【摘 要】本文介紹了電廠的角行程電動執(zhí)行機構(gòu)使用情況，重點介紹了位置變送器的失效是執(zhí)行機構(gòu)故障的主要原因，介紹了它的改進(jìn)情況，改進(jìn)的經(jīng)驗為其他角行程電動執(zhí)行機構(gòu)使用及改進(jìn)提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】角行程電動執(zhí)行機構(gòu)；位置變送器；電位器；非接觸式位置變送器

隨著電廠容量越來越大，參數(shù)越來越高，對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可靠性要求便越來越高。近年來，角行程電動執(zhí)行機構(gòu)故障頻發(fā)，直接影響鍋爐的穩(wěn)定運行。經(jīng)過多次摸索分析，查明故障主要原因在于位置變送器，通過改進(jìn)提高了裝置運行的可靠性。本文介紹發(fā)送位置信號的角行程電動執(zhí)行機構(gòu)其運行情況及故障處理方法。

1、角行程電動執(zhí)行機構(gòu)簡介

角行程電動執(zhí)行機構(gòu)用于鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)中的送風(fēng)機導(dǎo)葉、引風(fēng)機導(dǎo)葉、一次風(fēng)機導(dǎo)葉和磨煤機冷熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板控制和位置指示。下面是某電廠其具體配置列于表1。

表1 角行程電動執(zhí)行機構(gòu)配置表

型號用途臺數(shù)信號類型作用類型

UE20送風(fēng)機導(dǎo)葉44～20mA/100%～0%反作用

UE30磨煤機冷風(fēng)

調(diào)節(jié)擋板124～20mA/100%～0%反作用

磨煤機熱風(fēng)

調(diào)節(jié)擋板124～20mA/0%～100%正作用

SM5360一次風(fēng)機導(dǎo)葉44～20mA/0%～100%正作用

SM5480引風(fēng)機A/B導(dǎo)葉44～20mA/0%～100%反作用

1.1ABB Bailey公司的UE型電動執(zhí)行機構(gòu)簡介

ABB Bailey公司生產(chǎn)的通用旋轉(zhuǎn)型UE20、UE30電動執(zhí)行機構(gòu)由主控制器和電動執(zhí)行機構(gòu)兩個主要部分組成。主控制器采用單相調(diào)節(jié)控制器，包括電源板、位置控制模件PCM板和一塊固定母板。電動執(zhí)行機構(gòu)包括電子位置變送器及配套操作系統(tǒng)。電動執(zhí)行機構(gòu)的參數(shù)列于表2。

表2 UE型電動執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)

型號連續(xù)轉(zhuǎn)矩率滿載轉(zhuǎn)90°行程時間工作電壓 工作電流電動機容量

UE2075磅·英尺7秒120VAC4.0A0.2馬力

UE30500磅·英尺10秒120VAC7.5A0.5馬力

電子位置變送器是由一個2kΩ線性電位器（0～270°轉(zhuǎn)角對應(yīng)0～2kΩ）經(jīng)過反饋線路板將執(zhí)行機構(gòu)輸出軸0～100%動作范圍轉(zhuǎn)換為能供主控制模件使用的標(biāo)準(zhǔn)信號4～20mA。電位器通過三根引線連接至反饋線路板，由反饋線路板通過兩根反饋電纜引至主控模件上，反饋電纜的屏蔽線引至主控模件的LSC端子可靠接地。

1.2FOXBORO/JORDAN公司的SM型電動執(zhí)行機構(gòu)簡介

FOXBORO/JORDAN公司生產(chǎn)的SM5360、SM5480電動執(zhí)行機構(gòu)，由伺服控制器和電動執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成。伺服控制器采用AD7300系列伺放控制模件和變壓器，電動執(zhí)行機構(gòu)包括電子位置變送器及輔助操作系統(tǒng)等設(shè)備。SM型電動執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)列于表3。

表3 SM型電動執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)

型號功率輸出滿載轉(zhuǎn)90°行程時間工作電壓 馬達(dá)輸入電壓

SM53603200英尺·磅36秒380VAC90VDC

SM54807500英尺·磅40秒380VAC180VDC

SM型執(zhí)行機構(gòu)電子位置變送器采用的電位器是1kΩ的可變電阻，電位器可以360°轉(zhuǎn)動，但有效可變電阻角度為300°。通過執(zhí)行機構(gòu)鑲嵌在主軸上的大齒輪轉(zhuǎn)動，來帶動電位器轉(zhuǎn)動軸上的小齒輪，使得電位器的阻值發(fā)生變化，經(jīng)轉(zhuǎn)換，輸出伺放模件所能接受的4～20mA信號，以反映0～100%的開度。

2、電動執(zhí)行機構(gòu)運行情況分析

從機組投運開始，最初幾年角行程電動執(zhí)行機構(gòu)運行基本正常，隨著運行時間的增長，角行程電動執(zhí)行機構(gòu)的異常情況逐步增多。

2.1電動執(zhí)行機構(gòu)故障次數(shù)統(tǒng)計

2.1.1UE型電動執(zhí)行機構(gòu)故障次數(shù)統(tǒng)計

2.1.1UE統(tǒng)計圖

2.1.2SM型電動執(zhí)行機構(gòu)故障次數(shù)統(tǒng)計

2.1.2SM統(tǒng)計圖

2.2電動執(zhí)行機構(gòu)故障現(xiàn)象匯總

表4 UE型電動執(zhí)行機構(gòu)故障原因統(tǒng)計

故障原因故障現(xiàn)象故障次數(shù)

電位器故障位置反饋晃動43

位置反饋與指令不一致

位置變送器反饋連桿松開位置反饋與指令不一致2

位置變送器受潮位置反饋與指令不一致2

位置變送器反饋線路板壞位置反饋晃動2

磨煤機熱風(fēng)風(fēng)道漏風(fēng)，熱輻射增加，執(zhí)行機構(gòu)環(huán)境溫度升高馬達(dá)過熱，執(zhí)行機構(gòu)拒動3

伺服放大器控制模件壞執(zhí)行機構(gòu)單方向動作3

電纜絕緣層老化破損接地執(zhí)行機構(gòu)不能投自動1

DCS手操站壞執(zhí)行機構(gòu)強制手動1

表5 SM型電動執(zhí)行機構(gòu)故障原因統(tǒng)計

故障原因故障現(xiàn)象故障次數(shù)

電位器故障位置反饋晃動16

位置反饋與指令不一致

執(zhí)行機構(gòu)主軸與軸套磨損增大，產(chǎn)生位移，引起電位器故障位置反饋與指令不一致3

控制模件CIS02壞引風(fēng)機導(dǎo)葉全關(guān)，爐膛負(fù)壓高，引發(fā)MFT1

引風(fēng)機導(dǎo)葉內(nèi)部有卡澀，馬達(dá)動作電流增大，伺服放大器控制柜中15Amp熔絲熔斷導(dǎo)葉執(zhí)行機構(gòu)無法動作6

2.3UE型電動執(zhí)行機構(gòu)故障現(xiàn)象及原因分析

UE型電動執(zhí)行機構(gòu)1992年開始投運，最初運行情況良好，但有時遇到大暴雨時，磨煤機A、磨煤機F的熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板的執(zhí)行機構(gòu)能正常動作，可是CRT位置反饋信號與指令信號會出現(xiàn)偏差，當(dāng)二者的偏差大于10%，執(zhí)行機構(gòu)將受到強制手動信號。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)這二臺執(zhí)行機構(gòu)位于鍋爐側(cè)最東、最西端的磨煤機A、磨煤機F熱風(fēng)風(fēng)道上，下雨時執(zhí)行機構(gòu)和熱風(fēng)道易受侵襲，雨水遇熱形成的潮氣侵入執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部，直接影響了位置變送器正常顯示。1997年以后故障逐漸增多，有時新?lián)Q的電位器用了一個月左右就發(fā)生晃動現(xiàn)象，如果電位器在20mA的位置時，用手觸摸電位器的引線，反饋顯示會發(fā)生變化，運行不久，就會發(fā)生調(diào)門晃動故障。此外，反作用的磨煤機冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板執(zhí)行機構(gòu)和送風(fēng)機導(dǎo)葉執(zhí)行機構(gòu)多次在運行中出現(xiàn)指令至0%，CRT位置反饋顯示為-30%，而實際擋板位置在全開位置的異常現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)這種故障時，如用手碰電位器的三根引線，執(zhí)行機構(gòu)的位置反饋顯示立刻變?yōu)檎?00%，最初懷疑是電位器受到靜電干擾，于是檢查了反饋電纜的屏蔽線，把所有連接部分重新緊固一遍，將電位器三根引線外表用銅導(dǎo)線串聯(lián)纏繞在一起，然后將銅導(dǎo)線接地，但運行一段時間仍會出現(xiàn)位置反饋晃動等故障現(xiàn)象，執(zhí)行機構(gòu)多次故障發(fā)生后，在確診接線、連接部件及屏蔽完好后，發(fā)現(xiàn)故障主要原因在電位器。我們通過執(zhí)行機構(gòu)電位器故障統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：投產(chǎn)時的電位器質(zhì)量較佳，使用周期長，96年起開始使用購買的備品，電位器品質(zhì)有好壞，因此使用一段時間后故障率也大大增加。2002年，廠家已不再生產(chǎn)UE型電動執(zhí)行機構(gòu)所采用的電位器，經(jīng)過選型，曾改用RS公司的2kΩ碳膜式電位器，但也存在同樣缺陷。因此，選擇可靠的電位器或位置反饋裝置成為我們的工作重點。

2.4SM型電動執(zhí)行機構(gòu)故障現(xiàn)象及其原因

SM型電動執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)最多的問題是：在運行時，會突然發(fā)生指令反饋不一致，實際風(fēng)機電流與風(fēng)機導(dǎo)葉開度不匹配的現(xiàn)象。最初發(fā)生故障時，分析是由于電位器的碳膜磨損引起阻值跳躍變化導(dǎo)致，一般通過更換電位器就可以恢復(fù)正常。但在1997年的2月25日、4月10日、4月14日在#2機引風(fēng)機B導(dǎo)葉執(zhí)行機構(gòu)上接連發(fā)生三次實際位置與指令反饋不一致的現(xiàn)象，多次更換電位器，但過幾天仍會有相同的故障，最后只得更換新的執(zhí)行機構(gòu)；后來2003年8月在#2機的引風(fēng)機A的執(zhí)行機構(gòu)上，又在不長時間內(nèi)數(shù)次出現(xiàn)上述故障，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于執(zhí)行機構(gòu)長時間運行，主軸與軸套之間磨損，間隙增大，使得主軸在轉(zhuǎn)動至某一角度時，發(fā)生細(xì)微的抖動，其主軸連著的大齒輪轉(zhuǎn)動也產(chǎn)生了極小的跳動，在帶動電位器小齒輪的同時，沒有形成同步，使得電位器阻值沒有正常反映導(dǎo)葉的開度。事后利用機組檢修的機會檢查使用年限較長的執(zhí)行機構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這些執(zhí)行機構(gòu)主軸和套軸之間均有磨損現(xiàn)象。對有磨損的主軸和套軸進(jìn)行重新修整、加工，缺陷消除。

3、電動執(zhí)行機構(gòu)的改進(jìn)

3.1UE型執(zhí)行機構(gòu)故障處理

3.1.1熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板的執(zhí)行機構(gòu)改進(jìn)

針對磨煤機A和磨煤機F的熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板的執(zhí)行機構(gòu)易受暴雨侵襲的情況，我們在執(zhí)行機構(gòu)的上部及側(cè)面加裝了遮雨蓬，并將所有熱風(fēng)擋板執(zhí)行機構(gòu)的底座進(jìn)行了抬高，熱風(fēng)道保溫重新加固，從而徹底解決了暴雨、熱風(fēng)道漏風(fēng)對執(zhí)行機構(gòu)的影響。

3.1.2UE型位置變送器改造

經(jīng)過對國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品的選擇比較，于2003年5月利用2#機檢修的機會，在冷風(fēng)調(diào)門上試裝了日本M-system公司型號為VOS2T-R的非接觸式位置變送器，該裝置取消了電位器和位置反饋電路板，測量角度為0～110°，利用直流差動變壓器的轉(zhuǎn)換原理，當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)動，帶動非接觸式位置變送器的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動時，在差動變壓器內(nèi)部兩個線圈產(chǎn)生壓差，再轉(zhuǎn)換成4～20mA的輸出電流，反映出位置變化。在調(diào)試過程中，我們把非接觸式位置變送器安裝在執(zhí)行機構(gòu)殼體外部，通過連桿與執(zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)動軸相連，但是通電校驗時發(fā)現(xiàn)這種執(zhí)行機構(gòu)在中間位置沒法穩(wěn)定，一直上下晃動，導(dǎo)致馬達(dá)過熱，執(zhí)行機構(gòu)停止工作，而且還使得PCM模件損壞。經(jīng)分析后，加裝了M-system公司型號為M2DY的有源耦合隔離器，這種隔離器精度高、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好、壽命長，能做到電源/信號之間、信號/信號之間的隔離，電源的突變也不會造成分散控制系統(tǒng)的損壞，并改進(jìn)了原信號傳輸接線（如圖1、圖2），將新的位置變送器與原來連接電位器的軸相連，這樣既克服信號匹配問題，又保證了測量的精度。非接觸式位置變送器于2003年5月在2#機磨煤機C冷風(fēng)擋板執(zhí)行機構(gòu)上試裝成功，試運行情況良好。事后，逐步利用大小修機會，將全部UE型的電動執(zhí)行機構(gòu)的位置變送器改為非接觸式位置變送器。

3.2SM型執(zhí)行機構(gòu)故障處理

在UE位置反饋裝置改造成功的基礎(chǔ)上，將非接觸式位置變送器運用到了SM型電動執(zhí)行機構(gòu)。同時，在購買備品時選用輸出功率大的執(zhí)行機構(gòu)，改用輸出功率為10000英尺·磅的執(zhí)行機構(gòu)。

4、結(jié)束語

原電動執(zhí)行機構(gòu)采用電位器作為位置變送器的阻值變換元件，變送器性能與電位器的產(chǎn)品質(zhì)量有很大的關(guān)系，由于電位器電阻元件觸點處始終存在著摩擦和損耗，降低了電位器的動態(tài)穩(wěn)定性，使電位器的可靠性和壽命受到影響。我廠實踐經(jīng)驗證明，將電動執(zhí)行機構(gòu)的位置變送器改為非接觸式位置變送器，能有效解決位置變送器的可靠性問題，提高設(shè)備的使用壽命，保障了鍋爐輔機設(shè)備的穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

[1]ABB Bailey公司通用旋轉(zhuǎn)型UE系列電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品說明書，F(xiàn)OXBORO/JORDAN公司90°旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)（SM-5400系列）說明書。

作者簡介

吳浩文，西南石油大學(xué)，電氣工程及自動化，2009級。