CN103822010A - 一种火电厂汽轮机电液伺服阀驱动线圈故障在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电厂汽轮机电液伺服阀线圈故障在线检测的方法，包括电液伺服阀驱动线圈电流值的实时在线监测，通过在驱动电流的输出回路上增加采样电阻，然后通过运算放大器、模数转换器（ADC），对采样电阻上的电压进行采样，计算出实际输出的电流值，实现了对伺服阀驱动线圈电流的实时监测；还包括电液伺服阀驱动线圈阻抗的实时监测，实时计算出驱动线圈的电压值，然后根据实时监测到的电流值即可计算出伺服线圈的阻抗；将实时监测到的伺服线圈阻抗值以及预先设定的理论值进行比较，当实测值和理论值之差超出一定的区间范围以后即可认定电液伺服阀驱动线圈出现故障。

Description

一种火电厂汽轮机电液伺服阀驱动线圈故障在线检测装置及方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及为发电厂DEH系统汽轮机电液伺服阀驱动器故障检测。

背景技术

汽轮机是火力发电厂的核心设备之一，它是将高压蒸汽中携带的热能转化为机械能的关键设备，利用高压蒸汽推动汽轮机内叶片转动，并带动发电机进行发电。目前汽轮机一般由数字电液控制系统来控制，而电液伺服阀就是控制系统的关键部件，它的性能基本上决定了汽轮机的控制性能，而它的安全可靠运行也是不言而喻的。为此对伺服阀的故障诊断要求也就越来越高，要求快速、准确、可靠。在目前的技术方案中往往采用控制超时的方式来判断故障，这种方法的缺点是无法准确定位故障点，第二个缺点是判断时间较长，当故障判断出来后已经对系统造成了一定影响，系统无法快速的采取故障应对措施。

发明内容

为了实现火电厂电液伺服阀驱动线圈的实时在线故障检测，本申请提出了一种基于电液伺服阀驱动线圈实时电流检测、电液伺服阀驱动线圈实时电压检测的在线故障检测方法，将故障诊断时间提高到了1ms。

本申请具体采用以下技术方案。

一种火电厂汽轮机电液伺服阀线圈故障在线检测装置，其特征在于：

所述在线检测装置在伺服阀线圈电流回路设置采样电阻，并检测伺服阀线圈两端电压，根据检测得到的伺服阀线圈阻抗值对所述伺服阀线圈进行故障判断。

一种火电厂汽轮机电液伺服阀线圈故障在线检测装置，包括微控制器MCU、第一数模转换器DAC1、第一模数转换器ADC1、第二模数转换器ADC2、第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、第五运算放大器A5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第一电压参考源REF1；其特征在于：

MCU上的输出接口SPI1与第一数模转换器DAC1的输入端相连，将MCU要输出电流信号对应的数字量写入第一数模转换器DAC1中，第一数模转换器DAC1输出端将转换后电压信号输出到第一运算放大器A1的正相输入端，所述第一电压参考源REF1连接至第一运算放大器A1的反相输入端；

第一运算放大器A1的输出端分别连接至第二运算放大器A2的反相输入端、第一电阻R1的一端，第二运算放大器A2的输出端与正相输入端相连并分别连接第三三极管Q3以及第四三极管Q4的基极，第三三极管Q3的发射极与第四三极管Q4的发射极相连，其连接点连接至伺服阀线圈的一端；

所述第一电阻R1的另一端连接至第三运算放大器A3的正相输入端，第三运算放大器A3的反相输入端接地，其正相输入端与输出端之间通过第二电阻R2相连，第三运算放大器A3的输出端还分别连接至第一三极管Q1、第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的发射极相连，连接点连接至第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接至伺服阀线圈的另一端；

所述第三电阻R3的连接分别连接至第四运算放大器A4的两输入端，所述第四运算放大器A4的输出端分别连接至第一运算放大器A1的反相输入端、第一模数转换器ADC1的输入端，所述第一模数转换器ADC1的输出端与微控制器MCU的输入端口SPI2相连；

所述伺服阀线圈的两端分别连接至第五运算放大器A5的两输入端，所述第五运算放大器A5的输出端通过第二模数转换器ADC2连接至微控制器MCU的另一输入端口SPI3；

其中，所述第三三极管Q3、第一三极管Q1为PNP型三极管，第四三极管Q4、第二三极管Q2为NPN型三极管。

本申请还同时公开了一种基于上述的在线检测装置的火电厂汽轮机电液伺服阀驱动线圈故障在线检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）在所述伺服阀驱动线圈的电流回路中设置一取样电阻，采集所述取样电阻两端的电压信号，并将所述取样电阻两端的电压信号经一运算放大器调理放大后输入至一模数转换器中转化为数字信号；

（2）采集所述伺服阀驱动线圈两端的电压，并将该伺服阀驱动线圈两端的电压信号经另一运算放大器调理放大后输出值另一模数转换器中转化为数字信号；

（3）微控制器MCU每间隔1ms读取两个模数转换器输出的数字信号，并分别结合两个运算放大器的放大倍数计算出流经伺服阀驱动线圈的电流值和驱动线圈两端的电压值；

（4）根据流经伺服阀驱动线圈的电流值和驱动线圈两端的电压值计算出所述伺服阀驱动线圈的阻抗值，并将该计算出的伺服阀驱动线圈阻抗值与预先设定的驱动线圈阻抗值进行比较，当计算出的伺服阀驱动线圈阻抗值与预先设定的驱动线圈阻抗值之差超过某个预先设定的死区后即认定驱动线圈发生故障。

本申请相对于现有技术具有以下有益技术效果：

首先本申请解决了伺服阀驱动线圈故障实时监测的问题，可以在几个毫秒级的时间内检测出线圈的故障，可以在10毫秒以内将故障上送控制器，控制器可以迅速采取故障应对措施降低故障对系统运行的影响。

其次解决了故障定位的准确性问题，传统的故障检测方法只能告知控制器伺服阀控制失效，但是无法判断是哪个环节出了问题，本方案可以直接将故障点定位到伺服阀线圈上，而且可以提供线圈当前的阻抗状态，极大的减少了检修人员定位故障的时间。

附图说明

图1为本申请火电厂汽轮机电液伺服阀线圈故障在线检测装置的电路原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示为本申请火电厂汽轮机电液伺服阀线圈故障在线检测装置的电路原理图，其中MCU上的SPI1接口与第一数模转换器DAC1相连接，SPI1接口负责将MCU要输出电流信号对应的数字量写入第一数模转换器DAC1中，第一数模转换器DAC1将接收到的数字信息转换为电压信号输出到第一运算放大器A1的正向输入端；第二运算放大器A2工作在电压跟随模式；第三运算放大器A3工作在反向比例状态，第一电阻R1、第二电阻R2用于设定比例系数；第一三极管Q1、第二三极管Q2一组，由第三运算放大器A3控制；第三三极管Q3、第四三极管Q4一组，由第二运算放大器控制；第三电阻R3串联在电流回路中，用于产生反馈电压；第四运算放大器A4将电阻R3两端的电压信号放大后送到第一放大器A1的反向输入端从而构成负反馈电路；第一电压参考源作为参考输入接入到第一运算放大器A1的反向输入端用于提供偏置电压；当第一数模转换器DAC1输出电压高于2.5V时，第一运算放大器A1输出正向电压，此时第二运算放大器A2输出正电压，第三运算放大器A3输出负电压，进而引起第三三极管Q3、第二三极管Q2导通，第一三极管Q1、第四三极管Q4截止，电流由+15V电源通过Q3，经过I+流过伺服阀驱动线圈，然后经过I-、经过R3、经过Q2流回-15V，实现电流的正向输出；当第一数模转换器DAC1输出电压低于2.5V时，第一运算放大器A1输出负电压，此时第二运算放大器A2输出负电压，第三运算放大器A3输出正电压，进而引起第一三极管Q1、第四三极管Q4导通，第二三极管Q2、第三三极管Q3截止，电流由+15V经过Q1、经过R3、经过I-、通过伺服阀驱动线圈、经过I+、经过Q4流回-15V，实现电流的反向输出；第四运算放大器A4的输出端同时连接到第一数模转换器ADC1的模拟量输入端口，第一数模转换器的输出端与MCU的SPI2接口相连接；第五运算放大器A5的正向输入端、反向输入端分别接到伺服阀驱动线圈的两端，第五运算放大器A5的输出端接入第二模数转换器ADC2的输入端；第二模数转换器ADC2的输出端与MCU的SPI3接口相连。

基于前述的火电厂汽轮机电液伺服阀线圈故障在线检测装置，本申请还公开了一种火电厂汽轮机电液伺服阀线圈故障在线检测方法，包括以下步骤：

（1）在所述伺服阀驱动线圈的电流回路中设置一取样电阻即第三电阻R3，该采样电阻的阻值不能太大否则影响电流源的带负载能力，一般选择5欧姆或更小；驱动电流在流经取样电阻即第三电阻R3时会在其两端产生一个对应的电压信号，这个电压信号经过第四运算放大器A4进行调理放大后输出到第一模数转换器ADC1的输入端上，第一数模转换器ADC1对输入的电压信号进行高速采样，将该信号转化为数字信号，送入MCU进行软件处理；

（2）采集所述伺服阀驱动线圈两端的电压，当驱动电流通过伺服阀驱动线圈时由于驱动线圈存在一定的内阻（典型值80欧姆）会在驱动线圈两端产生一个电压信号，该电压信号经第五运算放大器A5调理放大后输出至第二模数转换器ADC2的输入端，由ADC2将该信号化为数字信号，最终送入MCU进行处理；

（3）微控制器MCU每间隔1ms读取第一模数转换器ADC1以及第二模数转换器ADC2输出的数字信号，MCU在收到第一数模转化器ADC1输出的数字信号后结合电流回路上取样电阻的大小、运算放大器的放大倍数等信息可以计算出当前输出电流的大小MCU在收到第二模数转换器ADC2输出的数字信号后结合第五运算放大器A5的放大倍数即可计算出伺服阀驱动线圈两端的电压值；

（4）根据流经伺服阀驱动线圈的电流值和驱动线圈两端的电压值计算出所述伺服阀驱动线圈的阻抗值，并将该计算出的伺服阀驱动线圈阻抗值与预先设定的驱动线圈阻抗值进行比较，当计算出的伺服阀驱动线圈阻抗值与预先设定的驱动线圈阻抗值之差超过某个预先设定的死区后即认定驱动线圈发生故障。

Claims (4)

1.一种火电厂汽轮机电液伺服阀线圈故障在线检测装置，其特征在于：

所述在线检测装置在伺服阀线圈电流回路设置采样电阻，并检测伺服阀线圈两端电压，根据检测得到的伺服阀线圈阻抗值对所述伺服阀线圈进行故障判断。

2.一种火电厂汽轮机电液伺服阀线圈故障在线检测装置，包括微控制器MCU、第一数模转换器DAC1、第一模数转换器ADC1、第二模数转换器ADC2、第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、第五运算放大器A5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第一电压参考源REF1；其特征在于：

MCU上的输出接口SPI1与第一数模转换器DAC1的输入端相连，将MCU要输出电流信号对应的数字量写入第一数模转换器DAC1中，第一数模转换器DAC1输出端将转换后电压信号输出到第一运算放大器A1的正相输入端，所述第一电压参考源REF1连接至第一运算放大器A1的反相输入端；

第一运算放大器A1的输出端分别连接至第二运算放大器A2的反相输入端、第一电阻R1的一端，第二运算放大器A2的输出端与正相输入端相连并分别连接第三三极管Q3以及第四三极管Q4的基极，第三三极管Q3的发射极与第四三极管Q4的发射极相连，其连接点连接至伺服阀线圈的一端；

所述第一电阻R1的另一端连接至第三运算放大器A3的正相输入端，第三运算放大器A3的反相输入端接地，其正相输入端与输出端之间通过第二电阻R2相连，第三运算放大器A3的输出端还分别连接至第一三极管Q1、第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的发射极相连，连接点连接至第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接至伺服阀线圈的另一端；

所述第三电阻R3的连接分别连接至第四运算放大器A4的两输入端，所述第四运算放大器A4的输出端分别连接至第一运算放大器A1的反相输入端、第一模数转换器ADC1的输入端，所述第一模数转换器ADC1的输出端与微控制器MCU的输入端口SPI2相连；

所述伺服阀线圈的两端分别连接至第五运算放大器A5的两输入端，所述第五运算放大器A5的输出端通过第二模数转换器ADC2连接至微控制器MCU的另一输入端口SPI3；

其中，所述第三三极管Q3、第一三极管Q1为PNP型三极管，第四三极管Q4、第二三极管Q2为NPN型三极管。

3.一种基于权利要求1所述的在线检测装置的火电厂汽轮机电液伺服阀驱动线圈故障在线检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）在所述伺服阀驱动线圈的电流回路中设置一取样电阻，采集所述取样电阻两端的电压信号，并将所述取样电阻两端的电压信号经一运算放大器调理放大后输入至一模数转换器中转化为数字信号；

（2）采集所述伺服阀驱动线圈两端的电压，并将该伺服阀驱动线圈两端的电压信号经另一运算放大器调理放大后输出值另一模数转换器中转化为数字信号；

（3）微控制器MCU每间隔1ms读取两个模数转换器输出的数字信号，并分别结合两个运算放大器的放大倍数计算出流经伺服阀驱动线圈的电流值和驱动线圈两端的电压值；

（4）根据流经伺服阀驱动线圈的电流值和驱动线圈两端的电压值计算出所述伺服阀驱动线圈的阻抗值，并将该计算出的伺服阀驱动线圈阻抗值与预先设定的驱动线圈阻抗值进行比较，当计算出的伺服阀驱动线圈阻抗值与预先设定的驱动线圈阻抗值之差超过某个预先设定的死区后即认定驱动线圈发生故障。

4.一种基于权利要求2所述的在线检测装置的火电厂汽轮机电液伺服阀驱动线圈故障在线检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）在所述伺服阀驱动线圈的电流回路中设置一取样电阻即第三电阻R3，采集所述第三电阻R3两端的电压信号，并将所述第三电阻R3两端的电压信号经第四运算放大器A4调理放大后输入至第一模数转换器ADC1中转化为数字信号；

（2）采集所述伺服阀驱动线圈两端的电压，并将该伺服阀驱动线圈两端的电压信号经第五运算放大器A5调理放大后输出值第二模数转换器ADC2中转化为数字信号；

（3）微控制器MCU每间隔1ms读取第一模数转换器以及第二模数转换器输出的的数字信号，并分别结合第四运算放大器和第五运算放大器的放大倍数计算出流经伺服阀驱动线圈的电流值和驱动线圈两端的电压值；

（4）根据流经伺服阀驱动线圈的电流值和驱动线圈两端的电压值计算出所述伺服阀驱动线圈的阻抗值，并将该计算出的伺服阀驱动线圈阻抗值与预先设定的驱动线圈阻抗值进行比较，当计算出的伺服阀驱动线圈阻抗值与预先设定的驱动线圈阻抗值之差超过某个预先设定的死区后即认定驱动线圈发生故障。