传感器在火电厂中的应用及LVDT使用故障分析.pdf

2 0 1 4年第 1 2期 第 4 2卷 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 1 2 ． 2 0 1 4 T o t a l N o ． 4 2 文章 编 号 1 0 0 7 7 5 9 6 2 0 1 4 1 2 0 0 8 1 0 3 传感器在 火 电厂 中的应用及 L V D T使用故障分析 刘荣辉 ， 陈东 1 ．天津军粮城发电有限公司， 天津 3 0 0 3 0 0； 2 ．天津科技大学， 天津 3 0 0 2 2 2 摘要 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 D E H系统中 L V D T传感器的原理、 结构及其作用。并以某 电厂出现 的 L V D T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 。 关键词 传感器； 火电厂 ； L V D T ； D E H； 调门； 故障 中图分类号 T P 2 1 2 ． 3 文献标识码 B O 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 J 。 l 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 L V D T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} 贝 9 量 中也用到 了此类传 感器。 在发电厂 ， 差压变送器输 出 4 2 0 m A的电流信 号送到 D C S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 j 。 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 P L C配套使用或把数据直接传人到 D C S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 [ 收稿 日期] 2 0 1 4 1 0 1 6 [ 作者简介] 刘荣辉 1 9 7 6一 ， 女 ， 河北邯郸人 ， 工程师； 陈东 1 9 6 8一 ， 男， 山东平原人 ， 博士生导师， 教授。 一 8l 一 2 0 1 4年第 1 2期 第 4 2卷 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ．1 2． 2 01 4 T o t a l N o ． 4 2 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 J 。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 j 。 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 2 0 m A的电流信号， 方便把 数据传送到 D C S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 P t l O 0， P T I O ， C u 5 0 ， C u l 0 0 ， 铂热 电阻测量温度范 围一般 为 2 0 0 8 0 0 o C度 以下 ， 铜热电阻为 一 4 01 4 0℃。 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 L V D T 传感器 L V D T属于直线位移传感器 中的一种。L V D T用 于 D E H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 。 L V D T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 一 8 2 一 磨损 。 发电厂处于高噪声工业环境 ， L V D T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 L V D T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。 L V D T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 。 图 1 L V D T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。 L V D T在调门控制 中的作用如 图 2所示。L V D T 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 L V D T变 送器单元把频率信号转化成电压 1 ～ 5 V 和电流 4 2 0 m A 信号， 通过 D E H板传达运操作员画面并进 入逻辑组态进行相应的运算。 困 叵 图 2 L V D T的基本作用 2 L V D T出现的故障及分析 2 ． 1 故障现象 刘荣辉， 等 传感器在火电厂中的应用及 L V D T使用故障分析 第 l 2期 某电厂 7机 1号高压调门在全开位置发生剧烈 振动 ， D E H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 L V D T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 D E H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 9 0 ％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 D E H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 L V D T连接 电缆 、 就地接线盒及 D C S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 L V D T铁芯 、 线圈 ， 没有发 现 有 明显的损坏 ， 且机柜 内 V C C卡指示灯显示正常 ； 3 检查 L V D T调节模块 ， 用备用 L V D T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 L V D T调节模块对振动现象有所改善的现 象 ， 所 L V D T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 D E H系统采用的是北京国电智深供应 E D P FN T型 D E H系统 ， L V D T传感器采用的是无锡市 河埒传感器有限公司生产 的 T D一1 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 L V D T传感器用于输出各个调门的实际位置。在 D E H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 L V D T故障造成的。 通过此次事故可以发现， L V D T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 ， L V D T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 L V D T反馈摆动或坏死 现象 。这 时我们 需要更换新的装置和 L V D T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。 3 结语 本文简要介绍 了温度 、 流量 、 振动和位移传感器 在电厂中的应用 ， 随着科学技术水平 的不 断发 展和 提高， 现在的传感器种类由过去单一测量改为了复 合型统一测量 ， 而且测量的精度和范 围也逐步提高。 另外 ， L V D T传感器在火电厂汽轮机控制中处于 相当重要 的作用 ， 它的故 障会对 系统造成 巨大的影 响 ， 所 以要 特 别 重视 L V D T传 感 器 的安 装 和维 护 工作。 在保证机组 安全稳定运行 的前提下 ， 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 ， 把故障消灭在萌芽阶段。 参考文献 [ 1 ] 周金华 ， 张静 ．多传感器数据融合技术在电厂状态监测 和故 障诊 断 中 的应 用 [ J ] ．煤 矿 机 械， 2 0 1 1 1 1 2 7 12 7 3 ． [ 2 ] 胡珊 ．流量传感器技术在热电厂中的应用及其发展[ J ] ． 仪器仪表用户， 2 0 0 3 0 5 2 72 8 ． [ 3 ] 梁建宏 ， 电涡流传感器在大型旋转机械中的应用[ J ] ．仪 器仪表与应用， 2 0 0 7 0 4 7 4 ． [ 4 ] 孙艳秋 ， 电涡流传感器的技术优势及应用[ J ] ， 电子元件 与材料 ， 2 0 1 4 0 3 3 53 7 ． [ 5 ] 王丹麟等， 基于位移传感器 L V D T的信号断线故障检测 [ J ] ．电力 自动化设备 ， 2 0 1 1 1 2 5 9 6 1 ． [ 6 ] 片秀红等， L V D T传感器在发电厂应用 中的研究与探讨 [ J ] ．计量与测试技术 ， 2 0 1 0 0 6 1 0 11 0 2 ． 一 83