CN107939577B - 一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，包括以下步骤：采集比例伺服阀电磁铁线圈电流，进行比例伺服阀控制线圈断线故障判断；采集比例伺服阀反馈电压，进行比例伺服阀反馈断线故障判断；采集比例伺服阀控制输入变化速率、反馈变化速率和主配压阀及接力器反馈的变化速率，进行比例伺服阀不畅故障判断；采集比例伺服阀反馈电压及主配压阀反馈信号，进行比例伺服阀阀芯卡住故障判断。本发明综合判断比例伺服阀控制线圈电流、比例伺服阀控制输入、比例伺服阀反馈、主配反馈以及接力器行程反馈信息，从而对水轮机调速器的比例伺服阀进行在线故障诊断的方法，该方法判断准确及时，判断依据全面，可以精确判断故障位置。

Description

一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法

技术领域

本发明涉及水轮机调速器比例伺服阀的控制技术领域，具体涉及一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法。

背景技术

水轮机调速器是水力发电厂的重要设备，承担着调节水轮机转速及控制出力的任务，而比例伺服阀是其最重要的执行机构之一，调速器通过电液转换器比例伺服阀将电信号转换成为油压的方向及流量信号，该信号经过主配压阀进行放大，对导叶接力器进行操作，是最重要的环节之一。比例伺服阀在实际使用过程中间很容易因为油液粘度、杂质颗粒、磨损等问题产生卡涩。比例伺服阀工作状态的优劣直接影响到机组的调节品质和安全稳定，因此调速器能否准确快速地诊断比例伺服阀的工作状态就显得尤为关键。

近年来，水轮发电机组的故障诊断技术在水电厂已经获得广泛应用，但是目前已应用的系统都不包括水轮机调速设备的监测，调速设备是控制水轮发电机组转速和功率的重要设备，其调节品质和性能的好坏直接关系到机组的稳定运行。

目前对比例伺服阀故障诊断常用的判断方式一：是由比例伺服阀的配套设备功放板输出一个反馈断线故障报出点，该信号是唯一的对比例伺服阀的故障进行判断的监测功能。其具体判断逻辑为通过判断比例伺服阀反馈断线，即判断比例伺服阀故障。而在实际正常运行的水电厂中，使用的电缆质量、接线工艺状况普遍良好，乃至传感器插头都有专用的紧固工艺，因此在电厂的实际工作中反馈断线故障很少出现，相反由于油液脏污或阀芯磨损造成的卡涩故障经常发生却无法进行判断，因此该故障判断方法形同虚设，实际使用效果并不理想。

而目前还存在的另一种判断方式为：一种将比例伺服阀安装在试验台，通过查表法对照电气输入及液压输出测量判断比例伺服阀性能的方法。该方法能够对液压阀件本身进行细致的性能测试，但并不适用于正常运行的调速器系统，这种离线式的验证方法只能用于停机检修或故障发生后对阀件的检测，并不能在运行中检测到故障发生，也不能防止故障危害扩大，在实际的推广应用中有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，综合判断比例伺服阀控制线圈电流、比例伺服阀控制输入、比例伺服阀反馈、主配反馈以及接力器行程反馈信息，从而对水轮机调速器的比例伺服阀进行在线故障诊断的方法，该方法判断准确及时，判断依据全面，可以精确判断故障位置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，采集比例伺服阀控制线圈电流，进行比例伺服阀控制线圈断线故障判断；

步骤S2，采集比例伺服阀反馈电压，进行比例伺服阀反馈断线故障判断；

步骤S3，采集比例伺服阀控制输入变化速率、比例伺服阀反馈的变化速率和主配压阀及接力器反馈的变化速率，进行比例伺服阀不畅故障判断；

步骤S4，采集比例伺服阀反馈电压及主配压阀反馈信号，进行比例伺服阀阀芯卡住故障判断。

进一步的，前述的步骤S1中，比例伺服阀控制线圈断线故障判断的具体过程为：当比例伺服阀控制输入不为零而线圈电流测量为零时，则判断发生比例伺服阀控制线圈断线故障。

进一步的，前述的步骤S2中，比例伺服阀反馈断线故障判断的具体过程为：当比例伺服阀控制输入不为零，而反馈电压测量为零且小于正常运行过程中零位电压波动范围，并且延时时间满足延时阈值时，则判断发生比例伺服阀反馈断线故障。

进一步的，前述的步骤S3中，比例伺服阀不畅故障判断的具体过程为：当比例伺服阀控制输入变化速率正常，而比例伺服阀的反馈变化速率缓慢，主配压阀及接力器反馈的变化速率缓慢，并且延时时间满足延时阈值时，则判断发生比例伺服阀运动不畅故障。

进一步的，前述的步骤S4中，比例伺服阀阀芯卡住故障判断的具体过程为：当比例伺服阀控制输入与比例伺服阀反馈偏差超过判断阈值，而主配压阀反馈信号运动趋势为停止，并且延时时间满足延时阈值时，则判断发生比例伺服阀阀芯卡住故障。

进一步的，在线故障诊断方法运行在水轮机调速器控制器内部。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明综合判断比例伺服阀输入、反馈、控制线圈驱动电流等信息从而对水轮机调速器的比例伺服阀进行在线故障诊断的方法，取代目前水轮机调速器比例伺服阀仅采用反馈断线来判断比例伺服阀故障的方法，判断准确及时，判断依据全面，可以精确判断故障位置并提出相应的检修决策，克服现有反馈断线方法判断不全面、不能实现卡涩故障判断等缺点。并且该在线故障诊断程序可以运行在调速器内部，通过实时获取调速器本身的运行状态，可以对调速器比例伺服阀进行在线故障诊断及预测。该方法不需要借助外部专用的监测装置，利用调速器装置自身即可实现调速器比例伺服阀的在线故障诊断，具有成本低廉、可移植性强、配置灵活多变、节约系统资源等优点，可普遍提高水轮机调速器比例伺服阀故障判断的能力。

附图说明

图1为调速器比例伺服阀故障诊断回路信号原理图；

图2是比例伺服阀控制电流检测信号回路图；

图3是比例伺服阀控制线圈断线故障逻辑判断流程图；

图4是比例伺服阀反馈断线故障逻辑判断流程图；

图5是比例伺服阀运动不畅故障逻辑判断流程图；

图6是比例伺服阀阀芯卡住故障逻辑判断流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

现有技术中，调速器比例伺服阀控制回路为，调速器控制器将比例伺服阀控制信号（PWM驱动电压）送给比例伺服阀，比例伺服阀输出控制信号驱动主配压阀，主配压阀再动作接力器以实现控制功能。比例伺服阀在实际使用过程中间很容易因为油液粘度、杂质颗粒、磨损等问题产生卡涩等动作不正常故障。

通过分析可以知道，比例伺服阀的输入和输出存在紧密的联系，输入和输出的电压信号伏值相等且方向相同，且反馈信号稍滞后于控制输出，作为比例伺服阀的故障状态分析的主要判断条件。比例伺服阀的电磁铁线圈电流可以通过典型电路进行采集送给调速器控制器进行监测，作为比例伺服阀控制线圈断线故障的主要判断条件。同时监测主配压阀及接力器行程反馈，通过信号的趋势分析可以判断主配压阀及接力器存在开启、闭合、停止三个运动状态，作为比例伺服阀的故障状态分析的次要判断条件。调速器比例伺服阀故障诊断回路信号原理图如图1所示，比例伺服阀在线故障诊断可以将比例伺服阀控制信号、比例伺服阀反馈、比例伺服阀控制线圈电流进行综合判断，使用其反馈之间的逻辑关系为判断条件，若信号间关系脱离了上述原则，则可以输出报警，提醒电厂检修人员进行故障处理。

相应的，本发明的一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，具体包括以下步骤：

步骤S1，采集比例伺服阀控制线圈电流，进行比例伺服阀控制线圈断线故障判断。

比例伺服阀控制线圈断线是指比例伺服阀上电磁铁线圈回路断线。本发明通过在电磁铁圈回路中串采样电阻将电流转换成为电压，通过调速器控制器采集该采样电压获知控制线圈中的电流，比例伺服阀控制电流检测信号回路图详见图2所示。在比例伺服阀正常运行时，为了维持阀芯位置，电磁铁中需要维持一定的控制电流，而当线圈断线时，电流为零。

比例伺服阀控制线圈断线故障判断方法是，当比例伺服阀控制输入不为零但线圈电流测量为零，则判断发生比例伺服阀控制线圈断线故障。该信号报出提醒电厂运行人员检查线圈回路接线或检查线圈是否烧毁。图3为比例伺服阀控制线圈断线故障逻辑判断流程图。

步骤S2，采集比例伺服阀反馈电压，进行比例伺服阀反馈断线故障判断。

比例伺服阀为阀芯位置闭环控制阀，其正常动作时，阀芯会出现由于比例伺服阀控制输入（PWM驱动电压）而产生周期性震动。比例伺服阀反馈断线是指比例伺服阀反馈回路断线，判断方法是，当比例伺服阀控制输入不为零，而反馈电压测量为零且小于正常运行过程中零位电压波动范围，并且延时一段时间（满足设定的延时阈值），则判断发生比例伺服阀反馈断线故障。比例伺服阀反馈断线故障逻辑判断流程图详见图4所示。该信号报出提醒电厂运行人员检查反馈回路接线。

步骤S3，采集比例伺服阀控制输入变化速率、比例伺服阀反馈的变化速率和主配压阀及接力器反馈的变化速率，进行比例伺服阀不畅故障判断。

比例伺服阀运动不畅是指比例伺服阀阀芯可以跟随控制输入进行动作，但是动作不顺畅，有较大滞后。比例伺服阀运动不畅故障逻辑判断流程图详见图5所示。判断方法为，当比例伺服阀控制输入变化速率正常，而比例伺服阀反馈的变化速率缓慢，主配压阀及接力器反馈的变化速率缓慢，并且延时一段时间，则判断为比例伺服阀运动不畅故障，该信号报出可以作为机组运行状态下检修报警的判断条件。比例伺服阀运动不畅多是由于比例伺服阀阀芯磨损或脏污，运动阻力较大而造成，提前发现该故障可以提前对电厂运行人员进行预警及时处理，防止严重的故障发生。

步骤S4，采集比例伺服阀反馈电压及主配压阀反馈信号，进行比例伺服阀阀芯卡住故障判断。

比例伺服阀阀芯卡住是指比例伺服阀阀芯受外力作用停在某位置不能动作，不受比例伺服阀控制信号控制。比例伺服阀阀芯卡住故障逻辑判断流程图详见图6所示。判断方法为，当比例伺服阀控制输入与比例伺服阀反馈电压不一致，即电压偏差超过判断阈值，而且主配压阀位置反馈信号运动趋势为停止，并且延时一段时间，则判断发生比例伺服阀阀芯卡住故障。该信号报出可以作为机组运行状态下事故停机的判断条件。比例伺服阀阀芯卡住多是由于比例伺服阀阀芯受脏污油质影响，如果阀芯卡在开位或关位，此时造成导叶全开或全关，报出此故障可提前事故停机减小事故损失。

本发明提出的一种通过综合判断比例伺服阀控制线圈电流、比例伺服阀控制输入、比例伺服阀反馈、主配反馈以及接力器行程反馈等信息从而对水轮机调速器的核心部件比例伺服阀进行在线故障诊断的方法，取代目前水轮机调速器比例伺服阀仅通过检测比例伺服阀反馈断线来判断比例伺服阀故障的方法。该方法判断准确及时，判断依据全面，可以精确判断故障位置并提出相应的检修决策，克服现有反馈判断方法判断逻辑简单、功能单一等缺点。并且该在线故障诊断方法可以运行在调速器内部，通过实时获取调速器本身的运行状态，可以对调速器比例伺服阀进行在线故障诊断及预测。该方法不需要借助外部专用的监测装置，利用调速器装置自身即可实现调速器比例伺服阀的在线故障诊断，具有成本低廉、可移植性强、配置灵活多变、节约系统资源等优点，可普遍提高水轮机调速器比例伺服阀故障判断的能力。目前国内多家电厂要求使用新的比例伺服阀在线故障诊断方法进行故障判断，可以较好的替代以往的传统方法，具有较大的推广意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，采集比例伺服阀控制线圈电流，进行比例伺服阀控制线圈断线故障判断；

步骤S2，采集比例伺服阀反馈电压，进行比例伺服阀反馈断线故障判断；

步骤S3，采集比例伺服阀控制输入变化速率、比例伺服阀反馈的变化速率和主配压阀及接力器反馈的变化速率，进行比例伺服阀不畅故障判断；

步骤S4，采集比例伺服阀反馈电压及主配压阀反馈信号，进行比例伺服阀阀芯卡住故障判断。

2.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，其特征是，在步骤S1中，比例伺服阀控制线圈断线故障判断的具体过程为：当比例伺服阀控制输入不为零而线圈电流测量为零时，则判断发生比例伺服阀控制线圈断线故障。

3.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，其特征是，在步骤S2中，比例伺服阀反馈断线故障判断的具体过程为：当比例伺服阀控制输入不为零，而反馈电压测量为零且小于正常运行过程中零位电压波动范围，并且延时时间满足延时阈值时，则判断发生比例伺服阀反馈断线故障。

4.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，其特征是，在步骤S3中，比例伺服阀不畅故障判断的具体过程为：当比例伺服阀控制输入变化速率正常，而比例伺服阀的反馈变化速率缓慢，主配压阀及接力器反馈的变化速率缓慢，并且延时时间满足延时阈值时，则判断发生比例伺服阀运动不畅故障。

5.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，其特征是，在步骤S4中，比例伺服阀阀芯卡住故障判断的具体过程为：当比例伺服阀控制输入与比例伺服阀反馈偏差超过判断阈值，而主配压阀反馈信号运动趋势为停止，并且延时时间满足延时阈值时，则判断发生比例伺服阀阀芯卡住故障。

6.根据权利要求1所述的一种水轮机调速器比例伺服阀在线故障诊断方法，其特征是，在线故障诊断方法运行在水轮机调速器控制器内部。