给水泵汽轮机伺服控制系统LVDT故障分析及处理

第27卷第12期

电力科学与工程Vol.27，No.1269

给水泵汽轮机伺服控制系统LVDT 故障分析及处理

郭凌云，李涌斌

(广东大唐国际潮州发电公司，广东潮州515723)

摘要:阐述了给水泵汽轮机伺服控制系统中线性可变差动变送器LVDT 的作用及工作原理，并结合实例对其典型故障进行了分析，并介绍采取的对策与处理情况。

关键词:给水泵汽轮机伺服控制系统;LVDT 工作原理;典型故障;分析处理中图分类号:TK263

文献标识码:A

收稿日期:2011－10－10。

作者简介:郭凌云(1979-

)，男，工程师，从事电厂热控技术研究，E-mail :guotoulong@126．com 。0引言

给水泵汽轮机控制系统的安全稳定运行是整台机组稳定运行的前提和基础，其控制系统异常不仅会导致其转速失控和给水流量突变，也会造成小机跳闸，机组RB 严重时会导致锅炉MFT ，汽机跳闸恶性事故的发生。给水泵汽轮机的转速调节是通过高、低压调门的正确动作来实现的，因此，作为测量阀门开度的一次元件LVDT 就显得尤为重要。

1LVDT 的结构及工作原理

给水泵汽轮机伺服系统主要由伺服阀、伺服卡及LVDT 组件等组成，线性可变差动变送器LVDT (Line Variable Differential Transformers )是伺服系统中反馈主汽门及调速汽门开度的测量元件，LVDT 的作用是将油动机的位移信号转换为电压信号，其工作原理如图1所示。

图1LVDT 原理图Fig．1

Schematic of LVDT

LVDT 的工作原理类似于变压器的作用原理，采用线性差动变压器测量位置。在外壳中有3个

绕组，主要包括铁心、初级线圈和两个次级线圈，这两个二次绕组完全相同，由1kHz 交流电源激励。一、二次绕组间的耦合能随铁心的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而改变。由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方向输出，因此输出电压为两者的电压差。输出的电压信号送到伺服放大器经高选后与控制指令信号进行比较，差值经伺服放大器功率放大并转换为电流信号后，驱动电液伺服阀控制油动机，控制阀门的开启和关闭，当阀门开度达到指令要求后，伺服放大器输入偏差为零，于是阀门又处于新的稳定位置。目前，火电厂汽轮机及给水泵汽轮机的调速汽门上分别安装有2支LVDT ，2路反馈值经过高选后与指令值计算偏差，然后经伺服卡功率放大并转换为电流信号后，通过伺服阀驱动油动机，控制阀门的开度，最终构成一闭环控制回路。其伺服卡控制原理图如图2所示。

2LVDT 反馈杆断裂引起给水泵汽轮机转速突降

目前，大部分给水泵汽轮机的调速汽门LVDT 是通过螺母、垫片、连接件与油动机连接的，由

于运行时油动机振动、LVDT 安装时反馈杆与线圈不同心等原因，在调门大幅度的来回动作之后LVDT 会产生松动或磨损，直接导致LVDT 线圈被

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年

图2

伺服卡控制系统图

Fig．2

Schematic of servo control system

磨损甚至损坏，LVDT 反馈杆脱落或断裂等故障。

2011年6月22日1号机组A 小机低压调门开度从48.86%突增至100%，而A 小机实际转速及给水流量却快速下降，险些造成机组跳闸的事故发生。经过检查发现小机A 低压调门处于全关状态，低压调门其中一只LVDT (LVDT2)反馈杆断裂。

原因分析，由于初始安装方法不当，LVDT2反馈杆和线圈安装时不在同一直线上，LVDT 反馈杆与线圈外壳长期磨损，造成LVDT2反馈杆折断，折断后的阀杆掉入线圈外壳内，导致其反馈信号突增至100%。由图2伺服卡控制系统图可知，在系统处于动态平衡时，低压调门开度指令与开度反馈(经高选后)是一致的，其电压的偏差很小，伺服阀保持原位，油动机也保持原位。在小机LVDT2反馈杆断裂后，其(经高选后)位置反馈信号变为100%，远大于开度指令，两者产生了偏差电压，经伺服卡PID 运算后控制电流信号驱动伺服阀使油动机朝阀门关闭的方向移动，直至低压调门全关，小机转速下降，汽泵出力下降导致给水流量减少。

为防止LVDT 反馈杆断裂或脱落故障对机组安全运行的影响，可采取以下技术措施:(1)改造LVDT 安装方式，在LVDT 反馈装置上增加万向节，既消除了LVDT 反馈杆上所承受的偏转应力，又确保了在阀杆发生偏转时LVDT 反馈杆能够与套筒保持同心，即使阀杆偏转或振动较大，也不容易使LVDT 反馈杆与线圈摩擦或发生断裂。(2)在安装LVDT 时，注意调整LVDT 的同心度，保证LVDT 反馈杆在调节阀全行程范围内始终与

阀杆保持平行，安装后应测试LVDT 的行程特性。另外，LVDT 应按制造厂要求定期更换，其线圈尽量远离高温热源。(3)优化控制器的逻辑组态，增加给水泵无出力保护逻辑，当汽泵实际转速从高转速降至低于转速定值(3300r /min )且与目标转速偏差大于定值(300r /min )时，直接跳闸小机，并触发RB 连锁启动电泵(如图3所示逻辑图)，避免出现LVDT 故障时运行人员处理不及时导致给水流量低锅炉MFT 。(4)修改控制器组态，对两路LVDT 的反馈信号进行判断，增设阀门行程偏差大声光报警功能。当出现阀门的指令与反馈信号偏差大情况时，触发光字报警，以便运行人员及早发现和解决问题。

图3

给水泵无出力保护逻辑

Fig．3

Feed-water pump-free output protection logic

3LVDT 信号电缆屏蔽不良，有干扰信号串入信号回路引起给水泵汽轮机调门瞬间关闭后又打开

由于LVDT 直接与阀门的油动机连接，靠近汽门本体，环境温度高，同时一些工程在基建安装期间使用的信号电缆质量较差，经过一段时间的运行后，信号电缆的绝缘性能下降，屏蔽功能不良，容易造成LVDT 的信号回路中串入干扰信