一種火電廠汽輪機電液伺服閥驅(qū)動線圈故障在線檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火電廠汽輪機電液伺服閥線圈故障在線檢測的方法，包括電液伺服閥驅(qū)動線圈電流值的實時在線監(jiān)測，通過在驅(qū)動電流的輸出回路上增加采樣電阻，然后通過運算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），對采樣電阻上的電壓進行采樣，計算出實際輸出的電流值，實現(xiàn)了對伺服閥驅(qū)動線圈電流的實時監(jiān)測；還包括電液伺服閥驅(qū)動線圈阻抗的實時監(jiān)測，實時計算出驅(qū)動線圈的電壓值，然后根據(jù)實時監(jiān)測到的電流值即可計算出伺服線圈的阻抗；將實時監(jiān)測到的伺服線圈阻抗值以及預先設(shè)定的理論值進行比較，當實測值和理論值之差超出一定的區(qū)間范圍以后即可認定電液伺服閥驅(qū)動線圈出現(xiàn)故障。
【專利說明】一種火電廠汽輪機電液伺服閥驅(qū)動線圈故障在線檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及為發(fā)電廠DHl系統(tǒng)汽輪機電液伺服閥驅(qū)動器故障檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]汽輪機是火力發(fā)電廠的核心設(shè)備之一，它是將高壓蒸汽中攜帶的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的關(guān)鍵設(shè)備，利用高壓蒸汽推動汽輪機內(nèi)葉片轉(zhuǎn)動，并帶動發(fā)電機進行發(fā)電。目前汽輪機一般由數(shù)字電液控制系統(tǒng)來控制，而電液伺服閥就是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的性能基本上決定了汽輪機的控制性能，而它的安全可靠運行也是不言而喻的。為此對伺服閥的故障診斷要求也就越來越高，要求快速、準確、可靠。在目前的技術(shù)方案中往往采用控制超時的方式來判斷故障，這種方法的缺點是無法準確定位故障點，第二個缺點是判斷時間較長，當故障判斷出來后已經(jīng)對系統(tǒng)造成了一定影響，系統(tǒng)無法快速的采取故障應對措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實現(xiàn)火電廠電液伺服閥驅(qū)動線圈的實時在線故障檢測，本申請?zhí)岢隽艘环N基于電液伺服閥驅(qū)動線圈實時電流檢測、電液伺服閥驅(qū)動線圈實時電壓檢測的在線故障檢測方法，將故障診斷時間提高到了 1ms。
[0004]本申請具體采用以下技術(shù)方案。
[0005]一種火電廠汽輪機電液伺服閥線圈故障在線檢測裝置，其特征在于:
[0006]所述在線檢測裝置在伺服閥線圈電流回路設(shè)置采樣電阻，并檢測伺服閥線圈兩端電壓，根據(jù)檢測得到的伺服閥線圈阻抗值對所述伺服閥線圈進行故障判斷。
[0007]一種火電廠汽輪機電液伺服閥線圈故障在線檢測裝置，包括微控制器MCU、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2、第一運算放大器Al、第二運算放大器A2、第三運算放大器A3、第四運算放大器A4、第五運算放大器A5、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、第一電壓參考源REFl ;其特征在于:
[0008]MCU上的輸出接口 SPIl與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl的輸入端相連，將MCU要輸出電流信號對應的數(shù)字量寫入第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl中，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl輸出端將轉(zhuǎn)換后電壓信號輸出到第一運算放大器Al的正相輸入端，所述第一電壓參考源REFl連接至第一運算放大器Al的反相輸入端；
[0009]第一運算放大器Al的輸出端分別連接至第二運算放大器A2的反相輸入端、第一電阻Rl的一端，第二運算放大器A2的輸出端與正相輸入端相連并分別連接第三三極管Q3以及第四三極管Q4的基極，第三三極管Q3的發(fā)射極與第四三極管Q4的發(fā)射極相連，其連接點連接至伺服閥線圈的一端；
[0010]所述第一電阻Rl的另一端連接至第三運算放大器A3的正相輸入端，第三運算放大器A3的反相輸入端接地，其正相輸入端與輸出端之間通過第二電阻R2相連，第三運算放大器A3的輸出端還分別連接至第一三極管Q1、第二三極管Q2的基極，第一三極管Ql的發(fā)射極與第二三極管Q2的發(fā)射極相連，連接點連接至第三電阻R3的一端，第三電阻R3的另一端連接至伺服閥線圈的另一端；
[0011]所述第三電阻R3的連接分別連接至第四運算放大器A4的兩輸入端，所述第四運算放大器A4的輸出端分別連接至第一運算放大器Al的反相輸入端、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl的輸入端，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl的輸出端與微控制器MCU的輸入端口 SPI2相連；
[0012]所述伺服閥線圈的兩端分別連接至第五運算放大器A5的兩輸入端，所述第五運算放大器A5的輸出端通過第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2連接至微控制器MCU的另一輸入端口SPI3 ；
[0013]其中，所述第三三極管Q3、第一三極管Ql為PNP型三極管，第四三極管Q4、第二三極管Q2為NPN型三極管。
[0014]本申請還同時公開了一種基于上述的在線檢測裝置的火電廠汽輪機電液伺服閥驅(qū)動線圈故障在線檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0015](I)在所述伺服閥驅(qū)動線圈的電流回路中設(shè)置一取樣電阻，采集所述取樣電阻兩端的電壓信號，并將所述取樣電阻兩端的電壓信號經(jīng)一運算放大器調(diào)理放大后輸入至一模數(shù)轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；
[0016](2)采集所述伺服閥驅(qū)動線圈兩端的電壓，并將該伺服閥驅(qū)動線圈兩端的電壓信號經(jīng)另一運算放大器調(diào)理放大后輸出值另一模數(shù)轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；
[0017](3)微控制器MCU每間隔Ims讀取兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，并分別結(jié)合兩個運算放大器的放大倍數(shù)計算出流經(jīng)伺服閥驅(qū)動線圈的電流值和驅(qū)動線圈兩端的電壓值；
[0018](4)根據(jù)流經(jīng)伺服閥驅(qū)動線圈的電流值和驅(qū)動線圈兩端的電壓值計算出所述伺服閥驅(qū)動線圈的阻抗值，并將該計算出的伺服閥驅(qū)動線圈阻抗值與預先設(shè)定的驅(qū)動線圈阻抗值進行比較，當計算出的伺服閥驅(qū)動線圈阻抗值與預先設(shè)定的驅(qū)動線圈阻抗值之差超過某個預先設(shè)定的死區(qū)后即認定驅(qū)動線圈發(fā)生故障。
[0019]本申請相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益技術(shù)效果:
[0020]首先本申請解決了伺服閥驅(qū)動線圈故障實時監(jiān)測的問題，可以在幾個毫秒級的時間內(nèi)檢測出線圈的故障，可以在10毫秒以內(nèi)將故障上送控制器，控制器可以迅速采取故障應對措施降低故障對系統(tǒng)運行的影響。
[0021]其次解決了故障定位的準確性問題，傳統(tǒng)的故障檢測方法只能告知控制器伺服閥控制失效，但是無法判斷是哪個環(huán)節(jié)出了問題，本方案可以直接將故障點定位到伺服閥線圈上，而且可以提供線圈當前的阻抗狀態(tài)，極大的減少了檢修人員定位故障的時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本申請火電廠汽輪機電液伺服閥線圈故障在線檢測裝置的電路原理圖?！揪唧w實施方式】
[0023]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。[0024]如圖1所示為本申請火電廠汽輪機電液伺服閥線圈故障在線檢測裝置的電路原理圖，其中MCU上的SPIl接口與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl相連接，SPIl接口負責將MCU要輸出電流信號對應的數(shù)字量寫入第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl中，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl將接收到的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出到第一運算放大器Al的正向輸入端；第二運算放大器A2工作在電壓跟隨模式；第三運算放大器A3工作在反向比例狀態(tài)，第一電阻R1、第二電阻R2用于設(shè)定比例系數(shù)；第一三極管Ql、第二三極管Q2 —組，由第三運算放大器A3控制；第三三極管Q3、第四三極管Q4 —組，由第二運算放大器控制；第三電阻R3串聯(lián)在電流回路中，用于產(chǎn)生反饋電壓；第四運算放大器A4將電阻R3兩端的電壓信號放大后送到第一放大器Al的反向輸入端從而構(gòu)成負反饋電路；第一電壓參考源作為參考輸入接入到第一運算放大器Al的反向輸入端用于提供偏置電壓；當?shù)谝粩?shù)模轉(zhuǎn)換器DACl輸出電壓高于2.5V時,第一運算放大器Al輸出正向電壓，此時第二運算放大器A2輸出正電壓，第三運算放大器A3輸出負電壓，進而引起第三三極管Q3、第二三極管Q2導通，第一三極管Q1、第四三極管Q4截止，電流由+15V電源通過Q3，經(jīng)過I+流過伺服閥驅(qū)動線圈，然后經(jīng)過1-、經(jīng)過R3、經(jīng)過Q2流回-15V，實現(xiàn)電流的正向輸出；當?shù)谝粩?shù)模轉(zhuǎn)換器DACl輸出電壓低于2.5V時，第一運算放大器Al輸出負電壓，此時第二運算放大器A2輸出負電壓，第三運算放大器A3輸出正電壓，進而引起第一三極管Q1、第四三極管Q4導通，第二三極管Q2、第三三極管Q3截止，電流由+15V經(jīng)過Q1、經(jīng)過R3、經(jīng)過1-、通過伺服閥驅(qū)動線圈、經(jīng)過I+、經(jīng)過Q4流回-15V，實現(xiàn)電流的反向輸出；第四運算放大器A4的輸出端同時連接到第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADCl的模擬量輸入端口，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與MCU的SPI2接口相連接；第五運算放大器A5的正向輸入端、反向輸入端分別接到伺服閥驅(qū)動線圈的兩端，第五運算放大器A5的輸出端接入第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2的輸入端；第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2的輸出端與MCU的SPI3接口相連。
[0025]基于前述的火電廠汽輪機電液伺服閥線圈故障在線檢測裝置，本申請還公開了一種火電廠汽輪機電液伺服閥線圈故障在線檢測方法，包括以下步驟:
[0026](I)在所述伺服閥驅(qū)動線圈的電流回路中設(shè)置一取樣電阻即第三電阻R3，該采樣電阻的阻值不能太大否則影響電流源的帶負載能力，一般選擇5歐姆或更?。或?qū)動電流在流經(jīng)取樣電阻即第三電阻R3時會在其兩端產(chǎn)生一個對應的電壓信號，這個電壓信號經(jīng)過第四運算放大器A4進行調(diào)理放大后輸出到第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl的輸入端上，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADCl對輸入的電壓信號進行高速采樣，將該信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，送入MCU進行軟件處理；
[0027](2)采集所述伺服閥驅(qū)動線圈兩端的電壓，當驅(qū)動電流通過伺服閥驅(qū)動線圈時由于驅(qū)動線圈存在一定的內(nèi)阻(典型值80歐姆)會在驅(qū)動線圈兩端產(chǎn)生一個電壓信號，該電壓信號經(jīng)第五運算放大器A5調(diào)理放大后輸出至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2的輸入端，由ADC2將該信號化為數(shù)字信號，最終送入MCU進行處理；
[0028](3)微控制器MCU每間隔Ims讀取第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl以及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2輸出的數(shù)字信號，MCU在收到第一數(shù)模轉(zhuǎn)化器ADCl輸出的數(shù)字信號后結(jié)合電流回路上取樣電阻的大小、運算放大器的放大倍數(shù)等信息可以計算出當前輸出電流的大小MCU在收到第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2輸出的數(shù)字信號后結(jié)合第五運算放大器A5的放大倍數(shù)即可計算出伺服閥驅(qū)動線圈兩端的電壓值；
[0029](4)根據(jù)流經(jīng)伺服閥驅(qū)動線圈的電流值和驅(qū)動線圈兩端的電壓值計算出所述伺服閥驅(qū)動線圈的阻抗值，并將該計算出的伺服閥驅(qū)動線圈阻抗值與預先設(shè)定的驅(qū)動線圈阻抗值進行比較，當計算出的伺服閥驅(qū)動線圈阻抗值與預先設(shè)定的驅(qū)動線圈阻抗值之差超過某個預先設(shè)定的死區(qū)后即認定驅(qū)動線圈發(fā)生故障。
【權(quán)利要求】
1.一種火電廠汽輪機電液伺服閥線圈故障在線檢測裝置，其特征在于: 所述在線檢測裝置在伺服閥線圈電流回路設(shè)置采樣電阻，并檢測伺服閥線圈兩端電壓，根據(jù)檢測得到的伺服閥線圈阻抗值對所述伺服閥線圈進行故障判斷。
2.一種火電廠汽輪機電液伺服閥線圈故障在線檢測裝置，包括微控制器MCU、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2、第一運算放大器Al、第二運算放大器A2、第三運算放大器A3、第四運算放大器A4、第五運算放大器A5、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、第一電壓參考源REFl ;其特征在于: MCU上的輸出接口 SPIl與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl的輸入端相連，將MCU要輸出電流信號對應的數(shù)字量寫入第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl中，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACl輸出端將轉(zhuǎn)換后電壓信號輸出到第一運算放大器Al的正相輸入端，所述第一電壓參考源REFl連接至第一運算放大器Al的反相輸入端； 第一運算放大器Al的輸出端分別連接至第二運算放大器A2的反相輸入端、第一電阻Rl的一端，第二運算放大器A2的輸出端與正相輸入端相連并分別連接第三三極管Q3以及第四三極管Q4的基極，第三三極管Q3的發(fā)射極與第四三極管Q4的發(fā)射極相連，其連接點連接至伺服閥線圈的一端； 所述第一電阻Rl的另一端連接至第三運算放大器A3的正相輸入端，第三運算放大器A3的反相輸入端接地，其正相輸入端與輸出端之間通過第二電阻R2相連，第三運算放大器A3的輸出端還分別連接至第一三極管Q1、第二三極管Q2的基極，第一三極管Ql的發(fā)射極與第二三極管Q2的發(fā)射極相連，連接點連接至第三電阻R3的一端，第三電阻R3的另一端連接至伺服閥線圈的另一端；` 所述第三電阻R3的連接分別連接至第四運算放大器A4的兩輸入端，所述第四運算放大器A4的輸出端分別連接至第一運算放大器Al的反相輸入端、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl的輸入端，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl的輸出端與微控制器MCU的輸入端口 SPI2相連； 所述伺服閥線圈的兩端分別連接至第五運算放大器A5的兩輸入端，所述第五運算放大器A5的輸出端通過第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2連接至微控制器MCU的另一輸入端口 SPI3 ； 其中，所述第三三極管Q3、第一三極管Ql為PNP型三極管，第四三極管Q4、第二三極管Q2為NPN型三極管。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的在線檢測裝置的火電廠汽輪機電液伺服閥驅(qū)動線圈故障在線檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)在所述伺服閥驅(qū)動線圈的電流回路中設(shè)置一取樣電阻，采集所述取樣電阻兩端的電壓信號，并將所述取樣電阻兩端的電壓信號經(jīng)一運算放大器調(diào)理放大后輸入至一模數(shù)轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； (2)采集所述伺服閥驅(qū)動線圈兩端的電壓，并將該伺服閥驅(qū)動線圈兩端的電壓信號經(jīng)另一運算放大器調(diào)理放大后輸出值另一模數(shù)轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； (3)微控制器MCU每間隔Ims讀取兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，并分別結(jié)合兩個運算放大器的放大倍數(shù)計算出流經(jīng)伺服閥驅(qū)動線圈的電流值和驅(qū)動線圈兩端的電壓值； (4)根據(jù)流經(jīng)伺服閥驅(qū)動線圈的電流值和驅(qū)動線圈兩端的電壓值計算出所述伺服閥驅(qū)動線圈的阻抗值，并將該計算出的伺服閥驅(qū)動線圈阻抗值與預先設(shè)定的驅(qū)動線圈阻抗值進行比較，當計算出的伺服閥驅(qū)動線圈阻抗值與預先設(shè)定的驅(qū)動線圈阻抗值之差超過某個預先設(shè)定的死區(qū)后即認定驅(qū)動線圈發(fā)生故障。
4.一種基于權(quán)利要求2所述的在線檢測裝置的火電廠汽輪機電液伺服閥驅(qū)動線圈故障在線檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)在所述伺服閥驅(qū)動線圈的電流回路中設(shè)置一取樣電阻即第三電阻R3，采集所述第三電阻R3兩端的電壓信號，并將所述第三電阻R3兩端的電壓信號經(jīng)第四運算放大器A4調(diào)理放大后輸入至第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl中轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； (2)采集所述伺服閥驅(qū)動線圈兩端的電壓，并將該伺服閥驅(qū)動線圈兩端的電壓信號經(jīng)第五運算放大器A5調(diào)理放大后輸出值第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2中轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； (3)微控制器MCU每間隔Ims讀取第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的的數(shù)字信號，并分別結(jié)合第四運算放大器和第五運算放大器的放大倍數(shù)計算出流經(jīng)伺服閥驅(qū)動線圈的電流值和驅(qū)動線圈兩端的電壓值； (4)根據(jù)流經(jīng)伺服閥驅(qū)動線圈的電流值和驅(qū)動線圈兩端的電壓值計算出所述伺服閥驅(qū)動線圈的阻抗值，并將該計算出的伺服閥驅(qū)動線圈阻抗值與預先設(shè)定的驅(qū)動線圈阻抗值進行比較，當計算出的伺服閥驅(qū)動線圈阻抗值與預先設(shè)定的驅(qū)動線圈阻抗值之差超過某個預先設(shè)定的死區(qū)后即認 定驅(qū)動線圈發(fā)生故障。
【文檔編號】F01D17/00GK103822010SQ201410098659
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】周立東, 張文景, 任光輝, 劉娜, 奚志江, 錢華東, 何同運 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司