電站電動調節閥控制系統改進

【資料簡介】

電站電動調節閥控制系統改進電站電動調節閥系統是電站控制系統中較復雜、技術含量較高的一個閉環系統，由調節閥、執行機構、線性轉換單元及控制反饋部件等組成。調節型自動控制閥隨著大型機組向、節能自動化方向的不斷改造，已被廣泛地應用在機組汽輪機、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年代的電站調節閥己不能適應當前自動控制的需要，必須選用適于當前自動控制精度高、性能好、功能齊全的電站調節閥系統加以代替。
1.電站電動調節閥控制系統改進當前存在的主要問題
隨著國外大型機組的引進和受*控制技術的影響，為提高國產大型機組的自動化控制水平，不斷引進上的控制系統（如DCS等）迸行自動化控制的改造，但在實際生產應用中又突出反映出被控單元的具體裝置之—。調節閥系統所存在的如下3方面問題：

（1）傳統上采用的氣動執行機構由于受北方低氣溫和氣源質量等影響，控制系統的可靠性不十分理想，并且相關配套的氣源生產系統及閥位定位器、氣－電信號轉換裝置都給安裝、維護帶來很大的不便，資金投入也較高。
（2）靠前階段改進后，電動控制閥系統所采用的英國Rotork執行器和美國Limitoque執行器的機械連接（閥體與執行器間連接）及與線性轉換等傳動機構均存在磨損快、不耐用等缺陷，特別是與DCS接口聯接投入全自動以后，在動作頻繁的情況下，僅能正常使用2～3個月就發生卡閥及關閉不嚴等故障，調節線性不好、可靠性較差。
（3）上述兩種電動執行器的軟件系統不*適用黑龍杠省電廠的電動手動轉換等現場操作要求，特別是程序設定隨工況變化容易漂移，現場調試難度大，且集成板易燒損，備件昂貴，維護費用較大。
通過上述問題分析可知，提高電站自動控制水平必須提高每個子系統的單元控制水平，才能使電站電動調節閥系統為發電機組安全穩定運行提供可靠的保證。

2.電站電動調節閥控制系統改進系統的改進
自動控制調節閥系統由閥門本體、PC控制、線性轉換和驅動調速4個部分組合而成，將其中3大主要部分分別解體進行對比研究。
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) 開關量觸點控制。
輸出信號：(一) 閥位反饋信號：4-20mA.DC 負載阻抗≦750Ω
基本誤差：(一) BRIA、BRIM 多轉式電動執行機構     ≦±1%
                (二) 標準型角行程電動裝置、調節型角行程電動執行機構     ≦±1%
                (三) BRIML 直行程電動執行機構     ≦±1%
死區       0.1～9.9%可調    默認設置為≤0.5%
中途限位    開限位設置范圍為   40%~99%
              關限位設置范圍為   0%~60%
間隙： (一) BRIM 多轉式調節型執行機構    ≤1°
            (二) BRIA 多轉式標準型閥門電動裝置    ≤1°
            (三) BRIML 直行程執行機構    ≤1mm
            (四) 調節型角行程電動執行機構    ≤1°
            (五) 標準型角行程閥門電動裝置    ≤1°
禁止運行時間    0~99秒可調
供電電源：   三相三線制，380V.AC±10%， 50Hz±1%
外殼防護等級：IP68
防爆等級：  (一) 遙控器本安型 ibII BT4
              (二) 執行機構為隔爆型d II BT4
輸出觸點容量： 250V.AC ; 30V.DC,
使用環境條件： (一) 環境溫度： -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： 周圍空氣中無腐蝕性氣體
抗干擾指標： 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， 試驗場強3V/m，距離1m

2.1 電站電動調節閥控制系統改進
按發電廠所用調節閥的要求，視具體情況而有所不同，從較平靜的低壓冷水流量調節到給水泵再循環的高壓降，對調節閥的要求就不一樣。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，便會很快破壞閥內件，令調節閥不能工作。根據多年的經驗，世界上較大的生產電站閥門的專業公司之———美國Fisher公司生產的控制調節閥具有耐腐蝕、消噪音、壽命長、內件通用更換維修容易、調節特性好、適用范圍廣等特點，可為電力工業調節閥的特殊難題提供*而成效的解決方法，故選定該公司的調節閥產品作為基礎。

2.2電動執行機構
電動執行器進行可靠性分析，確認電動執行器較適合北方電廠使用。該系列電動執行器集成了當代電氣電子新技術，使以往利用機械部件完成的功能實現了電子控制，電子單元集成了變頻器。電機轉速可調，即閥門開關時間可調，并能實現終端位置的柔性接近以保護閥門。力矩可調，可以準確定位，減少往復運動。自身有多種保護功能，并具有自診斷功能。但SIPOS5系列電動執行器的PC控制軟件外方并不*提供，使得現場的調試程序非常復雜。針對這種情況，認真分析了PC控制原程序，重新編制了適合電廠現場操作的調試程序。

2.3線性轉換單元
以往國外自動控制調節閥系統，不管是哪種閥門與哪種電動執行器結合在一起，其每部分的自身設計都比較完善和，大部分造成閥門損壞、卡死而引起系統停機等故障均是由一個不被引起重視的機械系統而引起的，即線性轉換單元裝置。氣動執行器控制閥門是氣缸內塞桿的直接往復運動，而電動執行器是由PC控制電機的變速轉動，必須把準確的轉矩變成準確的直線運動，這在機械設計上也許是比較普通的傳動裝置設計，但在電站高溫高壓的管路系統上無論是潤滑、含油、密封、選件方面，還是傳動精度的保持性上都是個難題。
原有設計應用的線性轉換傳動副是采用螺母、絲杠滑道夾板結構，把電動執行器輸出軸的旋轉運動轉化為直線運動（見圖1），這種外露式簡單傳動副存在很多缺點，特別是輸出軸的旋轉運動是由連接輸出軸和閥桿的夾板夾住滑道使旋轉運動變為上下直線運動，這樣輸出軸轉矩使夾板對滑道的側向力很大，使夾板與滑道在配合中產生很大的摩擦力，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，必須定時予以維護、更換，這就增加了維護工作量，同時也增加了維護、維修費用。同時，由于電動執行器的輸出軸與閥桿是簡單的機械連接，執行器按自動控制系統給定信號而輸出的力矩往往發生偏差，不能準確地傳遞給閥桿，這樣也就不能準確地控制調節閥的流量調整精度。而由電動執行器PC反饋回DCS系統的信號也就不準確，致使自動控制效果差。
　
為解決由于電動執行器和調節閥配套傳動部分無法潤滑、易磨損以及調節精度差、自動控制效果不好等問題，經過對*技術吸收及對電站現有調節閥存在問題的分析和研究，結合多年積累的經驗，研究設計了一套適用于黑龍江省使用的電站調節閥接口技術改進方案，自行設計了一套電動執行器與調節閥閥體接口用的線性轉換單元（見圖2）。其結構原理是用聯接法蘭Ⅱ與電動執行器相連，由花鍵軸接受其軸向運動，通過兩個軸套將花鍵軸定位，使其不能做直線運動，用鍵使連接軸在固定滑道內做直線運動。花鍵與連接軸通過螺母套連接，將花鍵軸的軸向運動轉化為連接軸的直線運動。聯接法蘭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，可以隨時注入潤滑油。閥門閥桿與軸頭相連，使閥門開或閉來進行調節。應用新研制的接口技術生產的線性轉換單元具有如下特點：
（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構間隙大的問題，進一步提高了調節精度。
（3）解決了滑道夾板結構傳動中閥桿擺動問題，傳動更平衡，延長了閥門的使用壽命。
（4）減少了維護次數，降低維護費用。
　
3.電站電動調節閥系統應用與測試
通過對引進技術的消化和對電站電動控制閥系統進行的較深入的研究，形成了成型技術，并于1998年開始廣泛地應用于電站減溫減壓系統、疏水系統等。還對電動控制調節器閥整機的性能參數進行了嚴格完整的試驗、檢測，有關技術參數如下：
基本誤差，土1.8%；
回差，1.0%；
死區，1.1%；
額定行程偏差，1.2%；
阻尼特性，無擺動；
工作環境，溫度－20～ 60 ℃，
濕度，≥85%；
工作制式，S4/S5；
動作頻率 1200 C/h；
防護等級，IP67；
噪音水平<65dB； 開關速度范圍，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。 結果證明可以達到電廠實際生產的要求，而且還達到或超過GB10869-89的要求。

4.電站電動調節閥系統的經濟分析
對電站電動調節閥進行技術改進后與國內外產品進行了比較分析，見表。　
（1）間接效益分析。按100臺計算，每年可直接節省維護費用10萬元。
（2）直接效益分析。采用自行研制的線性轉換單元，每臺電動調節閥可節省5300多元，按100臺計算，每年可節省53萬元。
（3）社會效益分析。改進后，延長了使用壽命，減少維護費用，減少備品儲備；由于控制精度提高，避免了誤動、泄漏等現象，節約了水、汽等資源，成效顯著；調節閥PC控制部分與DCS系統接口比較，自動化水平高，自動監測反饋難確，使機組的自動化控制水平得以整體提高，保證了電廠的安全生產。

5.電站電動調節閥控制系統改進結束語
電站電動控制調節閥系統經改進后自動控制準確，關斷嚴密，易于操作、檢修，維護費用低，使關鍵、重要工位運行的可靠性得到很大改善，且該系列產品經濟價位適中，投入少，見效快，具有很好的推廣價值和應用前景。