IGCC汽机主汽调门双LVDT优化研究
第29卷  第09期
2022年09月仪器仪表用户INSTRUMENTATION
Vol.292022  No.09
IGCC汽机主汽调门双LVDT优化研究
丁建博1，冯 松1，张 宇1，王鑫伦2，苏 岩2，刘凤琪2
（1.华能（天津）煤气化发电有限公司，天津 300452；2.华能通辽风力发电有限公司，内蒙古自治区 通辽 028000）
摘    要：
天津IGCC 示范电站的汽机采用上海汽轮制造的LZN93-9.2/4.0/0.586联合循环凝汽式汽轮机。高调、再热调都是伺服型油动机，油动机LVDT 是阀位闭环控制中重要的位置反馈元件。但在原机组中，EH 系统的伺服型执行机构都是每台执行机构配备了一支LVDT，一旦损坏，将直接影响阀位控制和机组的稳定性。本文将IGCC 机组主汽调门单LVDT 控制，改造成双LVDT 控制，确保一个故障后阀门仍然能够正常调节，通过机械部分、支架设计安装调试，对双LVDT 测试检查以保证机械部分可靠性。在电气部分增
加线路、变送器来实现新增LVDT 正常工作，最后通过DEH 的逻辑控制实现双LVDT 无扰动切换工作，真正实现双LVDT 冗余工作，从而增加设备冗余性，提高设备机组可靠性。
关键词：IGCC ；LVDT ；主汽调门；汽轮机
中图分类号：TM611.3                      文献标志码：A
Research on the Optimization of Double LVDT for the
Main Valve of IGCC Steam Turbine
Ding Jianbo 1，Feng Song 1，Zhang Yu 1，Wang Xinlun 2，Su Yan 2，Liu Fengqi 2
（1.Huaneng (Tianjin) Coal Gasification Power Generation Co., Ltd., LTD., Tianjin,300452,China ；2.Huaneng Tongliao Wind Power Co., Ltd., Inner Mongolia Autonomous Region,T ongliao,028000,China ）
金鹰女神2016Abstract：The steam turbine of Tianjin IGCC Demonstration Power Station adopts LZN93-9.2/4.0/0.586 combined cycle con-densing steam turbine manufactured by Shanghai T urbine. The high profile and reheat regulators are all servo-type oil motors. The oil motor LVDT is an important p
osition feedback element in the valve position closed-loop control. However, in the original unit, the servo-type actuators of the EH system are equipped with an LVDT for each actuator. Once damaged, it will directly affect the valve position control and the stability of the unit. In this paper, the single LVDT control of the main steam regulating valve of the IGCC unit is modified, and the double L VDT control is modified to ensure that the valve can still be adjusted normally after a fault. Through the design, installation and debugging of the mechanical part and the bracket, the double LVDT test is checked to ensure the reliability of the mechanical part. In the electrical part Add lines and transmitters to realize the normal operation of the new LVDT, and finally realize the non-disturbance switching of dual LVDT through the logic control of DEH, which truly realizes the redundant operation of dual LVDT, from in-creasing equipment redundancy and improving equipment reliability.Key words：IGCC ；LVDT ；main steam control valve ；steam turbine
收稿日期：2022-06-23
作者简介：丁建博（1990-），男，学士，工程师，研究方向：燃气联合循环、IGCC工艺、风电新能源。
DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2022.09.019
文章编号：1671-1041(2022)09-0078-04
0  引言
IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）作为目
前最为清洁的煤电技术，以煤作为燃料，通过过气化炉煤气化过程，产生合成气（经净化过程处理得到净煤气），净煤气输入燃气轮机燃烧驱动燃气轮机发电，燃机的高温排
丁建博·IGCC汽机主汽调门双LVDT优化研究第09期79
气在余热锅炉中换热产生蒸汽驱动汽轮机发电，形成燃气—蒸汽联合循环集成的一种洁净煤发电技术[1-3]。
LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是线性可变差动变压器，属于直线位移传感器[4-6]。天津IGCC 联合循环发电汽轮机EDH 系统中，主汽调阀反馈装置LVDT 都是单支，LVDT 传感器与伺服阀通过伺服卡控制，实现对主汽调门调节动作。在机组运行过程中一旦LVDT 故障将导致主汽调阀失控，不仅会出现无法正常进行机组负荷调节的问题，甚至会出现阀门关闭导致机组汽机跳闸的情况。所以说LVDT 设备的稳定性决定汽机DEH 系统液动阀门调节的可靠性，也间接决定汽轮机运行的可靠性。LVDT 传感器都以行程拉伸的形式存在，在主汽调门不断调节过程中LVDT 传感器机械磨损也会越变越大，同时主汽调门的LVDT 工作环境多数是高温和振动大，因此这些情况都会加速LVDT 设备老化，LVDT 的输出值会出现波动，导致阀门会在某个位置抖动。单支LVDT 控制的主汽调门的可靠性相对比较低，因此本文主要通过设计新双LVDT 支架来安装双LVDT，增加线缆和变送器把新的LVDT 的信号接入DEH 系统中，在通过控制的逻辑优化确保任意一个LVDT 故障，阀门仍然保持正常调节动作。与此同时也要保证在逻辑优化后，双LVDT 选择实现无扰切换功能，以保证设备稳定运行[7,8]。
1  主汽调阀LVDT支架设计及安装
汽机主调阀主要分为两种：高压主汽调阀和中压再热主汽调阀。由于两种调阀阀门行程不同，所以两种调阀对应使用的LVDT 的形式型号也不同[9]。高压选用无锡河埒传感器有限公司生产的A156.33.01.28，测量范围：0mm ～250mm，适用环境温度：-40℃～150℃，该LVDT 为拉筒式，特点：适合量程较小，拉伸稳固测量精准。而中压再热调门选无锡河埒传感器有限公司生产的B151.36.
09.04，测量范围：0～300mm，适用环境温度：-40℃～150℃，是拉杆式LVDT，特点：适用较长的量程，拉杆灵活，适合于动作幅度较大的执行器。两种不同形式的LVDT 使用不同环境，表1为两种不同LVDT 性能对比表。
汽机的高压主汽调门机械行程40mm 左右，高压侧调门LVDT 安装在阀门油动机的右侧，LVDT 控制行程在
190mm 左右。阀门的活动端链接到LVDT 拉筒活动，中间定位块和底部固定块是固定在油动机上的。图1为高压LVDT 更改前后示意图，为能够保证双LVDT 安装稳固可靠，又保证两个LVDT 测量精准无偏差，选的并排安装，并设计双LVDT 支架。
汽机的中压再热调门机械行程为70mm 左右，中压再热调门LVDT 安装在阀门油动机的正前方，LVDT 控制行程在240mm 左右，采用拉杆式。图2为再热LVDT 更改前后
表1  拉筒式与拉杆式对比表
Table 1  Comparison of pull-drum and pull-rod
图1  IGCC汽机高压主调门双LVDT更改图
Fig.1  IGCC Turbine high pressure main throttle valve
double LVDT change
图2  IGCC汽机再热主调门双LVDT更改图
警监
Fig.2  IGCC Turbine reheat main throttle double LVDT change
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仪器仪表用户INSTRUMENTATION 图3  高压和再热主汽调门双LVDT现场实图
Fig.3  High pressure and reheat main valve dual LVDT diagram 图4  单LVDT和双LVDT控制回路图
Fig.4  Single LVDT and Dual LVDT control loop diagrams
示意图，为了保证双LVDT 测量精度，选择并排安装，并设计双LVDT 支架。
通过以上两种新型的支架，能有效保证LVDT 安装稳固性，同时也能减小两支LVDT 测量产生系统误差。最主要的优势在于任意一个LVDT 故障可以在线拆卸更换，而不影响另一个LVDT 正常工作。图3是现场高压与再热主汽调阀更改后情况。为保证油动机设备完整性，未在油动机开新孔固定，安装的新支架都是使用旧的螺丝孔位，总体表现来看实用牢固并且美观。
2  IGCC主汽调阀双LVDT与EDH系统对接
双LVDT 控制不仅包括现场支架安装，也包含新增的LVDT 信号接入到DEH 系统中。图5为单LVDT 与更改后的双控制回路图，原有单LVDT 信号进入变送器LDM1000，LDM1000将电压信号转换为4mA ～20mA 标准电流信号，输出的标准的电流信号串入DHE 系统的两个快速卡中，DEH 接收两个信号值，再通过逻辑控制伺服阀行程闭环控制[10]。
原有控制回路虽然有两个LVDT 信号接收的快速处理卡，但是只要有LVDT、变送器LVDT 和快速处理卡，及线路任意一点故障都会导致DEH 系统无正常接收信号，无正常的闭环控制伺服阀。为了保证新增的LVDT 独立起来，同时也必须新增一个新的变送器LDM1000。
从图4中可以看出，新增加的LVDT 与变送器组合将测得信号单独传送到DEH 系统中一块快速处理卡中。真正实现信号的冗余，保证DEH 接收到两个单独的LVDT 信号，其中任意一个线路故障，也能保证另一个信号正常接收，
从而确保了阀门控制回路的正常的工作。
3  IGCC主汽调阀LVDT逻辑优化
虽然优化双LVDT 的目的是任意一LVDT 故障，阀门都能够正常调节使用，但是由于主蒸调阀的动作也会影响机组负荷及机组运行参数，如果双LVDT 在故障情况切换导致阀门开关动作幅度太大，将严重影响机组的稳定运行，所以双LVDT 之间无扰切换非常重要[11-13]。个性网名大全2013最新版的男生
只有双LVDT 实现无扰切换，才真正意义上实现了设备冗余功能。因此，通过对双LVDT 的控制逻辑优化来实现设备无扰切换以保证机组的稳定运行。
如图5将两个LVDT 的信号值分别与阀门控制指令值进行作差，再将这两个差值取绝对值，再比较这两
个绝对值大小，取最小的绝对值所对应的LVDT 的值与阀门闭环进行调节控制。这样可以保证阀门控制稳定性，避免了在调节过程中取不同的LVDT 值造成一些扰动调节。同时也保证了当一个LVDT 故障时，LVDT 值与阀门指令产生较大偏差，逻辑中自动排除掉，控制系统会选择较小偏差继续调节。该逻辑可以有效保证双LVDT 的无扰切换，也能够保证阀门稳定的调节动作，减少抖动现象发生。
4  双LVDT性能测试
安装好的双LVDT 需要重新定位才能使用。高压主汽调门机械行程在40mm，再热主汽调门机械行程在70mm，为保证汽机稳定运行，左右侧主汽调门进汽量和进汽压力要保持一致，所以必须保证阀门开度一致。考虑到机械结构和温度对LVDT 的影响，一般不会将阀门的机械全开位
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图5  双LVDT逻辑控制图
Fig.5  Dual LVDT Logic control diagram
表2  双LVDT数值整定表Table 2  Dual LVDT value setting
表3  双LVDT测试表
Table 3  Dual LVDT testings
置设定阀门全开位置，通常将阀门全开位置设定在机械行程的90%～95%。如果将机械全开位置设定阀门全开位置，会因为设备温度变化产生一定形变偏差，结果将是阀门指令全开，而阀门实际反馈不能达到100%。这会导致伺服线圈持续工作和阀门机械限位持续受力，时间久了将会造成伺服阀结构损坏和阀门机械限位的损坏，确定好的机械限位值同时也需要在DEH 中标定LVDT 的零点和量程对应的电流值[13-15]。标定LVDT 电流值就是对阀门位置标定，将汽机打闸后油动机无油压，此时可以将阀门位置定为0位，标定LVDT 电流值，即此时最低电流值MAG 电流值。将汽机挂闸后，将阀门开到指定全开位置即可标定阀门的全开位置，标定LVDT 电流值，即此时最大电流值MEG 电流值。表2为对双LVDT 进行标定的数据表。
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实验结果测试：为了确保优化后双LVDT 控制可靠，对主蒸汽调进行一些实验测试，主要是模拟阀门正常工作状态下，1个LVDT 故障，观察其阀门状态，并对阀门进一步调节控制，确认其是否能正常工作。LVDT 故障状态主要以每个LVDT 断电（可以模拟变送器故障断电），即以LVDT 接线断开来模拟初级和次级线圈故障状态。
通过将双LVDT 有效数值整定及阀门定位后，对阀门进行测试。在单个LVDT 故障的条件下，阀门会保持正常调节，阀门无抖动情况，且阀门继续给指令，阀门正常动作。
5  结论
因单LVDT 故障导致阀门无法正常调节情况时常发生，本文为解决单LVDT 的主汽调门调节可靠性低的问题，通过设计双LVDT 来提高主汽调门的稳定性和可靠性。以设
计新型双LVDT 支架为基础，保证支架牢固可靠的同时，采用双LVDT 并排安装模式以减小两支测量产生的误差。同时增加一套单独变送器，使两个LVDT 形成单独信号分别送入不同DEH 快速处理卡中，保证双LVDT 信号冗余。通过合理逻辑优化，也实现了两个LVDT 无扰切换的使用，提高整个双LVDT 控制的稳定性。对优化后的双LVDT 控制进行测试实验，结果表明任意一个LVDT 故障，阀门未发生误动，阀门调节正常。该双LVDT 优化的结果不仅适用于汽机主汽调门中，也可以适用于其他液动阀调系统，具有广泛的使用性。
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张 勇·燃煤电厂煤质成分软测量技术研究
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图1  基于给煤量校验的灰分迭代计算过程
Fig.1  The iterative calculation process of ash content based on the
verification of coal feeding quantity 越来越多的学者将研究重点转移到基于数据驱动的软测量方法上，但需要注意的是：单纯依靠数据分析有可能会出现严重的原理性错误，而基于机理分析的软测量方法有着明晰的物理、化学原理作为支撑，可以保证避免原理性的错误。另一方面，数据建模在结构上比机理模型简单很多，能更好地适应实时检测的需求。因此，未来的煤质成分软测量发展方向应是以机理分析为基础，融合大数据建模手段的综合性软测量。
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