角行程电动执行机构的故障及改进办法
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【摘 要】本文介绍了电厂的角行程电动执行机构使用情况，重点介绍了位置变送器的失效是执行机构故障的主要原因，介绍了它的改进情况，改进的经验为其他角行程电动执行机构使用及改进提供借鉴。
【关键词】角行程电动执行机构；位置变送器；电位器；非接触式位置变送器
随着电厂容量越来越大，参数越来越高，对自动调节系统可靠性要求便越来越高。近年来，角行程电动执行机构故障频发，直接影响锅炉的稳定运行。经过多次摸索分析，查明故障主要原因在于位置变送器，通过改进提高了装置运行的可靠性。本文介绍发送位置信号的角行程电动执行机构其运行情况及故障处理方法。
1、角行程电动执行机构简介
角行程电动执行机构用于锅炉风烟系统和制粉系统中的送风机导叶、引风机导叶、一次风机导叶和磨煤机冷热风调节挡板控制和位置指示。下面是某电厂其具体配置列于表1。
表1 角行程电动执行机构配置表
型号 用途 台数 信号类型 作用类型
UE20 送风机导叶 4 4～20mA/100%～0% 反作用
UE30 磨煤机冷风
调节挡板 12 4～20mA/100%～0% 反作用
磨煤机热风
调节挡板 12 4～20mA/0%～100% 正作用
SM5360 一次风机导叶 4 4～20mA/0%～100% 正作用
SM5480 引风机A/B导叶 4 4～20mA/0%～100% 反作用
1.1ABB Bailey公司的UE型电动执行机构简介
ABB Bailey公司生产的通用旋转型UE20、UE30电动执行机构由主控制器和电动执行机构两个主要部分组成。主控制器采用单相调节控制器，包括电源板、位置控制模件PCM板和一块固定母板。电动执行机构包括电子位置变送器及配套操作系统。电动执行机构的参数列于表2。
表2 UE型电动执行机构参数
型号 连续转矩率 满载转90°行程时间 工作电压 工作电流 电动机容量
UE20 75磅·英尺 7秒 120VAC 4.0A 0.2马力
UE30 500磅·英尺 10秒 120VAC 7.5A 0.5马力
电子位置变送器是由一个2kΩ线性电位器（0～270°转角对应0～2kΩ）经过反馈线路板将执行机构输出轴0～100%动作范围转换为能供主控制模件使用的标准信号4～20mA。电位器通过三根引线连接至反馈线路板，由反馈线路板通过两根反馈电缆引至主控模件上，反馈电缆的屏蔽线引至主控模件的LSC端子可靠接地。
1.2FOXBORO/JORDAN公司的SM型电动执行机构简介
FOXBORO/JORDAN公司生产的SM5360、SM5480电动执行机构，由伺服控制器和电动执行机构两部分组成。伺服控制器采用AD7300系列伺放控制模件和变压器，电动执行机构包括电子位置变送器及辅助操作系统等设备。SM型电动执行机构参数列于表3。
表3 SM型电动执行机构参数
型号 功率输出 满载转90°行程时间 工作电压 马达输入电压
SM5360 3200英尺·磅 36秒 380VAC 90VDC
SM5480 7500英尺·磅 40秒 380VAC 180VDC
SM型执行机构电子位置变送器采用的电位器是1kΩ的可变电阻，电位器可以360°转动，但有效可变电阻角度为300°。通过执行机构镶嵌在主轴上的大齿轮转动，来带动电位器转动轴上的小齿轮，使得电位器的阻值发生变化，经转换，输出伺放模件所能接受的4～20mA信号，以反映0～100%的开度。
2、电动执行机构运行情况分析
从机组投运开始，最初几年角行程电动执行机构运行基本正常，随着运行时间的增长，角行程电动执行机构的异常情况逐步增多。
2.1电动执行机构故障次数统计
2.1.1UE型电动执行机构故障次数统计
2.1.1UE统计图
2.1.2SM型电动执行机构故障次数统计
2.1.2SM统计图
2.2电动执行机构故障现象汇总
表4 UE型电动执行机构故障原因统计
故障原因 故障现象 故障次数
电位器故障 位置反馈晃动 43
位置反馈与指令不一致
位置变送器反馈连杆松开 位置反馈与指令不一致 2
位置变送器受潮 位置反馈与指令不一致 2
位置变送器反馈线路板坏 位置反馈晃动 2
磨煤机热风风道漏风，热辐射增加，执行机构环境温度升高 马达过热，执行机构拒动 3
伺服放大器控制模件坏 执行机构单方向动作 3
电缆绝缘层老化破损接地 执行机构不能投自动 1
DCS手操站坏 执行机构强制手动 1
表5 SM型电动执行机构故障原因统计
故障原因 故障现象 故障次数
电位器故障 位置反馈晃动 16
位置反馈与指令不一致
执行机构主轴与轴套磨损增大，产生位移，引起电位器故障 位置反馈与指令不一致 3
控制模件CIS02坏 引风机导叶全关，炉膛负压高，引发MFT 1
引风机导叶内部有卡涩，马达动作电流增大，伺服放大器控制柜中15Amp熔丝熔断 导叶执行机构无法动作 6
2.3UE型电动执行机构故障现象及原因分析
UE型电动执行机构1992年开始投运，最初运行情况良好，但有时遇到大暴雨时，磨煤机A、磨煤机F的热风调节挡板的执行机构能正常动作，可是CRT位置反馈信号与指令信号会出现偏差，当二者的偏差大于10%，执行机构将受到强制手动信号。经过观察发现这二台执行机构位于锅炉侧最东、最西端的磨煤机A、磨煤机F热风风道上，下雨时执行机构和热风道易受侵袭，雨水遇热形成的潮气侵入执行机构内部，直接影响了位置变送器正常显示。1997年以后故障逐渐增多，有时新换的电位器用了一个月左右就发生晃动现象，如果电位器在20mA的位置时，用手触摸电位器的引线，反馈显示会发生变化，运行不久，就会发生调门晃动故障。此外，反作用的磨煤机冷风调节挡板执行机构和送风机导叶执行机构多次在运行中出现指令至0%，CRT位置反馈显示为-30%，而实际挡板位置在全开位置的异常现象。当出现这种故障时，如用手碰电位器的三根引线，执行机构的位置反馈显示立刻变为正常100%，最初怀疑是电位器受到静电干扰，于是检查了反馈电缆的屏蔽线，把所有连接部分重新紧固一遍，将电位器三根引线外表用铜导线串联缠绕在一起，然后将铜导线接地，但运行一段时间仍会出现位置反馈晃动等故障现象，执行机构多次故障发生后，在确诊接线、连接部件及屏蔽完好后，发现故障主要原因在电位器。我们通过执行机构电位器故障统计发现：投产时的电位器质量较佳，使用周期长，96年起开始使用购买的备品，电位器品质有好坏，因此使用一段时间后故障率也大大增加。2002年，厂家已不再生产UE型电动执行机构所采用的电位器，经过选型，曾改用RS公司的2kΩ碳膜式电位器，但也存在同样缺陷。因此，选择可靠的电位器或位置反馈装置成为我们的工作重点。
2.4SM型电动执行机构故障现象及其原因
SM型电动执行机构出现最多的问题是：在运行时，会突然发生指令反馈不一致，实际风机电流与风机导叶开度不匹配的现象。最初发生故障时，分析是由于电位器的碳膜磨损引起阻值跳跃变化导致，一般通过更换电位器就可以恢复正常。但在1997年的2月25日、4月10日、4月14日在#2机引风机B导叶执行机构上接连发生三次实际位置与指令反馈不一致的现象，多次更换电位器，但过几天仍会有相同的故障，最后只得更换新的执行机构；后来2003年8月在#2机的引风机A的执行机构上，又在不长时间内数次出现上述故障，后经检查发现是由于执行机构长时间运行，主轴与轴套之间磨损，间隙增大，使得主轴在转动至某一角度时，发生细微的抖动，其主轴连着的大齿轮转动也产生了极小的跳动，在带动电位器小齿轮的同时，没有形成同步，使得电位器阻值没有正常反映导叶的开度。事后利用机组检修的机会检查使用年限较长的执行机构，发现这些执行机构主轴和套轴之间均有磨损现象。对有磨损的主轴和套轴进行重新修整、加工，缺陷消除。
3、电动执行机构的改进
3.1UE型执行机构故障处理
3.1.1热风调节挡板的执行机构改进
针对磨煤机A和磨煤机F的热风调节挡板的执行机构易受暴雨侵袭的情况，我们在执行机构的上部及侧面加装了遮雨蓬，并将所有热风挡板执行机构的底座进行了抬高，热风道保温重新加固，从而彻底解决了暴雨、热风道漏风对执行机构的影响。
3.1.2UE型位置变送器改造
经过对国内外相关产品的选择比较，于2003年5月利用2#机检修的机会，在冷风调门上试装了日本M-system公司型号为VOS2T-R的非接触式位置变送器，该装置取消了电位器和位置反馈电路板，测量角度为0～110°，利用直流差动变压器的转换原理，当执行机构转动，带动非接触式位置变送器的转动轴转动时，在差动变压器内部两个线圈产生压差，再转换成4～20mA的输出电流，反映出位置变化。在调试过程中，我们把非接触式位置变送器安装在执行机构壳体外部，通过连杆与执行机构转动轴相连，但是通电校验时发现这种执行机构在中间位置没法稳定，一直上下晃动，导致马达过热，执行机构停止工作，而且还使得PCM模件损坏。经分析后，加装了M-system公司型号为M2DY的有源耦合隔离器，这种隔离器精度高、抗干扰能力强、稳定性好、寿命长，能做到电源/信号之间、信号/信号之间的隔离，电源的突变也不会造成分散控制系统的损坏，并改进了原信号传输接线（如图1、图2），将新的位置变送器与原来连接电位器的轴相连，这样既克服信号匹配问题，又保证了测量的精度。非接触式位置变送器于2003年5月在2#机磨煤机C冷风挡板执行机构上试装成功，试运行情况良好。事后，逐步利用大小修机会，将全部UE型的电动执行机构的位置变送器改为非接触式位置变送器。
3.2SM型执行机构故障处理
在UE位置反馈装置改造成功的基础上，将非接触式位置变送器运用到了SM型电动执行机构。同时，在购买备品时选用输出功率大的执行机构，改用输出功率为10000英尺·磅的执行机构。
4、结束语
原电动执行机构采用电位器作为位置变送器的阻值变换元件，变送器性能与电位器的产品质量有很大的关系，由于电位器电阻元件触点处始终存在着摩擦和损耗，降低了电位器的动态稳定性，使电位器的可靠性和寿命受到影响。我厂实践经验证明，将电动执行机构的位置变送器改为非接触式位置变送器，能有效解决位置变送器的可靠性问题，提高设备的使用寿命，保障了锅炉辅机设备的稳定运行。
参考文献
[1]ABB Bailey公司通用旋转型UE系列电动执行机构产品说明书，FOXBORO/JORDAN公司90°旋转执行机构（SM-5400系列）说明书。
作者简介
吴浩文，西南石油大学，电气工程及自动化，2009级。