高爐TRT靜葉電液伺服同步系統(tǒng)改造

電液伺服控制系統(tǒng)在TRT裝置中，屬于幾個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)之一。其主要的工作原理是根據(jù)主控室的指令，來實(shí)現(xiàn)TRT的開機(jī)、停機(jī)、轉(zhuǎn)速控制、爐頂壓力控制以及過程檢測等系統(tǒng)控制。透平機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，需從控制透平機(jī)的進(jìn)口蝶閥和透平靜葉的開度做起，而控制靜葉開度的手段就是電液伺服控制系統(tǒng)。電液伺服控制系統(tǒng)的精度、誤差，直接影響著TRT系統(tǒng)各階段過程的控制。

TRT靜葉電液伺服同步系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)透平機(jī)靜葉開度，TRT靜葉開度隨高爐頂壓波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而保持高爐頂壓穩(wěn)定。靜葉調(diào)節(jié)伺服油缸是控制TRT靜葉開度的關(guān)鍵設(shè)備，原設(shè)計(jì)由一組閥臺(tái)同時(shí)控制兩臺(tái)伺服油缸，兩臺(tái)伺服油缸油管采用并聯(lián)的方式。靜葉調(diào)節(jié)伺服油缸是整個(gè)靜葉動(dòng)作的執(zhí)行元件，作業(yè)時(shí)要求同步性非常高。若靜葉調(diào)節(jié)油缸不同步，整個(gè)靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將會(huì)受到損壞，從而使TRT機(jī)組的正常運(yùn)行受到嚴(yán)重影響。

1　影響同步的主要因素

1.1控制閥出口至伺服油缸管路長度

現(xiàn)有控制閥臺(tái)位于四號(hào)TRT南側(cè)，其到兩側(cè)靜葉伺服油缸之間的配管長度有非常明顯的不同，其到北側(cè)的靜葉伺服油缸長度超過5米。靜葉調(diào)節(jié)伺服油缸使用的控制油經(jīng)分油器后分出兩路分別到南北兩個(gè)伺服油缸。而從分油器分出兩路油路的現(xiàn)場管線長度不等長，這是造成兩個(gè)伺服油缸工作不能同步運(yùn)行、影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行的原因之一。

1.2伺服油缸驅(qū)動(dòng)時(shí)阻力不同

靜葉調(diào)節(jié)缸兩側(cè)的阻力不完全相同，驅(qū)動(dòng)的阻力來自于靜葉調(diào)節(jié)氣流的阻力、油缸自身內(nèi)部活塞運(yùn)動(dòng)阻力及活塞桿至調(diào)節(jié)缸傳動(dòng)鏈的阻力。靜葉磨損的部位和磨損量不同，將直接導(dǎo)致伺服油缸動(dòng)作時(shí)靜葉調(diào)節(jié)的阻力不同。另外，靜葉油缸活塞采用活塞環(huán)密封，這種密封對加工的精度非常高，稍微有些偏差將造成油缸活塞自身的運(yùn)動(dòng)阻力相差較大，而在實(shí)際加工過程中，加工偏差不可避免。

1.3控制系統(tǒng)對應(yīng)伺服油缸的控制模式

鑒于TRT靜葉調(diào)節(jié)有同步控制要求，原有系統(tǒng)采用的是一對二的控制模式，這種控制模式主要是基于壓力相等的原理來進(jìn)行控制，但對于整個(gè)系統(tǒng)的阻力、管線長度、伺服油缸自身差異等均未考慮。這種控制模式Z大的弊端是不能對單個(gè)伺服油缸行程的差異進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)，不能突破自身控制產(chǎn)生的局限性。

1.4單側(cè)位移傳感器的局限性

目前四號(hào)TRT靜葉控制伺服油缸僅一側(cè)伺服油缸帶位移傳感器。在實(shí)際運(yùn)行過程中，一側(cè)的伺服油缸位置反饋并不能真實(shí)的反饋另一組油缸的實(shí)際位置;另外由于位移自身偏差也將導(dǎo)致控制系統(tǒng)的偏差，并且無法在線發(fā)現(xiàn)，只能在檢修時(shí)標(biāo)定調(diào)整，反應(yīng)較慢。在伺服油缸快速運(yùn)行過程中，兩側(cè)位置的實(shí)際偏差逐步加大將對靜葉調(diào)整機(jī)構(gòu)形成強(qiáng)大的破壞力。

2　改造技術(shù)方案

原控制系統(tǒng)為一套液壓控制閥臺(tái)控制，通過中間管路同時(shí)控制兩套靜葉伺服油缸。液壓控制閥臺(tái)包括一套伺服控制系統(tǒng)和一套應(yīng)急常規(guī)控制系統(tǒng)，靜葉伺服油缸位置反饋采用外置式位移傳感器反饋，伺服油缸僅單側(cè)配置一套外置式位移傳感器。其原控制原理圖詳見改造前靜葉伺服油缸液壓控制原理圖(圖1)。

2.1伺服油缸改造

將伺服油缸改造為新型的伺服油缸機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)有三方面改進(jìn):對新的伺服油缸機(jī)構(gòu)內(nèi)部的油路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，取消原前后缸節(jié)流油路;保留現(xiàn)有伺服油缸活塞密封，增加斯特密封軟密封;取消缸頭的外泄油口。

在現(xiàn)有每組伺服油缸的基礎(chǔ)上新增一組位移傳感器，使得每組伺服油缸有兩組位移傳感器。這可以使系統(tǒng)每組油缸有兩組位移反饋數(shù)據(jù)，兩路互為備用且可以互相校正，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)同步真實(shí)趨勢，提高設(shè)備操作的安全性。

2.2液壓系統(tǒng)改造

每套伺服油缸設(shè)置兩套獨(dú)立的液壓控制系統(tǒng)，與伺服油缸上兩套位移傳感器一一對應(yīng)，形成兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，同時(shí)針對目前液壓系統(tǒng)使用過程部分閥塊無法在線檢修等問題進(jìn)行有針對性的改造。液壓動(dòng)力系統(tǒng)利舊，僅對液壓系統(tǒng)的控制單元進(jìn)行更新改造，改造后的液壓控制原理圖詳見圖2。

為保證液壓系統(tǒng)油液Nas6級(jí)的清潔度等級(jí)，系統(tǒng)每組閥塊進(jìn)口管路各增加一組雙筒高壓過濾器。當(dāng)高壓過濾器堵塞時(shí)，采用人工方式進(jìn)行切換，并且可以在不停機(jī)的情況下對高壓濾芯進(jìn)行更換。

為保證系統(tǒng)壓力的安全穩(wěn)定，在閥塊現(xiàn)場設(shè)置溢流閥，同時(shí)在兩組閥臺(tái)的現(xiàn)場各設(shè)置兩組皮囊式蓄能器。在現(xiàn)場遠(yuǎn)端閥臺(tái)設(shè)置一套壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場壓力的在線監(jiān)控。

比例閥的閥前P口和閥后A、B口設(shè)置外控形液控單向閥，以保證?例閥在備用狀態(tài)下不受各管路系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響。每套伺服油缸控制系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置一套手動(dòng)控制系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)場手動(dòng)操作和調(diào)試、檢修的需要。為便于液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠在線切換檢修，在每套閥的閥前P、T口和閥后A、B口分別設(shè)置檢修球閥。兩套伺服油缸控制液壓閥臺(tái)分開布置，管路均勻配置，確?，F(xiàn)場閥臺(tái)到現(xiàn)場伺服油缸的管路相等且不超過5m。

每組伺服油缸有兩組獨(dú)立的比例閥閉環(huán)控制，每組比例系統(tǒng)分別采用伺服油缸上兩組獨(dú)立的位移傳感器進(jìn)行位置反饋。

2.3現(xiàn)場液壓管道改造

液壓系統(tǒng)的管路改造主要由以下幾點(diǎn):閥臺(tái)分開布置，分別布置在4號(hào)TRT機(jī)組平臺(tái)兩側(cè)，閥臺(tái)至伺服油缸的液壓管路等距;為保證伺服油缸控制精度，閥臺(tái)至伺服油缸的管路不超過5米。改造后液壓系統(tǒng)的閥臺(tái)及管路布置詳見圖3。

2.4電氣系統(tǒng)改造

電氣系統(tǒng)對現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。新增閥臺(tái)控制信號(hào)，進(jìn)入現(xiàn)有DCS系統(tǒng)，新增點(diǎn)數(shù)約20點(diǎn)。其中，DI模塊可利用現(xiàn)有備用設(shè)備，需新增1個(gè)DO模塊及繼電器等。相關(guān)程序和畫面均進(jìn)行了相應(yīng)修改。

2.5自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造

兩伺服油缸要求運(yùn)動(dòng)時(shí)位置保持同步，通過伺服油缸的位置傳感器反映其實(shí)際位置信號(hào)，在控制單元中對反饋信號(hào)P1/P2進(jìn)行比較(見圖4)。當(dāng)兩伺服油缸有位置誤差，即不同步時(shí)，信號(hào)的偏差經(jīng)控制單元處理后將調(diào)整指令送給對應(yīng)的電液伺服閥進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對比、單側(cè)補(bǔ)償使兩伺服油缸始終保持同步的要求。

3　改造效果

（1）高爐TRT靜葉電液伺服同步系統(tǒng)改造投入運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行速度快。控制精度由原±3kPa提升到±1kPa，控制精度得到了很大幅度的提升。技術(shù)改造完全滿足靜葉伺服控制系統(tǒng)對高爐頂壓穩(wěn)定的控制。

（2）當(dāng)高爐爐況發(fā)生管道氣流等異常工況時(shí)，系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，對高爐頂壓進(jìn)行快速調(diào)整。

（3）完善了各控制系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)靜葉伺服油缸的高精度同步運(yùn)行，減少機(jī)組的維修次數(shù)，提高了機(jī)組的運(yùn)行效率，相應(yīng)的提高了機(jī)組的發(fā)電量。

4　經(jīng)濟(jì)效益

改造完成后由于靜葉電液伺服同步系統(tǒng)問題引起的設(shè)備故障降為零。四號(hào)TRT機(jī)組2017年發(fā)電量為1.2×109kWh，扣除檢修及非計(jì)劃停機(jī)等停機(jī)因素平均每小時(shí)發(fā)電量為1.4×105KWh。2017年同步系統(tǒng)設(shè)備故障影響四號(hào)TRT發(fā)電時(shí)間為:74.45h。

四號(hào)TRT機(jī)組按照平均每小時(shí)的發(fā)電量1.4×105KWh計(jì)算，則年故障時(shí)間產(chǎn)生的發(fā)電效益為:74.45×1.4×105=104.23×105kWh;按照每度電0.61元計(jì)算，則年發(fā)電直接效益:104.23×105kWh×0.61元/kWh=63.58萬元。

按照投資130萬元，十年平均折舊計(jì)算:130萬÷10=13萬元。

則本項(xiàng)目實(shí)施后的直接經(jīng)濟(jì)效益為:63.58－13=50.58萬元。

5　結(jié)論

高爐TRT靜葉電液伺服同步系統(tǒng)是控制、穩(wěn)定高爐頂壓的關(guān)鍵設(shè)備，同步系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定與整個(gè)大高爐的穩(wěn)定順行息息相關(guān)。近年來國內(nèi)同類型的TRT機(jī)組由伺服同步系統(tǒng)故障引起的機(jī)組停機(jī)故障較多，在行業(yè)中造成的影響較大。通過對高爐TRT靜葉電液伺服同步系統(tǒng)的技術(shù)改造，解決了由于不同步造成的機(jī)組停機(jī)問題，可供同行業(yè)參考。

摘自《冶金設(shè)備》2020年12，總第264期