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，屬于幾個關鍵系統(tǒng)之一。其主要的工作原理是根據(jù)主控室的指令，來實現(xiàn)TRT的開機、停機、轉速控制、爐頂壓力控制以及過程檢測等系統(tǒng)控制。透平機的轉速控制，需從控制透平機的進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)透平機靜葉開度，TRT靜葉開度隨高爐頂壓波動進行調(diào)節(jié)，進而保持高爐頂壓穩(wěn)定。靜葉調(diào)節(jié)伺服油缸是控制TRT靜葉開度的關鍵設備，原設計由一組閥臺同時控制兩臺伺服油缸，兩臺伺服油缸油管采用并聯(lián)的方式。靜葉調(diào)節(jié)伺服油缸是整個靜葉動作的執(zhí)行元件，作業(yè)時要求同步性非常高。若靜葉調(diào)節(jié)油缸不同步，整個靜葉調(diào)節(jié)機構將會受到損壞，從而使TRT機組的正常運行受到嚴重影響。

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)有控制閥臺位于四號TRT南側，其到兩側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，這是造成兩個伺服油缸工作不能同步運行、影響機組的穩(wěn)定運行的原因之一。

1.2伺服油缸驅動時阻力不同

靜葉調(diào)節(jié)缸兩側的阻力不完全相同，驅動的阻力來自于靜葉調(diào)節(jié)氣流的阻力、油缸自身內(nèi)部活塞運動阻力及活塞桿至調(diào)節(jié)缸傳動鏈的阻力。靜葉磨損的部位和磨損量不同，將直接導致伺服油缸動作時靜葉調(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動阻力相差較大，而在實際加工過程中，加工偏差不可避免。

1.3控制系統(tǒng)對應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行控制，但對于整個系統(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伺服油缸行程的差異進行主動調(diào)節(jié)，不能突破自身控制產(chǎn)生的局限性。

1.4單側位移傳感器的局限性

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

2　改造技術方案

原控制系統(tǒng)為一套液壓控制閥臺控制，通過中間管路同時控制兩套靜葉伺服油缸。液壓控制閥臺包括一套伺服控制系統(tǒng)和一套應急常規(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構，這種機構有三方面改進:對新的伺服油缸機構內(nèi)部的油路進行了優(yōu)化設計，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)同步真實趨勢，提高設備操作的安全性。

2.2液壓系統(tǒng)改造

每套伺服油缸設置兩套獨立的液壓控制系統(tǒng)，與伺服油缸上兩套位移傳感器一一對應，形成兩套獨立的控制系統(tǒng)，同時針對目前液壓系統(tǒng)使用過程部分閥塊無法在線檢修等問題進行有針對性的改造。液壓動力系統(tǒng)利舊，僅對液壓系統(tǒng)的控制單元進行更新改造，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級的清潔度等級，系統(tǒng)每組閥塊進口管路各增加一組雙筒高壓過濾器。當高壓過濾器堵塞時，采用人工方式進行切換，并且可以在不停機的情況下對高壓濾芯進行更換。

為保證系統(tǒng)壓力的安全穩(wěn)定，在閥塊現(xiàn)場設置溢流閥，同時在兩組閥臺的現(xiàn)場各設置兩組皮囊式蓄能器。在現(xiàn)場遠端閥臺設置一套壓力傳感器，實現(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)壓力波動的影響。每套伺服油缸控制系統(tǒng)單獨設置一套手動控制系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)場手動操作和調(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口分別設置檢修球閥。兩套伺服油缸控制液壓閥臺分開布置，管路均勻配置，確?，F(xiàn)場閥臺到現(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立的位移傳感器進行位置反饋。

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:閥臺分開布置，分別布置在4號TRT機組平臺兩側，閥臺至伺服油缸的液壓管路等距;為保證伺服油缸控制精度，閥臺至伺服油缸的管路不超過5米。改造后液壓系統(tǒng)的閥臺及管路布置詳見圖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)進行了改造。新增閥臺控制信號，進入現(xiàn)有DCS系統(tǒng)，新增點數(shù)約20點。其中，DI模塊可利用現(xiàn)有備用設備，需新增1個DO模塊及繼電器等。相關程序和畫面均進行了相應修改。

2.5自動化控制系統(tǒng)改造

兩伺服油缸要求運動時位置保持同步，通過伺服油缸的位置傳感器反映其實際位置信號，在控制單元中對反饋信號P1/P2進行比較(見圖4)。當兩伺服油缸有位置誤差，即不同步時，信號的偏差經(jīng)控制單元處理后將調(diào)整指令送給對應的電液伺服閥進行調(diào)整，進而實現(xiàn)實時對比、單側補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)改造投入運行后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，運行速度快?？刂凭扔稍?plusmn;3kPa提升到±1kPa，控制精度得到了很大幅度的提升。技術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）當高爐爐況發(fā)生管道氣流等異常工況時，系統(tǒng)能夠快速響應，對高爐頂壓進行快速調(diào)整。

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

4　經(jīng)濟效益

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

四號TRT機組按照平均每小時的發(fā)電量1.4×105KWh計算，則年故障時間產(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，十年平均折舊計算:130萬÷10=13萬元。

則本項目實施后的直接經(jīng)濟效益為:63.58－13=50.58萬元。

5　結論

高爐TRT靜葉電液伺服同步系統(tǒng)是控制、穩(wěn)定高爐頂壓的關鍵設備，同步系統(tǒng)的運行穩(wěn)定與整個大高爐的穩(wěn)定順行息息相關。近年來國內(nèi)同類型的TRT機組由伺服同步系統(tǒng)故障引起的機組停機故障較多，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)的技術改造，解決了由于不同步造成的機組停機問題，可供同行業(yè)參考。

摘自《冶金設備》2020年12，總第264期