华能沁北电厂使用ABBTZIDC智能阀门定位器的成功案例———华能沁

［编辑简介］：华能沁北电厂使用ABB TZIDC 双端输出气源智能阀门定位器进行系统改造。本文对此案例的客户需求、改造过程、产品技术参数及特性等进行了阐述，给出安装示意图和现场应用照片。［摘要］：［关键词］：ABB TZIDC 智能阀门定位器 改造
         华能沁北电厂北依太行山，南临沁河.207国道、焦柳铁路(焦作－广西柳州)、济东（河南济源－山东东明）高速、济洛（济源－洛阳）高速、济晋（济源－山西晋城）高速分别于厂边穿过。在国内首先使用大容量国产化超临界燃煤机组设备， 一期工程安装两台60万千瓦超临界国产化燃煤机组。2002年9月开工，2004年12月投产。作为我国首座60万千瓦超临界燃煤机组国产化的依托电厂，河南华能沁北电厂是国家确定的首批超临界国产化依托项目,紧靠晋东南和晋南煤炭基地。它的建设，对于发展民族工业，提高我国重大装备国产化水平，促进产业升级，推动电力结构调整和优化具有重要的意义。
          由于沁北电厂位于华中、华北、西北电网的交汇处，支撑全国联网，实现区内资源优化配置具有重要作用。同时华能沁北电厂被列为二十一世纪燃煤优化设计示范电站，其工程设计水准与国际水平看齐，其效果将对我国今后燃煤电站设计起到示范作用。
  沁北电厂气动定位器故障分析：
         我厂一期两台机组气动调节门原配为传统机械型定位器和独立的位置反馈装置，设备控制精度低，可靠性差，机械型定位器由螺丝调整弹簧张力来调整零点和满度，其机械结构决定易受振动影响，在运行过程中多次发生定位器故障或反馈装置故障，影响了各系统稳定，在前期的机组检修期间，对主要调节型气动执行机构控制器进行了改造，将机械分体定位器改造成为三位一体智能控制器，此项改造工作不仅能大大提高设备可靠性和控制精度，大幅度减少机组运行过程中出现的缺陷。
       改造完成后，我厂现场安装使用数量最多的数字气动执行机构定位器是朋林D3数字定位器，朋林D3数字气动执行机构定位器由电路部分和气路部分两部分组成，故障多因气路部分，电路部分很少有发生故障，我厂因电路部分异常造成定位器故障仅发生一例。定位器中气动块即电气转换部分为损耗品，其主要材料膜片及密封件为橡胶制品，有一定的使用周期，膜片和密封件长期使用会有老化现象，特别是遇水、油等会加速气动块中膜片和密封件的老化。气动块故障是导致我厂定位器故障的首要原因，特别是一些动作频繁的气动调门，连续长时间高负荷的工作会加速气动块的老化。
       在机组运行过程中汽机高加疏水调门和锅炉减温水调门等执行机构投入自动后一直处于调节状态，开关非常频繁，定位器长期连续工作，进气和排气量都很大，随仪用气进入的水、油、杂质等相应增多，
对气路块的寿命影响很大。经解体故障定位器气路块发现，薄膜和密封件有油污和破损现象。因气路块中配件加工精度和对安装质量要求比较高，检修人员暂时无法对已损坏的气路块部分进行修复。
       和连续长时间高负荷的工作相同，现场恶劣工作环境也是造成定位器故障率较高的一大原因，以高加正常疏水调门为例，执行机构为直行程，阀体温度很高，定位器安装距离阀体较近，下方高温阀体的烘烤造成定位器本身温度较高，高温加上振动对气路块甚至整个定位器都有很大影响。
        定位器发生故障后，会异常进、排气，根据破损薄膜位置的不同会发生不同的故障现象，造成执行机构异常全开或者全关。朋林D3智能定位器在连续工作一段时间后有偶发的不可预测的突关现象，在指令不变的情况下阀门突然关闭，之后改变指令重新开启阀门后定位器还能投入正常使用，但这种情况的发生会严重影响机组安全稳定运行，故我们将发生此类故障的气动执行机构定位器进行改造更换。
        一期工程设备是九十年代末的国内产品，已经投入运行多年，调节用执行器大多都是气动执行器，经常会出现堵塞、漏气、反馈信号不可靠、线性不好等缺陷，使调节门无法按照运行人员的意愿动作，要么拒动，要么全开全关线性不好，至使被调工况超出允许范围，直接威胁机组的安全运行, 在这种情况下，阀门定位器的改造就应运而生，涉及一期1#、2#机组的多台高低加，除氧器水位调节门，辅汽，轴封压力调节门，高低旁压力及减温水调门等关键部位，及其他调节门以及二次风挡板等；
         我厂现场现阶段使用的数字定位器主要有三种，分别是朋林D3三位一体定位器、ABB气动执行机构定位器、西门子定位器。通过长期使用对比，ABB气动执行机构定位器可靠性比其它两种高。我们将逐步用ABB定位器替换故障率较高的朋林D3定位器。针对目前定位器故障率较高这种情况，我们将制定措施，加强现场气动执行机构的巡检，根据进排气情况判断定位器的工作状态，发现异常及时处理。另外在机组停机检修期间，对重要气动执行机构的定位器或者气路块进行统一更换，防止机组运行过程中因定位器故障影响机组安全稳定运行通过对其他电厂及本厂定位器使用情况的调研，发现ABB定位器在其他电厂的设备上已经有广泛和长时间使用，工作稳定，故障率底，调节特性灵敏，深受用户的好评。在建厂初期，沁北电厂的阀门定位器都是随设备而来，未作任何的品牌指定，1＃、2＃机组共250台阀门定位器在装，ABB定位器原先只占到全部的15％，约37台左右，现在通过逐渐的改造，ABB定位器装机量已经超过130台，为保证机组的安全稳定运行，并且还在有条不紊的进行改装，发现其他的定位器不能使用的就用ABB定位器进行替代，改造成质量较可靠的双端输出气源ABB定位器。
  电厂对阀门定位器还是有较高要求的，技术性能要求如下：
1． 应为模块化设计、高精度智能式阀门定位器定位器；
2． 具有断电、断信号保位功能，即在不加其他设备的情况下实现断信号、断电时阀门具有保位功能，即停在原位。或者可选具有断电、断信号复位功能，即在不加其他设备的情况下实现断信号、断电复位功能，使阀门回到安全位。
3． 具备本地自动调校和手动校对、操作功能 具备自动调校和手动校对（无须外加设备）、操作功能，可以用手操器（例如：275，375，691）进行调校
4． 其输入、输出必须是4-20mA的电流信号
5． 能够在-40...+85°C度环境下连续无故障运行
6． 具有抗强电磁干扰能力 具有抗强电磁干扰能力
7． 抗震动能力：要求定位器具有较强的抗震动能力
8． 防水、防尘能力 防护等级IP65
  除满足电厂用户的上述优点外， ABB TZIDC 智能定位器还具有以下特点：：
1．直行程和角行程执行机构采用同一类型的阀门定位器，直行程和角行程只需一个参数的设置，这增加了设备应用的互换性、灵活性；
2．安装简单，高度自动化调校自定义所有的运行参数，且免维护运行，这意味着节省时间，应用方便；
3．四个按键和双行LCD文本显示可实现便捷的操作和编程；
4．具有零位和行程范围的手动和自动调节功能；
5．具有可选的或可编程的输出特性；
6．具有自诊断功能；
7．耗气量极少；
8．可进行设置阀门"小流量切除" 功能；
9．可进行死区设置；
A．在线自适应模式意味着即使在恶劣的环境条件下也能高质量地实现控制；
B．定位器内固化的参数可提供许多功能，定位器可进行灵活简单的组态，例如阀门特性，行程限定或分程操作；
C．温度和仪表气源压力的变化对ABB TZIDC定位器的影响可以忽略；
  三、实施过程中遇到的问题及解决办法：
角行程定位器的安装如右图所示：
在改造之前，先测得原气缸上得A、B尺寸（如右图所示），用于定购或制作安装支架。在联轴器和安装支架与定位器安装好后，将整个单元安装到气缸上。
   
  直行程定位器的安装如左图所示：
和市场上流行的定位器一样，直行程定位器用杠杆来感知和反馈阀位。
  需要失电保护的场合：
       高低加，除氧器都是电厂汽水系统上的重要设备，高低加水位调节门以角行程工作方式，电厂要求带失电保位功能，即当阀门定位器的电源消失时，应使阀门保持当前位置，以避免一旦DCS供来的4~20mA信号（DCS供给阀门定位器的AO信号不冗余）消失，使高低加水位调节门迅速进入全开或全关的位置，而使高低加水位波动，可能引高低加解列，而引起生产事故，我们采用具有断电、断信号保位功能的ABB TZIDC定位器，而无需任何附加的电流继电器或者电磁阀就能实现断信号保护，当DCS的信号消失时，定位器锁住高低加调节门的汽缸气源，由此实现失电保位功能；
震动较大的场合：
        电厂有许多有震动较大的场合，对阀门定位器的抗振能力有较高的要求。ABB TZIDC具有较强的抗振能力，其可动部件很少，同时采用喷嘴挡板工作原理的I/P转换器本身有较强的抗震性能，具有无与伦比的抗振和抗冲击能力，在震动频率为80 Hz 、加速度为10g时， 震动影响为≤±1％（10g/80Hz）。
而无需放大死区设置，或者采用分体式定位器来提高抗振性能。结合成熟的PID控制调节技术（见下图），ABB定位器实现精度和速度的完美统一。 电磁干扰较严重的场合：
      电磁干扰在火力发电厂中普遍存在，特别是高频电磁干扰很强， 对电厂的许多环节产生影响，尤其对测量仪器和各种控制设备产生的影响较大，有的塑料外壳的定位器在电磁干扰下会产生“零漂现象”―――如：阀门实际位置在零点处不变，而位置反馈信号会慢慢漂移至100％，严重影响系统的稳定性以及发电机组的安全运行，ABB定位器采用金属铝合金外壳，金属外壳作为一个等电位体能有效屏蔽外界的电磁干扰外壳，保证内部信号不受外界电磁干扰的影响。
       上述ABB TZIDC智能阀门定位器自从2004年在华能沁北电厂成功投入使用以来，其应用的方便、工作稳定，故障率底，调节特性灵敏，深受电厂单位的青睐。为ABB TZIDC智能阀门定位器赢得了较高的声誉，也为我们其他电厂进一步应用TZIDC智能阀门定位器提供了宝贵的经验！