赵锐

摘   要：本文针对大型汽轮机调门LVDT位移传感器容易断裂的问题，及其断裂后DEH系统难以准确判断阀门状态导致汽轮机控制失控，导致机组跳闸。阐述一种高压调门LVDT新型万向节导向安装方式和三重冗余测量方法，对机组进行实际改造测试，同时改进新华MVP阀门信号取样卡件信号采集方式，保证采样速率和准确率的同时，满足三重冗余的需求。通过总结传统的信号取样处理方式，舍弃原有的单路采样、双路采样方式，设计出一种有针对性的三重冗余信号取样辨别，合理剔除故障LVDT位移传感器，进行了有效的离线在线试验，投入运行后，显著地提高了LVDT设备和控制系统的可靠性，降低机组跳闸风险。对LVDT位移传感器故障研究分析，对控制措施不断地予以完善和改进，使检修工作逐步从故障检修转为预防性检修，从而为系统的安全运行奠定良好的基础。

关键词：高压调门  LVDT  取样  三重冗余

中图分类号：TK223. 7                            文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0087-02

1  项目背景

某电厂采用上汽600MW亚临界汽轮机，配有10个调门（2个TV，4个GV，4个IV），每个调门安装两支LVDT位移传感器作为其反馈信号装置。自机组投产以来，由于汽轮机调门高频振动、门杆转动、门杆漏气高温等问题，每年均有LVDT位移传感器故障导致的异常事件发生。2014年4月，4号机GV4调门LVDT断裂，阀门失控后波动引起汽轮机2、3瓦振动测点急剧上升，最终机组跳闸。

2  故障分析

针对汽轮机调门LVDT位移传感器故障总结分析，基本原因如下几点。

（1）调门阀杆防转设计不合理，防转杆间隙过大，在运行过程中阀杆转动角度过大，导致LVDT铁芯错位断裂。

（2）调门高频振动大，导致LVDT铁芯断裂，或线圈故障、航空插头松脱。

（3）调门门杆处高温漏气直吹LVDT位移传感器，加快LVDT位移传感器老化。

（4）检修安装工艺不过关，LVDT铁芯与线圈安装不同轴，加快了铁芯的磨损。

传统的信号取样处理方式一般有以下几种：单路采样——LVDT故障后反馈完全失去监视;双路采样二取均值——单路故障后，反馈为好点的50%;双路采样二取高值——反馈向上跳变后，指令向下调节，出现阀门突关;双路采样二取接近指令——LVDT故障后，指令随反馈波动严重。在LVDT断裂后传统方式应变能力有局限性，容易导致阀门失控。

3  LVDT优化改造背景技术

为解决汽轮机高压调门LVDT位移传感器容易断裂，及其断裂后引起的DEH控制系统阀体失控，某电厂专门对LVDT位移传感器测量方式进行优化，具体技术路线如下。

3.1 新型LVDT安装设计方案

针对LVDT位移传感器容易断裂问题，采取新型LVDT安装设计方案：在LVDT侧装有导向杆，在连接横杆侧装有两个万向节，实现在LVDT侧“导向”、在连接横杆侧“卸力”的技术措施。同时在阀门引出杆和LVDT铁芯的螺母连接处加装弹簧缓冲，有效地抑制LVDT断裂。

3.2 LVDT三重冗余就地安装方式

针对传统LVDT测量方式的局限性，采取一种新型测量取样方式：就地安装三支LVDT位移传感器，实现反馈三重冗余控制。其中一支LVDT装于防转杆侧，另两支LVDT装于LVDT连杆侧。位移连杆与LVDT组件连接采用关节轴承组件连接。关节轴承机构配套固定衬套，安装板焊接在阀门两侧。

3.3 LVDT三重冗余控制策略

三路LVDT反馈信号在正常情况下冗余选择采用三取平均值，然后和指令比较，进行阀门闭环控制，这样可进一步平滑LVDT波动;3个信号品质均为好点时，有一路差值大于设定值，取另外两路平均值;3个信号品质均为好点时，三路差值均大于设定值，取最接近前选择的一路。任何一路LVDT信号为坏点，另外两路差值在设定的精度范围内，取两路平均值;另外两路差值大于设定值，取接近指令的一路。

4  LVDT优化改造实例

某电厂4号机LVDT优化改造，实现高压调门LVDT三重冗余测量，并模拟各种故障的信号剔除及选取，如LVDT断线、元件铁芯断裂、信号升降速度过快、三支偏差大等，试验情况良好，目前已经投入正常使用。实现过程如下。

（1）就地安装3支河埒LVDT位移传感器。其中一支LVDT装于防转杆侧，另两支LVDT装于LVDT连杆侧。位移连杆与LVDT组件连接采用关节轴承组件连接，关节轴承机构配套固定衬套，安装板焊接在阀门两侧。

（2）本优化改造硬件采用MVP阀门卡件，采集和处理周期达到10ms，软件基于GE新华公司提供的Mark VIe控制器，高性能的OC6000e系统平台，伺服回路采用数字PID调节，冗余输入/输出。由于单块MVP50阀门控制卡只接收两路LVDT信号，三重冗余方式每个调阀需要配置两块阀门控制卡，一主一辅。主阀门控制卡接收两支LVDT反馈信号，并对三路LVDT信号进行逻辑选择判断，输出作为阀门闭环控制反馈值;辅阀门控制卡则只接收一支LVDT反馈信号，转换为电压信号送至主阀门控制卡中的AI通道。

5  优化改造验收总结

（1）双支专业加长型LVDT固定于同一支架，并采用专门的万向节轴承连接阀体连杆，显著地提高了LVDT元件的防转、抗震能力。

（2）由于MVP阀门伺服控制模块的运算周期达到10ms，大大快于普通系统组态的200ms，高调门的整个反馈采集和处理都在卡件内部完成，因此三组LVDT冗余控制在快速切换中，油动机开度丝毫未受影响 ，有效地提高了阀门控制的稳定性。

（3）相比于传统的LVDT测量方式对LVDT故障处理的局限性，新型LVDT测量方式投入后，三重冗余采样及其完善的组态能够使信号容错能力、逻辑故障判断能力明显提升。

（4）新型LVDT三重冗余测量方式投入后，试验中在各种LVDT故障模式下，均能及时系统能够剔除故障信号，保留正常信号，且故障点变好点后可以自由设置其投切时间。单从闭环控制角度讲，做到真正意义上在线处理故障LVDT，显著地提升了發电机组的稳定性。

参考文献

[1] 朱利.300MW汽轮机机械式调速系统改造方案研究[D].华北电力大学，2009.

[2] 李念生.300MW汽轮机控制系统改造[J].电力学报，2004，19（4）：325-326.

[3] 齐四清.汽轮机调节系统改造及相关问题的研究[D].华北电力大学，2004.

[4] 陈立明.汽轮机DEH控制系统常见故障原因分析及处理措施研究[J].电力学报，2011，26（3）：251-253.