我厂热工电动执行机构使用情况总揽

1、我厂电动执行机构使用情况总缆浙 江 萧 山 发 电 厂 赵为民（萧山 311251） 2006-2-23摘要： 本文对多类执行机构特点及在萧山发电厂的使用或改造情况及作了介绍，并对各类执行机构的优缺点进行了比较。关键词：执行机构、DKJ、SD、Hartmann & Braun、PS、AUMA、Rotork、上海玉叶、比较电动执行机构是以电动机为动力的执行机构，在热工自动控制系统中它是最基本也是至关重要的控制设备，它的作用是根据调节器的指令信号输出位移信号去操纵调节机构的开度，从而改变被调量使系统达到控制要求。电动执行机构在国产125MW、200MW等机组中得到了广泛使用，萧山发电厂一期

2、2×125WM自投产以来使用的也全部都是电动执行机构。按结构划分，电动执行机构由伺服放大器和执行器组成，一般传统的伺服放大器为盘装方式，而执行器则必定是就地安装，因此执行器是自动控制系统中最重要、工作环境最恶劣的执行设备。执行器一般由电动机、机械减速器和位置发送器，自动方式或软手操时执行器接受伺服放大器的指令使电动机执行正反转操作，手动方式时可跨过伺服放大器控制电动机执行正反转操作，即所谓的硬手操方式。伺服电动机的动力电源一般为单相220V电源（也有的需要大力矩场合的使用三相电机），控制电源一般也为单相220V电源，DCS改造后控制电源一般为执行器本身提供的直流电源。执行器控制电路水

3、平由最初的分列元件印刷电路板过渡到集成电路模块化再到目前的智能化人机接口，使得传统的仪控维护方式由扳手螺丝刀跨越到一个遥控器即可。一、 国产DKJ执行器DKJ（DKZ为直行程）执行器是应用最早最广泛的国产执行器，采用010mA信号制，位置反馈无恒流特性，配用以可控硅作为开关元件的ZPE型伺服放大器，无断信号保护功能。我厂锅炉一次风、二次风、周界风、旁路烟气挡板及一般自动调节系统都采用此执行器。厂方提供的电动执行器主要技术性能如下：输入电阻：200欧姆出轴有效位移：090°转角死区：3%基本误差：±2.5%执行机构使用环境温度：1055090°全行程时间：10秒（快

4、）或25秒1. 执行器主要原理：执行器包括单相伺服电动机、减速器和位置发送器。单相伺服电动机定子上均布着两个相隔90°电度角的定子绕组，借分相电容器使两个绕组获得相隔90°相位差的交流电压，其合成向量产生定子旋转磁场并使转子导体产生电磁力，驱动转子旋转。两个绕组互为激磁，习惯称为开向绕组和关向绕组，一端短接接入AC220V电源的N线，另一端分别接入AC220V电源的L线实现电机的正反转。单相伺服电动机内部装有杠杆式制动系统，通过刹车盘实现电机断电时的机械制动。减速器是将高转速、小转矩的电机输出功率转变成低转速、大转矩的执行机构输出轴功率。位置发送器主要采用差动变压器原理，当

5、输出轴转动时，凸轮推动差动变压器铁芯使输出电压变化，经过二极管全波整流及温度补偿后输出010mA位置信号。2. 使用特点2.1 执行器行程开关（部分老式执行器位置控制不带行程开关，需用户在机械挡块处加装行程开关）只能直接接入执行器AC220V开关回路，故电路防护特性变差，行程开关接点易起弧；无力矩保护功能；2.2 位置反馈电路设计简单原始，故恒流特性差，环境温度影响明显；因采用差动变压器作为一次元件，故存在假零位，零位调整较麻烦；后来也有将差动变压器改为凸轮推动的直线电位器，并加装了开关方向的微动行程开关，但使用效果很差；2.3 机械刹车片易磨损，使用周期短，对重要设备使用场合运行中更换调整刹

6、车片安全风险较大；2.4 执行器需定期加润滑油（如#68机油），但易泄露，且易通过密封圈进入位置反馈，影响文明生产和可靠性；2.5 如使用继电器实现多个执行器的同操功能，如某一执行器控制接点接触不好，则会向相反的方向动作；2.6 执行器整机及维护费用较低，堵转特性好，一般连续堵转亦不会烧电机；2.7 同一型号不同厂家生产的配件通用性差；2.8 AC220V强电控制，检修不安全二、 引进伯纳德技术的天伯SD执行器SD系列执行器是天津伯纳德引进法国伯纳德80年代技术水平的国产执行器，采用420mA信号制，位置反馈有恒流特性，配用伺服放大器为GAM型，无电气动态制动及断信号保护功能。我厂投产初期锅炉

7、送引风机挡板、电动给水泵勺管、减温水调节及部分自动调节系统都采用此执行器。主要型号为AS-25、AS-50、B+RS100和B+RS200，厂方提供的电动执行器技术性能如下：输入电阻：250欧姆出轴有效位移：090°转角死区：0.53%可调基本误差：±1%执行机构使用环境温度：1055090°全行程时间：30秒（快）或60秒1. 执行器主要原理：执行器包括单相电动机、减速器和控制部分。单相交流异步电动机具有高的启动力矩倍数、低的启动电流倍数和小的转动惯量，因而有较好的伺服特性。电机带有热敏开关作电机的过热保护，该开关与开关控制回路相连，当电机过热时将切断电机动力电

8、源。单相电机有两种激磁方式，AS-25、AS-50、B+RS100型执行器电机采用互为激磁，B+RS200型执行器采用独立激磁方式。独立激磁方式即将分相电容串入固定绕组，接入固定的A、N电源，即为固定的激磁绕组；另一绕组控制方向，当绕组两端交替接入A、N电源时将实现电机的正反转。执行器电动机无刹车装置。减速器第一级采用体积小、传动比大和效率高的行星齿轮减速，第二级采用减速比大并具有自锁性能的蜗杆蜗轮组成。控制部分主要包括力矩限制机构、行程控制机构、位置发送器及开关控制继电器板和电机开关交流接触器等。力矩限制机构借助于行星内齿轮在传递力矩时产生随力矩大小的偏转，以拨动装在齿轮外圆凹槽中的摆杆，当

9、摆杆撞击其两边的微动开关时实现力矩保护。行程控制机构借助于两块凸轮板分别作用于正反转向的微动开关来控制行程，凸轮板装在一个圆盘上，由一套减速装置驱动，减速装置的作用是使圆盘在全行程中转动小于一圈。圆盘上装有1k位置反馈电位器，通过两线或四线制TAM1/2型电流变送器送出执行器的位置反馈信号。 2. 使用特点2.1 虽有力矩保护功能，但力矩动作值设定不精确，曾发生多次执行器底座拉裂现象；2.2 TAM1/2型位置反馈电流变送器虽然体积小、调试方便，但其稳定性较差，经常发生信号晃动现象，造成热力系统不稳定；2.3 因执行器无制动功能设计，自动时执行机构震荡频繁，特别时调节机构行程阻力很小时（比如汽

10、机轴封压力调节阀及加热器水位调节阀等），根本无法投入自动，厂家也一直未能解决；2.4 执行器电机轴承需定期加润滑油脂，否则极易磨损；2.5 执行器电机开关交流接触器虽为进口产品，但一般使用期只有两年，两年后则接点经常发生不能正常分合缺陷，接触器灭弧能力不佳且回路接线过于复杂；2.6 执行器整机及维护费用较高，堵转特性差，堵转时电机温度上升快；2.7 执行器控制部分设计结构清晰，开关控制回路采用DC24V控制电源，便于仪控进行回路检查，但电源变压器因现场振动引脚极易脱焊；2.8 因执行器无制动功能、接触器故障及原厂电容易击穿，我们曾对部分执行器进行了试改造，即取消接触器及分相电容，用FR-U12

11、0型三菱通用变频器直接控制电机，使用效果较好，但改造成本过高；三、 引进德国Hartmann & Braun技术的执行器因SD系列执行器在我厂主要调节系统中应用情况不是很理想，故在机组DCS改造中选用了引进德国Hartmann & Braun技术由重庆川仪生产的RHA250执行器。执行器采用420mA信号制，位置反馈有恒流特性，配用伺服放大器为KE3型，可机械制动（通过串在电机动力回路的制动线圈控制机械刹车盘）但无断信号保护功能。主要应用于锅炉送引风机、电动给水泵勺管及锅炉减温水调节（RHS系列，直行程）。1. 执行器主要原理：执行器包括单相伺服电动机、减速器和控制部分。单相伺

12、服电动机工作方式相当于DKJ执行器的伺服电机，具有防堵转功能。位置反馈主要也是采用差动变压器原理，为二线制工作方式，其稳定性及可靠性要明显高于DKJ执行器的位置反馈。电动机带有一个基于直流发电机原理的转速传感器，它所产生的电压与电机的转速成比例。转速信号接入KE3伺服放大器，用以抵消控制信号实现定位过程的阻尼作用。2. 使用特点2.1 因DCS输出的调节指令为420mA，故执行器必须与KE3伺服放大器配合使用，且KE3伺服放大器可就地安装，配合使用时执行器定位精度可达0.5%，是我厂定位精度最高的执行器，使得各主要自动调节品质明显改善；2.2 当执行器位置偏差0.7%时，伺服电机达到额定转矩且

13、转速最高，当位置偏差0.7%但大于死区（死区值0.7%）时伺服电机转矩在0100%额定值变化，期间转速可以从极慢速到高速变化，这主要归功于偏差控制中电机转速负反馈的应用，也正因为如此，伺服电机的制动效果好、定位精度高且机械磨损极小；2.3 因KE3伺服放大器无断信号保护功能，但提供了故障切换接点，当有故障信号输入时可使执行器停在原位，因此我们通过DCS检测执行器的指令及反馈信号，当信号故障时输出故障切换接点，使KE3伺服放大器切至手动方式；这一功能的缺乏加重了用户的使用成本；2.4 执行器整机价格偏高；虽然使用及维护周期较长，因整机价格高故其维修成本势必偏高；四、 引进德国的PS系列执行器我厂

14、一期2×125MW机组DCS改造时，设计考虑将原先很多开关控制的执行器升级为闭环控制，因此部分DKJ执行器更换为一体化的以420mA直接控制的德国进口的PS系列执行器，其中PSQ为角行程PSL为直行程。该执行器无电气动态制动但有断信号保护功能，不需要配备单独的伺服放大器。厂方提供的电动执行器主要技术性能如下：输入信号：420mA输出信号：420mA（有源隔离输出）负载能力：420mA时350灵敏度：±（0.55%）F.S重复精度：±2.5%执行机构使用环境温度：20701. 执行器主要原理：执行器包括单相伺服电动机、PSAP4伺放板和其它控制部分。单相伺服电动机工

15、作方式相当于DKJ执行器的伺服电机，无防堵转功能。电机转矩通过主齿轮传送到行星齿轮，主齿轮驱动行星齿轮带动中空的齿轮。阀门开度由一个凸起的显示器指示，具有转矩保护功能。2. 使用特点2.1 该执行器是我厂应用的体积最小、重量最轻、工作电流最小的电动执行器，功耗大大低于其它执行器；2.2 执行器的行程开关及力矩开关分别串入电机的开关动力回路，电机的温度保护开关直接串入电机动力回路的电源N端，虽然执行器工作电流小，但动力回路是AC220V电源，使用中还是存在微动开关通断不正常的现象；2.3 位置反馈功能在PSAP4伺放板实现，因此系统结构简单；采用1000滑线电阻作为信号源，反馈信号精度较高；虽然

16、从电气角度PSAP4伺放板可实现较高的定位精度，但因整机无制动功能，使用中存在振荡现象；2.4 同样大小的执行器名义输出力矩要小于国产DKJ执行器，因为在使用中发现虽按照原国产DKJ执行器输出力矩选型但因热工原因而卡涩的频率增多；2.5 该执行器不能使用于频繁调节场合，因为在减温水调节系统使用不长时间即发生几次电机齿轮磨损现象，PSAP4伺放板故障也较多；执行器整机价格高于国产DKJ执行器；相应维修成本也较高；五、 脱硫系统中使用的两种进口执行器我厂一期脱硫工程中为提高系统可靠性，使用了两种进口电动执行器，主要用于增压风机及FGD挡板控制。1. 德国AUMA执行器：德国AUMA执行器虽然在构造

17、上还是传统意义上的模快化方式，但它仍是一种功能齐全、价格及可靠性都较高德执行器。执行器为三相电机，具有三相热敏保护功能，采用三相固态继电器驱动。标准的为两位控制及开关输入方式，本机提供24VDC外部控制电压，也可选用电气定位板（伺放板）实现闭环功能。执行器可输出集合故障信号及行程开关信号，具有遥控/就地切换功能并可输出遥控/就地方式接点信号。控制部分采用标准的模快化结构，主要包括接口板、逻辑板、定位板（可选）、驱动板、电源模块及行程力矩组件等，具有LED方式的自诊断功能，结构紧凑，功能分明。因该执行器的力矩保护也是通过机械方式实现的，故整定值不是很准，使用中易造成力矩保护动作，经了解有一兄弟单

18、位也经常发生此类现象，后来不得不取消力矩保护。因是进口产品，其整机价格及维修成本不会太低。2. 英国Rotork执行器英国Rotork公司的IQM系列电动阀门执行器是目前真正意义上的智能调节型电动执行器，因其独特的双密封系统和“非侵入式”红外线设定功能，真正实现了仪控维护方式由扳手螺丝刀到一个遥控器的跨越。通过红外线设定器且无需打开电气端盖即可方便实现执行器的调试和查询功能，其标配防护特性比AUMA还要高。易读的、带有背景照明的显示器提供了阀门运行状况、控制和执行器的报警图标，且可查看全面实时的各类诊断信息，便于了解运行情况和快速排除故障。执行器通电自检及运行中自检功能齐全，并可组态输出故障报

19、警信号。IQ系列执行器品种齐全，我厂使用的是三相电机，电机保护功能齐全。电机力矩采用电子测量方式，与传统的机械测量方式相比精确可靠，且保护定值可在40%100%内任意设定，并且开阀力矩开关还可设置为“加强”，允许电机超额定力矩输出。在电机定子线圈内埋有两各温度传感器，当超温时可靠切断电机动力电源，当有ESD紧急保护时超温保护可设置为旁路。电机具有自动相位校正功能，并有缺相保护及瞬间反转保护功能，防止电机过流。IQ的Folomatic比例控制器可使执行器不需专用伺服放大器即可实现420mA闭环控制，实际应用中控制精度可达1%甚至更高。控制精度及断信号保护方式可根据具体需要方便选择。因是进口产品，

20、其整机价格及维修成本较高。六、 利用上海玉叶公司YZ-2多功能控制器改造的执行器我厂一期2×125MW机组DCS改造时，设计考虑将原先很多开关控制的执行器升级为闭环控制以提高控制精度，如全部考虑更换为新型或进口执行器将大大超出改造预算，因此在有选择性的更换部分执行器整机时，对一些次要场合的执行器选择了部分改造但功能升级的方案。方案确定，对锅炉二次风、周界风、一次风原DKJ-210执行器44台，旁路烟道挡板原DKJ-510执行器10台，以及送引风机进口挡板原天伯SD系列B+RS200执行器4台，累计共58台执行器利用上海玉叶公司生产的YZ-2型多功能控制器进行改造升级，且改造费用较低，

21、平均每台不到1500元。因之前我厂已在自动调节系统上大量使用上海玉叶公司生产的位置发送模块及伺服放大器，且产品性能较稳定，所以对YZ-2型多功能控制器的升级改造抱有一定信心。YZ-2型多功能控制器是针对大量机组DCS改造时降低原国产DKJ执行器改造升级费用而设计的，且适用于对SD执行器的改造。通过改造，原执行器都在不需专用伺服放大器的前提下实现了420mA的闭环控制。 YZ-2型多功能控制器由ZPK-05型主控模块、WF-02B型位发模块、位置传感组件、控显面板、大功率固态继电器、分相电容器等组成。执行器控制精度1%4%可调，且可进行M/A切换以方便现场调试，主控模块具有指令、反馈断信号保护功能及伺服电机的动态制动功能，这样可有效的降低刹车片的机械磨损。为实现DKJ执行器的行程控制，改造时将原位置反馈凸轮改为齿轮，通过齿轮传动使位置反馈测量电位器阻值连续变化得到比原差动变压器精度更高的位置反馈信号，并在传动装置末端装有开关方向行程保护微