利用DCS實現伺服放大器和電動執行機構的閥位保護

　　摘要：目前，在300MW以下火電機組大量應用著DKJ（ZKJ）、DKZ（ZKZ）、ZKD等系列國產執行機構。這些執行機構具有結構簡單、價格低的優點（價格僅為進口智能執行機構的十分之一左右）。在自動控制系統中，這些執行機構需要外掛式的伺服放大器進行開關控制，國產伺服放大器故障多、調節穩定性差、容易產生震蕩，輸出效果不理想。為此研究出了利用DCS來實現的電動執行機構伺服放大器與閥位保護回路，在此進行介紹，供參考。

　　1常規伺服放大器控制電動執行機構的缺點

　　電動執行機構的指令信號與閥位反饋信號在伺服放大器中進行比較放大后，經過可控硅送出220V.DC的開信號或者關信號。

　　伺服放大器是由電器元件組成的電子線路板構成，分前置級磁放大器線路板、觸發器線路板、可控硅交流開關線路板三部分。電動執行機構的指令信號與閥位反饋信號的比較放大靠這些電子線路板的運行來實現。因此，電子元件的質量和電路板的可靠性決定了伺服放大器的可靠性。常規伺服放大器抗干擾的能力普遍不高，電網電壓的波動、高溫、高粉塵、振動等外部環境的影響都容易使伺服放大器產生故障。

　　伺服放大器的調節原理類似于一個純積分作用的調節器，只要指令信號與閥位反饋信號的偏差超過調節不靈敏區的范圍，伺服放大器就會一直發出開指令或者關指令。電動執行機構的閥位反饋裝置可靠性不高，電廠經常出現因為閥位反饋故障使信號達到上限值或下限值，因為伺服放大器的偏差消除作用導致執行機構連續關或者開直到行程的極限，導致事故擴大化。另外，可控硅在擊穿后，也會使電動執行機構一直帶電，使執行機構全開或全關。

　　2利用DCS實現伺服放大器和電動執行機構的閥位保護

　　目前分散控制系統（DCS）已經普遍地應用于火力發電廠的熱工自動控制之中。利用DCS組態靈活、易于實現復雜的控制邏輯和可靠性高的特點可以實現伺服放大器功能和電動執行機構的閥位保護，下面進行詳細的介紹：

　　2.1利用DCS實現伺服放大器功能

　　利用DCS實現伺服放大器功能的原理圖如圖1所示，虛線框內為DCS的軟件功能模塊。其工作原理如下：

　　執行機構的指令和閥位反饋進行偏差比較，差值經過死區的靈敏度處理后如果超過了高低值報警的設置值，就會發出“開門”或者“關門”指令：設置可調脈沖模塊的目的是為了能夠針對不同的執行機構來調節脈沖寬度、占空比等參數，伺服放大器的死區和靈敏度都可以通過改變DCS軟件的參數進行調整。開、關繼電器采用固態繼電器。執行機構指令執行機構閥位反饋開門繼電器指令關門繼電器指令。

圖1利用DCS實現伺服放大器功能的原理圖

　　2.2電動執行機構閥位保護功能的實現

　　采用上述方法實現的伺服放大器回路仍然不能解決在下列兩種情況下的執行機構誤動：一是當閥位反饋信號失靈時，二是當固態繼電器擊穿時。為了彌補常規伺服放大器工作原理上的缺陷，設計了閥位保護回路，在開門繼電器和關門繼電器的輸出接點后又分別串上了“禁開繼電器”和“禁關繼電器”的常閉接點，只有當沒有“禁開”或者“禁關”邏輯時，開門繼電器指令或關門繼電器指令才能送至電動執行機構。電動執行機構閥位保護回路的原理接線圖如圖2所示。

圖2電動執行機構閥位保護回路的原理接線圖

　　“禁開”和“禁關”的控制邏輯由DCS軟件實現。觸發“禁開”或“禁關”控制邏輯條件有以下3條：（1）閥位反饋品質壞值；（2）閥位指令與反饋偏差大（正偏差超限時觸發“禁開”邏輯、負偏差超限時觸發“禁關”邏輯）；（3）閥位反饋的變化速率超限。當上述三個條件中只要有一個滿足時即觸發電動執行機構的保護回路，使執行機構保持在原位置并將控制系統的自動切除，發出報警信號。

　　“禁開”和“禁關”的控制邏輯復位方法可以采用專門的復位按鈕，也可以通過點擊操作器畫面上的“開”或者“關”按鈕進行自動復位。

　　3投運效果

　　利用DCS組成的伺服放大器和閥位保護回路在河北興泰發電有限責任公司的6臺200MW機組DCS改造中已經普遍應用，機組7年多的運行情況表明，利用本文介紹的方法實現的電動執行機構的控制回路與常規的伺服放大器相比有很強的優勢，不僅減少了設備的維護量，而且在可靠性方面有了很大程度的提高。在多次發生固態繼電器擊穿或者閥位反饋信號斷線的情況下，閥位保護邏輯都能夠正確地動作，防止了事故進一步的擴大化。

　　因為DCS具有靈活的組態方法、豐富的軟件功能和很高的可靠性，所以已經普遍地應用到了火力發電廠的控制過程中。本文所介紹的伺服放大器和閥位保護的方法易于DCS實現，可以為電廠熱工人員所借鑒。

　　作者簡介

　　1970 　　張秋生（年一），男，高級工程師，主要從事火力發電廠熱工自動化的研究工作。 　　張秋生 劉軍強 河北省電力研究院 　　岳志敏 李鵬 河北興泰發電有限責任公司