重慶建峰化工股份有限公司一化合成氨裝置的空氣壓縮機驅動(dòng)汽輪機為 5001 系列單軸式燃氣輪機，2004 年控制系統改造為 TS3000 系統。該系統#大的優(yōu)點(diǎn)在于其軟件和硬件都采用 “三取二”表決的三重冗余結構，安全可靠。

 

1 問(wèn)題的提出

2017 年 8 月 12—13 日，燃氣輪機空氣入口導葉（IGV）1# 閥位變送器（LVDT1）反饋顯示 間 斷 性?xún)纱螐?74 °跳變到 67 °左右， 一段時(shí)間后恢復，隨后 3 個(gè)月間斷性出現類(lèi)似情況。

 

燃氣輪機入口導葉設置 2 個(gè)閥位變送器反饋（LVDT1 和 LVDT2） 信號， 由于測量誤差，LVDT2略低 2 °~5 °，2 個(gè)信號經(jīng)高選后作為測量值進(jìn)入控制系統。 燃氣輪機正常運行時(shí)選擇 LVDT1， 一旦LVDT1 跳變到低值，控制系統將選擇 LVDT2 作為測量值。這將引發(fā)入口導葉閥位波動(dòng)，燃氣輪機瞬間出現負荷波動(dòng)，排氣溫度一定幅度上升，并迫近聯(lián)鎖值，給工藝運行帶來(lái)影響。多次排查無(wú)果，無(wú)奈之下，用機械方法調整了LVDT1 和 LVDT2 偏差值，但仍然無(wú)法解決 LVDT1階躍下降和燃氣輪機運行波動(dòng)問(wèn)題。

 

2 原因分析

2.1 控制原理［1］

該空氣壓縮機燃氣輪機入口導葉控制是在MARK-Ⅳ控制系統的基礎上改造而成，原 MARK-Ⅳ控制系統集成了伺服放大卡， 三控制器 R ／ S ／ T分別輸出-8~+8.0 mA 直流電， 分別驅動(dòng)由三線(xiàn)圈電磁力疊加而成的伺服閥， 作用在油動(dòng)機上構成執行機構驅動(dòng)入口導葉。 伺服閥中任意 1 個(gè)或 2個(gè)線(xiàn)圈因故障造成電流中斷， 但只要 1 個(gè)線(xiàn)圈能正常工作，也能驅動(dòng)油動(dòng)機正常調節，體現了燃氣輪機控制系統“三取二”設計理念的高度容錯性。因 TS3000 控制系統輸出標準 4~20 mA 信號，與原 MARK-Ⅳ控制系統輸出-8~+8.0 mA 直流電不符，因此在改造時(shí)增加了 3 個(gè)好立伺服放大卡，取代了原集成在 MARK-Ⅳ控制系統中伺服放大卡的功能，信號制也發(fā)生了相應的變化：新系統中3 塊伺服卡接收來(lái)自控制器模擬輸出卡的標準 4~20 mA 控制信號， 作為 IGV 閥位控制指令；4 線(xiàn)制的 LVDT1 由卡 1 提供 3 000 Hz／ 5 V 交流電源，并反饋 0~2.5 V 交流信號回卡 1， 在卡 1 內部轉換成4~20 mA 信號，同時(shí)還分別送到卡 2 和卡 3，作為L(cháng)VDT1 的信號；同理，4 線(xiàn)制的 LVDT2 由卡 2 提供3 000 Hz／ 5 V 交流電源， 并反饋 0~2.5 V 交流信號回卡 2，在卡 2 內部轉換成 4~20 mA 信號，分別送到卡 1 和卡 3， 作為 LVDT2 信號。 在 3 塊卡中，LVDT1 和 LVDT2 信號經(jīng)過(guò)高選后作為入口導葉閥位測量信號， 控制指令和測量信號在 3 塊卡中經(jīng) PID 運算后分別輸出-8~+8.0 mA 直流電的控制信號，驅動(dòng)伺服閥線(xiàn)圈及后續機構，組成三冗余控制系統。伺服回路原理如圖 1 所示。

 

2.2 檢查過(guò)程

1） 在燃氣輪機在線(xiàn)運行的情況下， shou先判斷LVDT1 性能不穩定，而造成測量值階躍下降。由于更換 LVDT 后需調試伺服卡，重新寫(xiě)入數據，因此無(wú)法在線(xiàn)更換 LVDT，只能采用調整機械零位的方法，消除 LVDT1 和 LVDT2 偏差值。但隨后又出現LVDT1 測量值階躍下降， 故障的根本原因沒(méi)有找到，問(wèn)題沒(méi)得到解決。

 

2） 對 LVDT1 測量回路進(jìn)行檢查，發(fā)現伺服卡對 LVDT1 供電電壓偏低，正常值應為 5 V 交流電，實(shí)測只有 1.5 V 左右交流電， 判斷伺服卡有故障。由于伺服卡更換后需要對入口導葉全行程進(jìn)行調試，因此，燃氣輪機將無(wú)法在線(xiàn)更換，只能堅持運行。

 

3） 2017 年 10 月，利用短暫停車(chē)機會(huì )，檢查伺服卡。將 LVDT1 供電接線(xiàn)拆除，測量伺服卡供電電壓為 5 V 交流電，正常，判斷卡件正常，確定后端回路有接地現象，電纜、LVDT1 均有可能。因時(shí)間緊迫，沒(méi)有進(jìn)行處理，仍堅持運行。

 

4） 裝 置 大 修 期 間 ， 對伺服卡后端電纜和LVDT1 進(jìn)行徹底檢查。對電纜絕緣、阻值檢查，正常。拆掉 LVDT1 后，發(fā)現 LVDT1 到接線(xiàn)箱引出線(xiàn)加裝了一層黃臘管， 該線(xiàn)是由于此處環(huán)境溫度高達 60 ℃，為保護 LVDT1 的引出線(xiàn)而加裝的。黃臘管外徑為 6 mm， 其外層金屬保護管內徑為 8 mm，而接線(xiàn)箱格欄端頭內徑只有 5 mm， 造成黃臘管端頭在格欄端頭受阻且被壓縮，LVDT1 的引出線(xiàn)就因內部張力而拉伸，并擱置在格欄端口的直角上。燃氣輪機長(cháng)時(shí)間運行帶來(lái)高頻振動(dòng)， 該直角就如一把較鈍的鋸子長(cháng)時(shí)間磨損引出線(xiàn)， 使得 4 根引出線(xiàn)中信號反饋線(xiàn)黃線(xiàn)的絕緣層破裂而接地，成為事故的根本原因。

 

2.3 電路原理

LVDT 內部原理圖如圖 2 所示。

 

從圖 2 可以看出，LVDT 內部有三組線(xiàn)圈，勵磁線(xiàn)圈 L 紅黑兩端連接到 3 000 Hz／ 5 V 交流電源，感應線(xiàn)圈由 L1 和 L2 反相串聯(lián)構成，其黃藍兩端輸出電壓 E0（0~2.5 V 交流電）閥位測量信號。勵磁線(xiàn)圈與感應線(xiàn)圈間設有鐵磁性鐵芯連到入口導葉閥桿上，當入口導葉閥位變化時(shí)，中間鐵芯在 LVDT內位置隨之移動(dòng)， 改變感應線(xiàn)圈 L1 和 L2 感應電壓， 從而輸出相對應輸出電壓 E0， 即閥位測量信號，并對應相應閥位。若 LVDT 勵磁線(xiàn)圈 L 輸入電源電壓 Ei 及頻率穩定時(shí)， 閥位變送器輸出電壓 E0等于 L1、L2 及抽頭線(xiàn)圈 L 抽三線(xiàn)圈電壓矢量和，即：

E0=EL -EL +E 抽

當黃線(xiàn)接地時(shí)，勵磁線(xiàn)圈 L 的抽頭接地，相當于在抽頭的部分線(xiàn)圈上并聯(lián)了一個(gè)接地電阻，勵磁線(xiàn)圈總阻抗減小， 從而導致了勵磁線(xiàn)圈 L 電流增加，抽頭部分線(xiàn)圈電流減小，根據電磁感應原理可知：EL 增加，EL 減小。 同時(shí)， 如果 LVDT 黃線(xiàn)接地，E 抽將減小， 且減小的程度與接地電阻大小相關(guān)，當完全接地時(shí)，E抽≈0，EL 增加量、EL 減小量也將達到#大值，LVDT 輸出電壓 E0 下降達#大值，LVDT 閥位測量誤差達#大值，造成階躍下降。

 

3 處理措施及效果

據查證用戶(hù)數據手冊，LVDT 的引出線(xiàn)本身就是針對高溫環(huán)境設計和選材的， 沒(méi)必要進(jìn)行額外保護。因此在大修時(shí)更換新 LVDT， 就不加裝黃臘管，調試伺服卡并重新寫(xiě)入數據后，LVDT1 測量值完全正常［2-3］。燃氣輪機在大修后開(kāi)車(chē)，入口導葉控制完全正常。

 

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