提高LVDT运行可靠性研究

提高LVDT运行可靠性研究

安琪

（神华河北国华沧东发电有限责任公司河北沧州061113）

摘要：LVDT的运行情况好坏与设备质量、设计施工、安装调试、逻辑设置等因素密切相关，本文通过对沧东电厂一、二期DEH系统LVDT运行情况的分析和总结，提出提高LVDT运行可靠性的方法。

关键词：LVDT；可靠性

Abstract：Operationqualityandequipmentquality,design,construction,installation,logicsettingsandotherfactorsarecloselyrelatedtotheLVDT,thispaperanalyzesandsummarizestheoperationsituationofCangdongpowerplantDEHLVDTsystem,putforwardmethodstoimprovetheoperationreliabilityofLVDT.

KeyWords：LVDT；reliability

1引言

DEH系统为汽轮机数字电液控制系统，控制系统主要任务就是以计算机为核心，以高压抗燃油为执行动力，通过控制汽轮机各个进汽阀门的电液伺服阀，达到控制汽机的启动、停止、转速控制及负荷控制，达到安全稳定运行的目的。对于DEH系统来说，最终要控制的是10个调门的开度大小，即2个主汽门、4个高调门和4个中调门，来实现对机组转速、负荷、压力等重要参数的控制。因此对10个调门的控制可以直接反应整个DEH系统的完好性。

LVDT是调门控制回路中非常重要的一个环节，提高LVDT运行的可靠性能够大大提高机组的安全性，而LVDT运行情况的好坏与设备质量、设计施工、安装调试、逻辑设置等因此密切相关。

2故障现象与原因分析

沧东电厂自投产以来，主机调门摆动现象多次出现。通过分析和研究，绝大多数故障源自于反馈回路即LVDT测量回路运行不稳定。其中有两次事件较严重：一次是#1机组GV4调节过于频繁使LVDT磨损严重，最终导致阀门突然关闭；另一次是#2机组GV2阀门摆动较大，就地EH油管路振动严重，最终EH油管路断裂，EH油压力低停机。

综合一、二期机组运行情况和历次调门故障情况，我们分析得出，如果要提高LVDT运行可靠性，必须对LVDT品质、前置器品质、信号电缆品质、控制逻辑、现场安装方式等多个方面进行深入的研究才能达到预期目的。

3提高LVDT的品质

为解决LVDT质量不合格对主机调门摆动现象造成的影响。我们利用停机机会将LVDT全部抽芯进行了检查，结果发现大多数高调门LVDT内部都有明显的磨损痕迹，相比而言中调门和主汽门LVDT情况好一些，这是因为机组正常运行时中调门和主汽门都处于全开状态，而高调门是用来调负荷，故开关较频繁，比较容易造成内部铁芯磨损线圈的情况发生。严重情况下可能造成线圈被磨断导致反馈信号坏点，则该调门将不再受控了。针对这个问题，我们的做法是：首先将LVDT的供货厂家改为无锡河埒公司，因为该公司对LVDT的六根导线有较好的制作工艺和屏蔽方法；其次，我们对现场LVDT的安装工艺做了重点要求，每次必须使用水平尺进行安装，保证调门安装时不发生前后或左右的偏斜，不会导致铁芯和线圈的磨损情况发生；再次，编制了LVDT更换台账，同时制定了LVDT更换周期，要求保证在一个规定周期内，LVDT至少要更换一次。

4提高前置器的品质

为解决前置放大器质量不好对主机调门摆动现象造成的影响，特对台山、宁海等其它选用同类型DEH系统的电厂进行了一次调研。调研发现，和我们一样，其它电厂也受相同或相似问题的困扰，然而经过无锡河埒厂家改造后，效果较原来有了明显的改观。带着这个重要消息，我们联系了河埒厂家，购买了一块前置放大器做试验。结果证明，效果比预期的要好很多（见下图）。于是利用一期两台机组的停机检修机会，我们将全部前置放大器进行了更换，绝大多数的调门摆动现象都已经消失。以前摆动情况较大调门的也有了较明显的好转。

5提高信号电缆的品质

为了解决电缆绝缘不合格对主机调门摆动现象造成的影响，我们针对几个摆动情况未得到根治的阀门进行了电缆测绝缘处理。检查发现#1机组的IV1的电缆接地电阻只有250kΩ左右，而其它电缆接地都是MΩ级的测量值，因此怀疑电缆接线有问题。#1机组检修时，经过认真检查，发现就地接线箱内电缆有中间接头，该接头是电建因电缆不够长而做的，制作工艺极差，很容易发生虚接现象，于是我们增加中间端子排进行了整改，整改过后的IV1再没有摆动现象发生。#2机组的GV2是另外一个长久未解决的问题，通过先后更换伺服阀、前置放大器、LVDT均未产生好的效果。以后，利用#2机组停机机会，我们更换了一根分屏+总屏的电缆，并对电缆接地做了认真的处理。后续观察发现，该阀门没有再发生过摆动。

6单支LVDT与双支LVDT运行情况比较研究

沧东电厂一期为上海汽轮机厂亚临界汽轮机，调门设计为单支LVDT。二期为哈尔滨汽轮机厂超临界汽轮机，调门设计为双支LVDT。通过几年的运行情况我们得出结论双支LVDT从安全性上优于单支LVDT，原因如下：

1）在顺序阀投入情况下，有些高调门动作频繁，一期机组曾经出现过LVDT初级线圈或次级线圈被铁芯磨断事件。当反馈信号故障后，调门要么全开要么全关，但无论哪一种情况发生，都会对机组的压力和负荷造成很大的影响，如果调节系统相应慢或运行人员干预不及时，则很可能造成停机事件。而二期LVDT为双支设计，故障LVDT会自动被系统切除，不会对机组的安全造成影响。

2）机组运行过程中，如果发现某个调门LVDT运行不正常需要在线更换时，双支LVDT的优越性更能得到体现。检修人员将故障LVDT切至“检修”模式即可进行处理。而单支LVDT则必须将顺序阀切为单阀方式，关闭阀门后才能处理，这对机组的经济性和安全性都是一个考验。

综合以上情况，沧东电厂计划将一期调门全部改造为单支LVDT，本项目将在一期通流改造过程中实施。

7双支LVDT控制逻辑优化

主机调门的控制方式为闭环控制，将阀门指令与反馈之间的差值送入纯比例调节器进行运算，得到一个-30—30mA的电流送入伺服阀进行调节。因此LVDT反馈就成为一个非常重要的信号。如果现场使用的是双支LVDT，那么就存在一个问题，哪支LVDT才应该被选中呢？通过调研和了解，目前主流的两种反馈逻辑选择是选大方式和选与指令接近方式。两种方式各有利弊。

反馈选大方式主要是考虑到安全性，当其中一支LVDT反馈信号变大后，根据闭环运算调门会向关方向运行，机组运行过程中，向关方向运行比向开方向运行要相对安全一些。反馈选与指令接近方式主要是考虑到稳定性，当其中一支LVDT反馈信号发生突变后，根据取接近的原则，该信号会被切除。通过此种方式保证阀门控制的稳定性。

从现象上看，反馈取与指令接近方式更合理一些，但也曾经出现过故障。2014年台山电厂4号机组GV4的LVDT1位移传感器的铁芯在靠近锁母的底部螺纹段应力集中处断裂，断裂后的LVDT铁芯并未脱落，仍挂在原线圈内部，随阀门开关及振动影响跳动，调阀指令一直跟踪选择故障的LVDT，故障LVDT由于松脱受振动影响跳动，导致GV4调阀出现较高频率波动。在顺序阀方式下，最终导致1、2、3瓦振动升高，机组振动大保护动作跳机。

沧东电厂二期使用的逻辑为同向选接近，异向选大，此种逻辑设置能够兼顾安全性和稳定性，对某一支LVDT故障不动或反馈振荡情况都能起到保护作用。同时还设置了指令与阀位反馈偏差大、双支LVDT反馈偏差大时的报警，提醒运行和检修人员注意，及时进行LVDT的更换。

8增加万向节连接结构

调门的正常工作是机组正常运行的前提，调门LVDT作为高压调门闭环工作的反馈输入，直接决定着高压调门的动作与调节能力能否满足机组的调节需要。LVDT作为高压调门的反馈机构，其工作环境较恶劣，尤其是要承受就地阀门的高频振动、高温辐射等，控制系统引起的阀杆抖动，以及频繁的频率和负荷调节（一次调频、AGC）都会引起铁芯杆与线圈发生摩擦，并使得LVDT铁芯杆和连接横杆经受来自不同方向力的作用。日积月累，将造成LVDT铁芯杆和线圈严重磨损，甚至铁芯杆和连接横杆疲劳断裂；若将连接横杆同时作为高压调门防转杆使用，将会增大连接横杆发生断裂的危险。LVDT机械磨损、断裂、老化故障等现象时有发生，当LVDT故障时必然影响到机组阀门的正常工作状态。为防止LVDT由于安装原因和长期调节原因造成的铁芯与线圈磨损，必须在连接环节中加装万向节。

沧东电厂一、二期机组原设计都没有万向节结构，运行过程中曾经出现过铁芯将测量线圈磨断的事件，造成阀门关闭。分析原因主要有以下两方面：一是安装工艺不够规范，LVDT铁芯的运动轨迹与LVDT线圈内孔不同心，甚至两者严重受力；二是当汽轮机阀门振动大时，也会加剧LVDT线圈和铁芯的磨损。为防止此类事件再次发生，每次机组检修时都更换新的LVDT。后来二期机组高调门增加了万向节，从检修时检查的情况看，铁芯磨损现象再也没有发生过，可见增加万向节对于LVDT稳定运行起到了非常重要的作用。

9高温对LVDT的影响

温度对LVDT的影响不容忽视。LVDT在正常工作时温度不宜过高，但有时候保温不严或门杆漏汽时LVDT受影响外壳温度达到100多度，此时反馈会有变大的趋势，根据阀门的闭环运算，阀门将会向关方向运动。此类现象沧东电厂曾经多次出现，因此必须对保温的工艺和门杆漏汽现象提高重视程度。而且LVDT或接线盒在阀门辐射热的高温环境下，也会加速LVDT的元件及接线的老化速度。

10总结

LVDT可靠性是一个长期困扰行业的难题，而且这并不是一个单方面的问题，而是多个方面互相干扰，共同作用的结果。解决这个问题必须在设计、施工、安装、维护上共同努力才能取得效果。

沧东电厂这几年来一直深入研究LVDT的运行稳定性的问题，通过分析、研究和改造也解决了不少的问题，也总结了很多的经验。后续，我们将继续从提高LVDT可靠性方面做更加细致的工作，确保机组的安全稳定运行。

参考文献

[1]庞明海;陈辉’张亚强.600MW机组高调阀LVDT可靠性改造的研究.北京电力高等专科学校学报.2011.

[2]王刚;孙平.600MW机组高调阀LVDT可靠性治理研讨会纪要.神华能源.2007.

作者简介

安琪（1981.10—），男，2004年毕业于华北电力大学计算机科学与技术专业，本科，学士学位。神华河北国华沧东发电有限责任公司，维护部，热工专业协管。