9FB燃机燃料控制阀LVDT反馈偏差原因分析与解决方案
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作者:孔金波
【摘 要】GE 9FB型燃机，使用SonicFloTM气体燃料控制阀，输送气体燃料给工业燃气轮机并保证燃烧系统的燃气流量调节，该执行机构采用整体式单弹簧作用设计，其内部结构包括内置液压过滤器、三重线圈电冗余伺服阀、直接耦合到液压活塞的三重线圈LVDT位置反馈等。该执行机构采用位置反馈（LVDT）与伺服阀共同组成闭环随动系统，来保证其不受压力变化的近似百分比的流量特性。论文针对某热电厂450 MW单元机组投产后气体燃料控制阀三冗余LVDT偏差问题进行原因分析，制定解决方案。方案实行后机组的运行结果显示，本次的实施方案不仅从根本上解决9FB燃机燃料控制阀LVDT偏差问题，而且保证了机组运行、燃烧安全与稳定。
【关键词】燃机;阀门;燃料阀;LVDT;控制;伺服
【中图分类号】TK478 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2022）06-0127-03
1 引言
GE能源集团是世界领先的发电设备和能源输送技术的供应商，从2005年初至今，GE已向中国一期和二期的联合循环电厂项目提供了20台总计860万千瓦发电能力的F级燃气轮机发电机组，使得燃机发电机组在中国电网结构中的比重进一步加大[1]。华电昆山热电厂联合循环热电联产的燃气轮机组使用的是美国GE公司的9FB.05型号的燃气轮机，燃机控制系统使用的是GE的MARK VIe控制系统。该热电厂以热定电的运行方式对机组运行的安全、可靠性进行大大提高，然而燃机的燃料控制阀其执行机构三冗余LVDT在日常运行中会出现没有规律的线性偏差，极大地影响了燃料伺服阀闭环控制的稳定性，进而影响了机组运行的稳定性。燃料控制阀位置反馈问题亟待解决。
2 燃料控制阀LVDT及控制逻辑介绍
2.1 燃料控制阀LVDT简介
华电昆山热电450 MW热电联产单元机组电厂联合循环热电联产的燃气轮机组使用的是美国GE公司的9FB.05型号的燃气轮机，燃机控制系统使用的是GE的MARK VIe控制系统，该控制系统为<R><S><T>三块控制器冗余配置，其中燃机共装有4台SonicFloTM型气体燃料控制阀，每个燃料控制阀内置3组woodward公司生产的型号为1886-7010型线圈LVDT位置传感器如图1所示。该型号LVDT的出厂设置为：3 000 Hz以下，加上7 Vrms励磁电压时，在最小位置，提供0.7 Vrms反馈;在最大位置，提供3.5 Vrms反馈。其在日常运行过程中用于燃料阀位置的测量、伺服控制系统的闭环控制等。
2.2 燃料控制阀LVDT控制逻辑
GE 9FB燃机燃料控制阀的主要功能是使其执行机构的开度跟随FSR2（气体燃料行程基准）的变化而变化，即满足线性开度要求。在组态中FSR2乘以计算后的增益常数和加上调零偏置后成为FSROUT，作为燃料控制阀的阀位开度基准进入伺服卡件中[2]。而3组LVDT通过测量现场阀位，将反馈信号也输入伺服卡件中，经过集成逻辑MINMAX大值选择后在PI运算放大器前与FSROUT比较。如果存在差值则伺服卡件将改变送到伺服阀的输出电流中驱动执行机构，重新调整偏置电流直到差值消失为止。逻图如图2所示。
式中，C为最终配置电流，V为50%阀位偏置电压，Kr为伺服阀电阻，Ki为伺服阀涉及电流（见设备铭牌）。
因此，3组LVDT所输出的阀位开度参数FSGn，具有反应阀门开度，并参与伺服闭环调节的功能，其参数的精准，对于燃料阀的调整乃至整个燃机燃烧的稳定有不可或缺的作用。
3 现状分析
昆山热电公司1#、2#机组分别于2017年9月26日和10月12日通过168 h运行，但自2018年6月开始，两台燃机各4组燃料控制阀均在不同开度、不同工况下无规律地陆续出现“GCV LVDT different fault”此报警。该厂热控人员通过marklve控制系统内TOOLBOX逻辑查阅工具进行组态查询后发现，此报警为GE公司设计的，利用软件逻辑监控LVDT及其相应的伺服阀，以确保该燃料阀能够按照其预期目标进行控制。当燃料阀3组LVDT两两之间模拟量反馈值偏差超过0.75%时而触发的报警，且GE公司规定：如果故障严重，则会触发FSRG1OUT跳机逻辑，使机组跳闸。故障检测基于以下4种不同参数比较：阀门阀位未遵循参考值，阀门未遵循参考值运行（阀门反馈值FSGR与预测阀位反馈FSGAERR之间的误差在指定时间内大于设定点K86GCVMN），位置反馈故障，伺服电流问题和LVDT差值报警（当燃料阀LVDT反馈振荡即模拟量反馈跳变超过3%时），综合以上可以得出：因此LVDT的反馈稳定、准确、可靠，对于机组的安全稳定至关重要。
报警出现后，该热电厂热工专业会同机务专业，从设备原理出发，以组态逻辑参数和阀门结构原理为切入对可能造成异常现象的原因逐一进行分析，总结可能原因如下：
第一，燃料控制阀LVDT采用的电缆为ZRA-KVVP2-0.45/0.75 KV型耐高温电缆，采用单独屏蔽线，接地方式为机柜侧单端接地。因考虑其在电缆敷设时，设计规划途经强电回路等恶劣电磁环境中造成传导干扰，以及电缆破损，接地屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有可能会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路的可能。
nlc202209131558
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