传感器在火电厂中的应用及LVDT使用故障分析

2014-09-05刘荣辉

黑龙江水利科技 2014年12期

关键词：热电阻火电厂汽轮机

刘荣辉，陈东

(1.天津军粮城发电有限公司，天津 300300；2.天津科技大学，天津 300222)

传感器在火电厂中的应用及LVDT使用故障分析

刘荣辉1，2，陈东2

(1.天津军粮城发电有限公司，天津 300300；2.天津科技大学，天津 300222)

传感器技术在火电厂应用广泛，其意义也十分突出。文章简单介绍了传感器技术在火电厂中的应用，以及DEH系统中LVDT传感器的原理、结构及其作用。并以某电厂出现的LVDT故障为例，讲解如何从现场显示的现象出发，快速地找出故障点，及时采取相应的处理措施。

传感器；火电厂；LVDT；DEH；调门；故障

0 前言

发电厂是一个复杂的、对安全性要求很高的系统，发电过程中的多个参数都需要用到传感器来进行监视。

对于出现故障的设备，则需要根据传感器所测数据进行分析诊断，确保发电机组运行设备工作在正常状态或最佳状态[1]。

1 电厂常用传感器介绍

应用在火电厂的传感器种类很多。其中汽机侧测量的重要参数包括主汽温度、主汽压力、速度级压力、加热器水位、凝汽器真空度、汽轮机轴振和瓦振、汽机转速和LVDT调门位置等。

锅炉侧的重要参数包括汽包压力、汽包水位、炉膛负压、给水温度、主汽流量、给水流量和减温水流量等；化学水处理的水的酸碱含量、制氢中的氢纯度、电导率和油质检测。

另外，随着国家对环保工作越来越重视，对于脱硫和脱硝系统中二氧化硫含量、氮氧化物含量、氧量以及烟尘含量的测量也都用到了传感器。下面介绍4种常用的传感器。

1.1 流量传感器

节流压差式流量传感器都是纯机械机构，具有耐高温、技术成熟和工作可靠优点，在电厂中的应用非常广泛。节流压差式传感器用于测量锅炉和汽机的主要流量参数，主要有主汽流量和再热蒸汽流量，在给水流量和减温水流量的测量中也用到了此类传感器。

在发电厂，差压变送器输出4-20mA的电流信号送到DCS控制系统中，但是此类传感器有一定的缺点，由于需要加装导压管、冷凝罐等附件，因此对安装条件要求略高。

其次，在使用中还需要定期维护，冬季还需要做防冻措施[2]。

在电厂的化学车间，流体大部分含有酸或碱等腐蚀性介质，一般情况下都用到电磁式测速流量传感器。

此类传感器电极衬里材料种类很多，特别是哈氏合金B(C)、钛、钽、铂/钛合金等材料，能对抗包括硫酸、磷酸在内的多种化学介质，具有良好的耐腐蚀和耐磨损性。

电磁流量转换器作用是放大传感器输出的毫伏信号，经过转换后变成标准电压、电流频率信号。转换后的信号与流体的体积流量成线性关系，方便其与PLC配套使用或把数据直接传入到DCS系统进行显示或参与逻辑运算。

1.2 电涡流振动传感器

电涡流传感器体积较小、非接触测量、长期工作可靠性好、抗干扰能力强、测量范围宽等优点，在大型旋转机械的在线监测与故障诊断中应用广泛，可测量例如轴振动和轴位移等物理量。在火电厂，汽轮机轴振动传感器、转速传感器、位移传感器以及胀差传感器等使用的都是此类非接触式测量电锅流振动传感器。

电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。

由探头、电缆线、前置器组成[3]。电涡流传感器有很多的优点，它可以非接触地直接测量轴的振动、提供转速和键相位参考信号、长时间使用可靠性高而且校验简单。

但是它也有一定的缺点，即对被测材料性质敏感、对被测物表面状态敏感且安装较为复杂，需要在机壳上钻孔[4]。

1.3 温度传感器

应用在电厂的温度传感器分为热电偶型和热电阻型。

热电偶主要特点是测温范围较广、性能稳定、结构简单，输出的信号为4-20mA的电流信号，方便把数据传送到DCS系统进行集中控制和远程监控。热电偶型传感器一般用于汽轮机本体上金属温度的测量、锅炉前后屏壁温以及所有高温高压管道上水或蒸汽温度的测量。

热电阻型温度传感器的工作原理是利用物质的电阻值随温度变化而改变的特性来测量温度的。热电阻型传感器具有高灵敏性、强稳定性和较高的准确性的优点。电厂热电阻一般采用Pt100，PT10，Cu50，Cu100，铂热电阻测量温度范围一般为200～800 ℃度以下，铜热电阻为-40～140 ℃。

热电阻型传感器一般用于测量汽机侧推力瓦、定位瓦温度，汽机和锅炉的轴承温度等。

1.4 LVDT传感器

LVDT属于直线位移传感器中的一种。LVDT用于DEH系统中，用于测量汽轮机的高中压缸调门的位置值，并输出实时的位移反馈。

伺服放大器通过对比反馈信号和主控单元所发出的指令来调整输出信号，以便于快速准备地对油动机系统进行控制[5]。

LVDT是一种非接触式位置传感器，其处于运动的铁芯和静止的部件没有任何机械接触，没有任何磨损。

发电厂处于高噪声工业环境，LVDT是一种绝对位置传感器，其距离读数有一个的固定基准，确保了数据的准确性。由于LVDT具有抗高温、测量精度高、可靠性高和安装调整方便的优点，所以广泛地应用在电厂中。

LVDT是由一个初级线圈和两个次级线圈组成，如图1所示。

其中间部位是一个可以在中心部位自动移动的铁芯。为防止相互碰触，在铁芯和孔膛之间留有足够大的空隙。

次级线圈1、2的绕制方向是相反的以抵消它们之间的电压。中心部位的铁芯从中间向两侧移动时其位移量与其输出的电压值在线性的关系[6]。

图1 LVDT的基本结构

运行人员通过设定汽轮机调门开度来控制汽轮机进汽流量，从而改变汽轮机负荷大小，满足电网负荷要求。

LVDT在调门控制中的作用如图2所示。LVDT位移传感器与调门连杆相连，根据调门位移，传感器产生的频率幅值做相应地改变；然后通过LVDT变送器单元把频率信号转化成电压(1～5 V)和电流(4-20mA)信号，通过DEH板传达运操作员画面并进入逻辑组态进行相应的运算。

图2 LVDT的基本作用

2 LVDT出现的故障及分析

2.1 故障现象

某电厂#7机1号高压调门在全开位置发生剧烈振动，DEH系统阀门控制方式由顺序阀方式跳至单阀方式。

运行人员最初认为是LVDT反馈信号故障，但是就地检查发现1号高压调门振动剧烈，其它调门运行稳定。

调取DEH系统中1号高压调门的运行曲线，发现调门指令及高调1的两个反馈的曲线都在波动，而且波动上限可达90%以上。

2.2 故障排除

为防止在消除缺陷过程中指令误动作造成调门突然开启或关闭，引起蒸汽压力波动，影响机组运行。

将机组DEH系统保持在单阀运行状态，把1号高调门的指令在缓慢递减的情况下强置到零，在此过程中要求运行人员注意监视机组的参数变化，以防出现异常情况。

1)为防止调门振动是由于线路原因造成，热控人员对LVDT连接电缆、就地接线盒及DCS端子全部进行紧固处理，没有发现有松动的现象；

2)检查1号高调门LVDT铁芯、线圈，没有发现有明显的损坏，且机柜内VCC卡指示灯显示正常；

3)检查LVDT调节模块，用备用LVDT模块更换后进行试验，发现振动现象有所改善，但是仍然振动。

2.3 处理方法

根据LVDT调节模块对振动现象有所改善的现象，所LVDT调节模块改位置移动到现场1号高调门附近的端子盒内，对其单独控制。更改位置后的1号高调门运行平稳，指令与反馈保持一致。

2.4 故障分析

本厂DEH系统采用的是北京国电智深供应EDPF-NT型DEH系统，LVDT传感器采用的是无锡市河埒传感器有限公司生产的TD-1型传感器。

7#机组一共有8个调门，中高压缸调门各4个，中压缸调门一般处于全开状态。每个调门安装两个LVDT传感器用于输出各个调门的实际位置。在DEH系统中，规定每个调门的位置反馈为高选，即取两值中的高值作为此调门的实际反馈值。对调门摆动故障进行分析，信号反馈缺陷大部分原因都是由于LVDT故障造成的。

通过此次事故可以发现，LVDT传感器所使用的电缆尽可能的耐用，最好选择耐高温的屏蔽电缆。

由于高中压缸附近长期高温，且靠近调门附近的温度更高。因此铠装屏蔽电缆保护层也要做好电缆保护层的绝缘保护问题。

除此之外，LVDT其他故障也会造成调门的摆动。如其反馈装置的反馈杆是用螺母固定在阀体支架托板上面的，在长期运行的情况下，因为安装不同心或震动等原因，造成反馈杆和反馈套筒内壁产生摩擦而出现LVDT反馈摆动或坏死现象。这时我们需要更换新的装置和LVDT支撑托架。新更换的反馈杆不是用螺母固定在阀体支架托板上而是通过弹簧压在上面，这样可以避免因安装不同心或震动等原因，造成负荷摆动的后果。