何俊松

(江蘇新海發(fā)電有限公司，江蘇連云港222012)

江蘇新海發(fā)電有限公司七期擴(kuò)建工程1號(hào)機(jī)組為1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐尾部布置2臺(tái)轉(zhuǎn)子直徑為D16 379mm的三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器,空氣預(yù)熱器配有上海東方海事工程技術(shù)有限公司機(jī)械傳感器漏風(fēng)控制系統(tǒng)（LCS）。它是結(jié)合溫度數(shù)據(jù)采集技術(shù)、可編程序控制器（PLC）和觸摸屏一體化的控制設(shè)備，采用人性化的人機(jī)控制界面。既可以提供詳細(xì)的報(bào)警信息，多重保護(hù)的自動(dòng)控制模式，又可以提供具體到每塊扇形板的控制信息。從而保證相關(guān)設(shè)備的安全性，顯著降低空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率。其設(shè)計(jì)原理是使扇形密封板與熱變形的轉(zhuǎn)子形狀緊密貼合，在各種工況下，控制扇形板與轉(zhuǎn)子徑向密封片的間隙在規(guī)定范圍內(nèi)，從而使空預(yù)器漏風(fēng)率控制在較小范圍內(nèi)。

1 系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)介

機(jī)械傳感器漏風(fēng)控制系統(tǒng)主要設(shè)備包括加載機(jī)構(gòu)、漏風(fēng)系統(tǒng)控制柜、就地控制箱、機(jī)械傳感器、熱電偶溫度輔助控制裝置、轉(zhuǎn)子測(cè)速停轉(zhuǎn)報(bào)警裝置。其中每套LCS系統(tǒng)配有3套扇形板控制裝置，每套扇形板控制裝置配有獨(dú)立的加載機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳感器。加載機(jī)構(gòu)配有力矩保護(hù)裝置；機(jī)械傳感器包括行程限位開關(guān)、初級(jí)限位開關(guān)、次級(jí)限位開關(guān)、傳感器探頭；熱電偶溫度輔助控制裝置主要包括2只熱電偶測(cè)量煙氣進(jìn)口處溫度；轉(zhuǎn)子測(cè)速停轉(zhuǎn)報(bào)警裝置主要包括3個(gè)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)接近開關(guān)。

2 漏風(fēng)控制裝置存在的問(wèn)題

江蘇新海發(fā)電有限公司1號(hào)機(jī)組整套LCS漏風(fēng)控制裝置自2012年12月投入運(yùn)行以來(lái)，總體運(yùn)行情況良好，節(jié)能效果明顯，但是運(yùn)行幾個(gè)月以后設(shè)備故障明顯增多，且很多故障不好在線處理，導(dǎo)致一些扇形板控制裝置退出運(yùn)行，嚴(yán)重影響漏風(fēng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)率。經(jīng)過(guò)對(duì)2013年來(lái)出現(xiàn)的故障問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)主要有以下幾個(gè)方面問(wèn)題：機(jī)械傳感器故障，扇形板加載提升機(jī)構(gòu)密封不嚴(yán)，運(yùn)行期間經(jīng)常發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)尺間隙數(shù)據(jù)與觸摸屏棒圖值不一致，控制系統(tǒng)保護(hù)邏輯不夠全面等。

2.1 機(jī)械傳感器故障

（1）機(jī)械傳感器探頭故障。機(jī)械傳感器的探頭安裝在空氣預(yù)熱器的內(nèi)部，由于空氣預(yù)熱器是高溫、高腐蝕和高粉塵的惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，一旦傳感器損壞，無(wú)法在線更換，從而造成此塊扇形版沒有調(diào)整依據(jù)，直接影響相應(yīng)扇形板漏風(fēng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。比如B2扇形板，熱態(tài)調(diào)試時(shí)就發(fā)現(xiàn)傳感器有問(wèn)題，但是無(wú)法在線更換，只好投入溫控模式。

（2）機(jī)械傳感器限位開關(guān)故障。由于傳感器的限位開關(guān)離熱源比較近，環(huán)境溫度太高，使限位開關(guān)元器件的使用壽命很短，再加上現(xiàn)場(chǎng)位置狹小，檢修人員無(wú)法對(duì)損壞的傳感器開關(guān)進(jìn)行及時(shí)更換，造成漏風(fēng)控制系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。例如2012年6月21日A2扇形板傳感器初級(jí)限位開關(guān)故障，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度太高及位置狹小，檢修人員無(wú)法對(duì)損壞的傳感器開關(guān)進(jìn)行更換，只好把A2扇形板控制由間隙控制改為溫度控制，漏風(fēng)控制效果大大降低。

（3）機(jī)械傳感器安裝位置受限。原有機(jī)械接觸式傳感器為當(dāng)初空預(yù)器標(biāo)配產(chǎn)品，但是受到空預(yù)器結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)管路布置的影響，安裝在空預(yù)器夾縫內(nèi)，環(huán)境溫度過(guò)高且散熱不好，在實(shí)際調(diào)試和維護(hù)中存在較多不合理，不方便的地方；特別是熱態(tài)調(diào)試時(shí)“傳感器支撐箱體”操作空間較小；現(xiàn)場(chǎng)的高溫和高空環(huán)境很大程度上制約了維護(hù)人員的正常修護(hù)工作。

2.2 扇形板加載提升機(jī)構(gòu)密封不嚴(yán)

漏風(fēng)控制系統(tǒng)加載機(jī)構(gòu)提升桿密封性不好，漏風(fēng)漏灰嚴(yán)重[1]。漏風(fēng)漏灰把空預(yù)器內(nèi)部高溫空氣帶出也容易造成環(huán)境溫度升高，燒壞開關(guān)和信號(hào)電纜等。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)尺間隙數(shù)據(jù)與觸摸屏棒圖值不一致

運(yùn)行人員巡回檢查時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)觸摸屏棒圖值和現(xiàn)場(chǎng)就地標(biāo)尺顯示值不一致，隨著時(shí)間推移偏差值越來(lái)越大，需經(jīng)常人為進(jìn)行位移標(biāo)定。

2.4 控制系統(tǒng)保護(hù)邏輯不夠全面

現(xiàn)在只有空預(yù)器停轉(zhuǎn)保護(hù)沒有空預(yù)器電機(jī)過(guò)電流保護(hù)，而且DCS不能實(shí)時(shí)監(jiān)視扇形板狀態(tài)，也沒有遠(yuǎn)控緊急提升等功能，不利于運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌握調(diào)整漏風(fēng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

3 漏風(fēng)控制裝置改進(jìn)方案

3.1 機(jī)械傳感器換型為激光傳感器

3.1.1傳感器換型原因

機(jī)械傳感器的探頭安裝在空預(yù)器的內(nèi)部，由于空預(yù)器惡劣、高溫、高腐蝕和高粉塵的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，一旦傳感器損壞，無(wú)法在線更換，造成此塊扇形版沒有調(diào)整依據(jù)，直接影響系統(tǒng)運(yùn)行；其二機(jī)械傳感器的初級(jí)“限位開關(guān)”和“次極限位開關(guān)”等元器件因安裝位置處環(huán)境溫度過(guò)高且散熱不好，容易出現(xiàn)故障，而且由于現(xiàn)場(chǎng)位置狹小且環(huán)境溫度過(guò)高，個(gè)別情況能出現(xiàn)100℃以上，檢修人員無(wú)法對(duì)出現(xiàn)故障的傳感器開關(guān)等元器件進(jìn)行及時(shí)更換；其三每塊扇形板都需要安裝獨(dú)立的機(jī)械傳感器，造價(jià)高，安裝復(fù)雜，維修成本高。故將機(jī)械傳感器更換為激光傳感器，每臺(tái)空預(yù)器共用一套激光傳感器。

3.1.2激光傳感器簡(jiǎn)介

（1）激光傳感器組成。激光傳感器采用的是上海東方海事工程技術(shù)有限公司研制的最新產(chǎn)品，主要由高頻激光器，激光檢測(cè)器、測(cè)量電路，傳感器氣動(dòng)控制閥、傳感器氣源流量等設(shè)備組成。

（2）激光傳感器測(cè)距原理。激光傳感器采用紅外激光檢測(cè)轉(zhuǎn)子的變形量來(lái)控制扇形板與轉(zhuǎn)子徑向密封片之間的距離。它采用激光測(cè)距的原理，采用相對(duì)比較方法進(jìn)行測(cè)量，激光傳感器發(fā)出已調(diào)制的高頻率激光束，接受從被測(cè)物返回的有相對(duì)位移的光，與參考信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)相對(duì)差而得到測(cè)量結(jié)果，再把測(cè)量的結(jié)果轉(zhuǎn)換成4～20mA電信號(hào)發(fā)出給PLC系統(tǒng)運(yùn)算處理，通過(guò)計(jì)算得出轉(zhuǎn)子熱態(tài)過(guò)程中的形變量從而調(diào)節(jié)扇形板位置。使用激光測(cè)距傳感器測(cè)量到的結(jié)果可達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度。

3.1.3激光傳感器的優(yōu)點(diǎn)

改造后的激光傳感器，使LCS系統(tǒng)關(guān)鍵部件遠(yuǎn)離了高溫區(qū)等惡劣工作環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和日常維護(hù)變得相當(dāng)方便，減少了維護(hù)人員的工作量，提高了工作效率。而且激光傳感器采用一主一備布置，保證了設(shè)備的可靠性和安全性，具有精度高，測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，可在線更換，造價(jià)低，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

（1）激光傳感器為非接觸式測(cè)距傳感器。激光傳感器無(wú)須和扇型板固定在一起，只需要使激光束正對(duì)轉(zhuǎn)子平面就可以。

（2）激光傳感器測(cè)量精度高。激光傳感器采用相對(duì)比較方法進(jìn)行測(cè)量，發(fā)出一調(diào)制高頻率激光束，接受從被測(cè)物返回有相對(duì)位移的光，與參考信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)相對(duì)差而得到測(cè)量結(jié)果。測(cè)量精度可達(dá)到毫米級(jí)。

（3）激光傳感器安全性高。每臺(tái)空預(yù)器漏風(fēng)控制LCS裝置采用兩套激光傳感器，2套激光傳感器為一主一備布置，保證了設(shè)備的可靠性和安全性。

（4）激光傳感器故障率低，幾乎不需要維護(hù)。

3.2 波紋管密封座

原有提升桿密封座漏灰積灰嚴(yán)重經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)及焊接方面存在弊端，所以易導(dǎo)致漏灰。決定改造為MFZ-B-I-100波紋管密封座。更換的新型波紋管密封座底部與底板焊接，上法蘭與提升桿焊接，這種安裝方式，直接保證了波紋管密封座具有良好的密封性。同時(shí)波紋管自身的補(bǔ)償作用可以很好地保證提升桿上下運(yùn)行具有足夠的行程空間。改造后的波紋管密封座密封性能好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)卡塞現(xiàn)象；無(wú)需維護(hù)，方便檢修。

3.3 傳動(dòng)反饋裝置換型為電位器

觸摸屏上棒圖值與實(shí)際標(biāo)尺正常情況下數(shù)值是一致的，觸摸屏上棒圖值是傳動(dòng)反饋開關(guān)采用光電式信號(hào)采集，送到PLC中進(jìn)行計(jì)算所得，原理就是PLC通過(guò)控制電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間來(lái)計(jì)算，而電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間又是通過(guò)光電式傳動(dòng)反饋開關(guān)累積動(dòng)作次數(shù)運(yùn)算而來(lái)。當(dāng)電機(jī)控制扇形板上、下行時(shí)，通過(guò)反饋信號(hào)得知扇形板在動(dòng)作，程序通過(guò)光電開關(guān)動(dòng)作次數(shù)來(lái)計(jì)算扇形板的位置。經(jīng)常發(fā)生偏差主要是由于光電式傳動(dòng)反饋裝置信號(hào)采集不準(zhǔn)確所致，本次改造取消原來(lái)的光電式傳動(dòng)反饋裝置，改用準(zhǔn)確度更高的電位器，電位器直接安裝于電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上，采用電壓值變化來(lái)反映當(dāng)前位置，此方式精度較高，不易產(chǎn)生偏差。

3.4 保護(hù)邏輯進(jìn)一步優(yōu)化

3.4.1原有的保護(hù)邏輯

（1）電機(jī)過(guò)載保護(hù)。系統(tǒng)任何狀態(tài)下，出現(xiàn)電機(jī)過(guò)載，則停止動(dòng)作。該過(guò)載信號(hào)與接觸器聯(lián)鎖，直接切斷電機(jī)的接觸器線圈電源。

（2）傳感器保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到激光傳感器或電位器故障信號(hào)后時(shí)，如果此時(shí)系統(tǒng)在自動(dòng)模式下，則系統(tǒng)會(huì)將自動(dòng)模式切換為溫控模式，此時(shí)系統(tǒng)將以溫控模式來(lái)調(diào)整扇形板移動(dòng)。當(dāng)傳感器恢復(fù)正常時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)回到自動(dòng)模式，必須先將人機(jī)界面中“緊急停機(jī)”旋鈕置ON，讓系統(tǒng)先停止，再把 “緊急停機(jī)”旋鈕置OFF，然后再將“自動(dòng)跟蹤”旋鈕置ON，重新投入使用即可。

（3）轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)保護(hù)。如果發(fā)生轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)報(bào)警，系統(tǒng)在聲光報(bào)警的同事中斷原來(lái)的工作模式，自動(dòng)將扇形板提升至完全恢復(fù)，確保安全。

（4）電機(jī)力矩保護(hù)。力矩保護(hù)動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)停止原來(lái)的工作模式，上行力矩保護(hù)時(shí)就地停機(jī)，下行力矩保護(hù)時(shí)先停機(jī)2 s，然后將扇形板提升至完全恢復(fù)位置處停機(jī)。

3.4.2增加保護(hù)邏輯

（1）空預(yù)器主輔電機(jī)電流過(guò)載保護(hù)[2]。當(dāng)空預(yù)器主輔電機(jī)電流過(guò)載信號(hào)觸發(fā)時(shí)，如果系統(tǒng)在工作模式為就地模式，則在人機(jī)界面中會(huì)顯示響應(yīng)的報(bào)警狀態(tài)，需要通過(guò)就地柜面板上的提升按鈕來(lái)將扇形板進(jìn)行提升。如果系統(tǒng)工作在PLC模式，分2種情況。第一種情況當(dāng)系統(tǒng)控制模式為自動(dòng)時(shí)，觸發(fā)電流過(guò)載，則先將電機(jī)停止，然后開始上行，直到電流過(guò)載信號(hào)消失為止，之后系統(tǒng)再重新進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)功能。第二種情況當(dāng)系統(tǒng)控制模式為溫控時(shí)，觸發(fā)電流過(guò)載，則先將電機(jī)停止，然后開始上行直到電流過(guò)載信號(hào)消失為止，之后系統(tǒng)再重新進(jìn)行溫控檢測(cè)功能。

（2）下行連鎖保護(hù)。當(dāng)空預(yù)器主輔電機(jī)電流過(guò)載信號(hào)出發(fā)，DCS強(qiáng)提信號(hào)出發(fā)和人機(jī)界面上強(qiáng)制提升按鈕置ON時(shí)，下行聯(lián)鎖保護(hù)繼電器動(dòng)作，切斷下行控制回路，防止下行誤動(dòng)作。

（3）溫控運(yùn)行模式邏輯優(yōu)化。機(jī)械傳感器漏風(fēng)控制系統(tǒng)的溫控模式需要傳動(dòng)反饋信號(hào)參與扇形板上、下行調(diào)節(jié)，而激光傳感器漏風(fēng)控制系統(tǒng)溫控模式則不需要電位器信號(hào)來(lái)參與調(diào)節(jié)。激光傳感器漏風(fēng)控制系統(tǒng)溫控模式是按照間隙控制熱態(tài)調(diào)試時(shí)保存的線性曲線來(lái)自行調(diào)整的，這樣減少了參與因數(shù)，提高了溫控模式的可靠性。

（4）在DCS增加空預(yù)器漏風(fēng)控制系統(tǒng)狀態(tài)畫面。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，并增加遠(yuǎn)控緊急提升等功能，便于實(shí)時(shí)掌握和調(diào)整扇形板狀態(tài)。

4 漏風(fēng)控制裝置改進(jìn)后效果

空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制裝置技術(shù)改造于2014年2月3日結(jié)束，整套機(jī)組于2014年2月9日啟動(dòng)，2014年2月15日LCS廠家人員進(jìn)行空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制裝置熱態(tài)調(diào)試，整套LCS設(shè)備于2014年2月15日16∶32投入自動(dòng)運(yùn)行。運(yùn)行3個(gè)月后通過(guò)對(duì)其故障缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障率明顯降低，期間只出現(xiàn)2次激光測(cè)量間隙數(shù)值波動(dòng)，原因是由于激光傳感器測(cè)量裝置一顆螺絲松動(dòng)造成。本次改進(jìn)主要針對(duì)的是常見故障的徹底消除，它達(dá)到了以下效果：降低設(shè)備故障率，提高整套裝置的投運(yùn)率；優(yōu)化傳感器的工作環(huán)境，降低故障率；減少加載機(jī)構(gòu)提升桿和中心筒密封座漏灰。雖然本次LCS技術(shù)改造后空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率與改造前剛投運(yùn)時(shí)降低不明顯，但是設(shè)備故障率大大降低，投運(yùn)率明顯提高，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率降低仍然明顯，節(jié)能效果非常可觀?？諝忸A(yù)熱器漏風(fēng)控制裝置改進(jìn)前后的效果對(duì)比如表1所示。

表1 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制裝置改進(jìn)前后效果對(duì)比表

5 結(jié)束語(yǔ)

空氣預(yù)熱器機(jī)械傳感器漏風(fēng)控制裝置經(jīng)過(guò)此次技術(shù)改造，消除影響LCS系統(tǒng)正常運(yùn)行的的諸多故障，特別是通過(guò)對(duì)傳感器的換型改造解決扇形板密封面到熱變形轉(zhuǎn)子外側(cè)端的間隙測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性問(wèn)題，在邏輯中完善LCS系統(tǒng)的多重保護(hù)，實(shí)現(xiàn)空預(yù)器漏風(fēng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)密封跟蹤，形成間隙控制為主負(fù)荷溫度控制為輔的控制模式，保證漏風(fēng)控制裝置在任何工況下投入自動(dòng)運(yùn)行的可靠性，而且降低故障率，降低維護(hù)成本。自2014年1月LCS裝置改造以來(lái)，設(shè)備故障率大大降低，再也沒有出現(xiàn)漏風(fēng)控制裝置由于設(shè)備原因退出運(yùn)行的現(xiàn)象，充分證明本次改造的成功性，達(dá)到預(yù)期的效果，同時(shí)也給同類型的空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制裝置類似問(wèn)題提供有益的參考和借鑒。

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[2]舒茂龍，陳 欽，孫仁龍.百萬(wàn)機(jī)組空預(yù)器漏風(fēng)控制系統(tǒng)可靠性分析[J].電力科學(xué)與工程，2013，29(3)：69-73.