維護(hù)、維修費(fèi)用。同時(shí)，由于電動(dòng)執(zhí)行器的輸出軸與閥桿是簡單的機(jī)械連接，執(zhí)行器按自動(dòng)控制系統(tǒng)給定信號而輸出的力矩往往發(fā)生偏差，不能準(zhǔn)確地傳遞給閥桿，這樣也就不能準(zhǔn)確地控制調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)整精度。而由電動(dòng)執(zhí)行器PC反饋回DCS系統(tǒng)的信號也就不準(zhǔn)確，致使自動(dòng)控制效果差。
　
為解決由于電動(dòng)執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥配套傳動(dòng)部分無法潤滑、易磨損以及調(diào)節(jié)精度差、自動(dòng)控制效果不好等問題，經(jīng)過對*技術(shù)吸收及對電站現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥存在問題的分析和研究，結(jié)合多年積累的經(jīng)驗(yàn)，研究設(shè)計(jì)了一套適用于黑龍江省使用的電站調(diào)節(jié)閥接口技術(shù)改進(jìn)方案，自行設(shè)計(jì)了一套電動(dòng)執(zhí)行器與調(diào)節(jié)閥閥體接口用的線性轉(zhuǎn)換單元（見圖2）。其結(jié)構(gòu)原理是用聯(lián)接法蘭Ⅱ與電動(dòng)執(zhí)行器相連，由花鍵軸接受其軸向運(yùn)動(dòng)，通過兩個(gè)軸套將花鍵軸定位，使其不能做直線運(yùn)動(dòng)，用鍵使連接軸在固定滑道內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng)?；ㄦI與連接軸通過螺母套連接，將花鍵軸的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為連接軸的直線運(yùn)動(dòng)。聯(lián)接法蘭Ⅰ通過固定支架與閥桿相連，軸頭與連接軸相連，其上有一注油杯，可以隨時(shí)注入潤滑油。閥門閥桿與軸頭相連，使閥門開或閉來進(jìn)行調(diào)節(jié)。應(yīng)用新研制的接口技術(shù)生產(chǎn)的線性轉(zhuǎn)換單元具有如下特點(diǎn)：
（1）配合摩擦部件因密封在油脂中，解決了無法潤滑和易摩擦的問題，使用壽命大大延長。
（2）解決了螺母絲杠副與滑道夾板結(jié)構(gòu)間隙大的問題，進(jìn)一步提高了調(diào)節(jié)精度。
（3）解決了滑道夾板結(jié)構(gòu)傳動(dòng)中閥桿擺動(dòng)問題，傳動(dòng)更平衡，延長了閥門的使用壽命。
（4）減少了維護(hù)次數(shù)，降低維護(hù)費(fèi)用。
　
3.電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)應(yīng)用與測試
通過對引進(jìn)技術(shù)的消化和對電站電動(dòng)控制閥系統(tǒng)進(jìn)行的較深入的研究，形成了成型技術(shù)，并于1998年開始廣泛地應(yīng)用于電站減溫減壓系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)等。還對電動(dòng)控制調(diào)節(jié)器閥整機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格完整的試驗(yàn)、檢測，有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：
基本誤差，土1.8%；
回差，1.0%；
死區(qū)，1.1%；
額定行程偏差，1.2%；
阻尼特性，無擺動(dòng)；
工作環(huán)境，溫度－20～ 60 ℃，
濕度，≥85%；
工作制式，S4/S5；
動(dòng)作頻率 1200 C/h；
防護(hù)等級，IP67；
噪音水平<65dB； 開關(guān)速度范圍，12.5%～99%； 反饋精度≤0.5%； 輸入信號0～10mA或4～20mA； 反饋信號，4～20mA； 泄漏等級，ANSI IV。 結(jié)果證明可以達(dá)到電廠實(shí)際生產(chǎn)的要求，而且還達(dá)到或超過GB10869-89的要求。

4.電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析
對電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)后與國內(nèi)外產(chǎn)品進(jìn)行了比較分析，見表?！?br />（1）間接效益分析。按100臺計(jì)算，每年可直接節(jié)省維護(hù)費(fèi)用10萬元。
（2）直接效益分析。采用自行研制的線性轉(zhuǎn)換單元，每臺電動(dòng)調(diào)節(jié)閥可節(jié)省5300多元，按100臺計(jì)算，每年可節(jié)省53萬元。
（3）社會效益分析。改進(jìn)后，延長了使用壽命，減少維護(hù)費(fèi)用，減少備品儲備；由于控制精度提高，避免了誤動(dòng)、泄漏等現(xiàn)象，節(jié)約了水、汽等資源，成效顯著；調(diào)節(jié)閥PC控制部分與DCS系統(tǒng)接口比較，自動(dòng)化水平高，自動(dòng)監(jiān)測反饋難確，使機(jī)組的自動(dòng)化控制水平得以整體提高，保證了電廠的安全生產(chǎn)。

5.電站電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)改進(jìn)結(jié)束語
電站電動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)經(jīng)改進(jìn)后自動(dòng)控制準(zhǔn)確，關(guān)斷嚴(yán)密，易于操作、檢修，維護(hù)費(fèi)用低，使關(guān)鍵、重要工位運(yùn)行的可靠性得到很大改善，且該系列產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)位適中，投入少，見效快，具有很好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。