浅谈电动执行机构在火电厂的应用

陈愫珠

摘 要：随着科技的发展，工业生产自动化程度越来越高，电动执行机构也正逐步走向智能化和数字化。下面将介绍分析电动执行机构的工作原理、性能特点和在台州发电厂的使用情况，并罗列了电动执行机构在应用过程中可能出现的故障和排除方法。

关键词：电动执行机构；阀门；编码器；转矩

中图分类号：TP215 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）05-0001-02

在台州发电厂的阀门电动执行机构中，大部分是智能一体化产品。下文将主要介绍智能型阀门电动执行机构在本厂的应用。

1 智能型电动执行机构的基本性能

1.1 工作原理

电动执行机构电机的旋转是通过联轴机构直接带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，再通过离合器带动输出轴转动。当手、电动切换手柄调在手动位置时，离合器上移，脱开蜗轮与手轮联接，转动手轮驱动输出轴转动。电动操作总是优先，除非操作手柄被锁定在手动挡。在输出轴转动的同时带动一对锥齿轮转动，并通过阀位传感器检测阀位变化。具体操作如图1所示。

图1 电动执行机构工作原理示意图

1.2 功能特点

1.2.1 双密封结构

智能型电动执行机构的防护等级可达到IP68.在工程安装和调试阶段，即使执行机构的端子盖长期打开，由于端子盘与外壳之间第二级密封的存在，也能阻止灰尘和潮气进入电机和电气壳体内部，使电机和控制电路免受侵蚀。这样，提高了电动阀门在电厂凝泵坑、循门坑等特殊环境下运行的可靠性。如图2所示。

1.2.2 非侵入式结构

非侵入式结构体现在两个方面：①操作方式选择开关和就地操作旋钮采用条状磁钢控制电气壳内的舌簧管，摒弃了传统的旋钮贯通轴；②采用红外设定器对执行机构进行参数设定、更改和调试，不需要打开执行机构的外壳。

图2 双密封结构示意图

1.2.3 绝对编码器检测阀位

智能型电动执行机构的阀位检测使用了先进的光电绝对编码器，输出轴带动光电绝对编码器转动，形成的编码信号送入主控芯片计算出当前阀位值，并将其作为阀位显示信号。由于绝对编码器获取的是阀位的绝对信息，掉电和干扰都不会对它造成影响，所以检测得到的阀位始终是正确的。

1.2.4 手、电动切换，电动优先

智能电动执行机构运转驱动可进行手动和电动切换操作，切换手柄是用于将执行机构的电动运转切换到手动操作，如果电机运转时操作手柄自动切换到电动运转，便是电动优先设计的结果。

1.2.5 智能电动执行机构保护功能

转矩保护。智能电动执行机构电机输出的转矩的大小和特性是一个重要参数，可以防止执行机构在操作过程中转矩，起到保护阀门和执行机构的作用，转矩保护定值由设定器设定。

阀位限位保护。智能电动执行机构的限位，由行程开关来控制，当阀门运行到全关闭或全打开位置时，行程开关动作自动停止执行机构的运行（与设定的工作方式有关）。

自动相序调整。智能电动执行机构自动检测接入电源端子的三相电源的相序，通过逻辑运算，决定执行机构操作时将激励正转回路或激励反转回路的接触器，确保以正确的相序接通电机。如果没有自动相序调整功能，有可能会因接线相序错误而损坏阀门。由于有了自动相序调整功能，执行机构电源的接线可以不考虑相序。

瞬时反转保护。当执行机构接受向相反方向动作的命令时，自动加上一个时间延迟，防止对阀轴和变速箱产生不必要的磨损。

电源缺相保护。智能电动执行机构还具有电源缺相保护功能。通过监视电压和电流相结合的方法，既能检测电机静止时发生的电源缺相，又能检测电机运行时发生的电源缺相，从而禁止电机运行，避免缺相运行造成电机过热。

阀门卡住时的动作。无论执行机构向打开方向还是关闭方向动作，在发出激励电机信号之后的5～10 s，内暂时禁止转矩保护功能（如果在上述5～10 s的时间内执行机构没有动作，控制电路则会切断电机的供电）。此项功能可以实现阀门卡住时的解卡。

过热保护。在电机绕组的端部装有2个热继电器，直接检测电机绕组的温度。当热继电器检测到绕组过热时，控制电路将禁止执行机构动作。

电气保护。输入输出通道均采用光电隔离。

1.2.6 阀位和转矩的检测

智能执行机构的阀位检测采用绝对光电编码技术，即使主电源掉电或人为改变了阀位，无论有无电池存在，主电源恢复后阀位仍然正确且永不丢失。执行机构可设定行程范围很大，输出轴转数的累计值上限可达2 040转，突破了以往执行机构对行程的限制。

转矩的检测是靠检测电机的电流和磁通来获得转矩，实现了对输出转矩的连续测量。通过设定器来调整转矩保护值，可以避免机械的磨损，并使转矩保护值长期保持稳定。

2 智能电动执行机构的调试

2.1 多回转系列电动执行机构

多回转系列电动执行机构采用免开盖遥控器调试，可以先设置关限位，也可以先设置开限位。以下步骤是以先设置关限位再设置开限位的设置方法：①首先用电动或手动的方式将阀门关到全关位置，如果用手动的方式，将阀门关到位后，需再将手轮回半圈。②用设定器进入菜单，将开关切至“就地”位置，一级设定选中“行程极限”出现“关到位”，此时用设定器 “回车”键确认一下，“关到位” 红灯会闪两下亮，此时关限位设置完毕。之后不用返回菜单，用电动或手动将阀门开到全开位置，用设定器“+”或“-”键将行程极限“关到位”改为“开到位”，再用设定器“回车”键确定一下，绿灯亮显示100%，退出菜单，至此整个行程极限设定完毕。

设定“关限位”后不需要退出菜单，等“开限位”设好之后才能退出，设置过程中阀位不会变化。

2.2 角行程系列执行机构

角行程系列执行机构采用旋钮调试，以黑色操作旋钮和红色方式旋钮的执行机构为例，调试步骤如下：①红色方式旋钮。分远程、就地、停止三种方式。在调试过程中，先将红色方式旋钮放在“停止”位置。在调试过程中，把红色方式旋钮从“停止”调至“就地”位置相当于确认，把红色方式旋钮从“停止”调至“远程”位置相当于退出。②黑色操作旋钮。分打开、关闭两种操作。当将红色方式旋钮放在“停止”位置时，用黑色操作旋钮调至“关闭”3 s，可以进入设置菜单，用黑色操作旋钮调至“打开”5 s可进行一次复位操作。当进入菜单后，黑色操作旋钮相当于“+”“-”键，用于上、下选择各功能菜单。

例如，想进入H-02菜单设置行程，操作方法如下：①将红色方式旋钮放在“停止”位置，这时用黑色操作旋钮调至“关闭”3 s进入菜单，刚进入菜单显示屏上会出现H-01，用“+”或“-”键进行选择时依次会出现H-01，H-02，H-04…H-08。②当选定H-02时，把红色方式旋钮从“停止”调至“就地”位置（相当于确认进入此菜单），此时显示屏上显示H-02 0（H-02 0是关限位设定菜单），然后再将红色方式旋钮从“就地”调至“停止”，再调回至“就地”位时红灯闪烁两下，这样关限位就设定好了。这时把阀门开到全开（不退出菜单，电动或手动开均可以），再将“就地”调回至“停止”位，用黑色操作旋钮（相当于“+”“-”键）把H-02 0的“0”改为“1”，显示屏显示H-02 1，再把红色方式旋钮从“停止”调至“就地”，绿灯闪两下，这样开限位就设定好了。然后把红色方式旋钮从“就地”调至“停止”位置，再调回至“远程”位置（相当于退出菜单），再调至“停止”位置，最后再放回“远程”位置，退出全部菜单，阀门位置就设定结束了。

3 常见故障及处理方法

执行机构诊断功能具有记录故障信息功能，使得故障查找更加方便和快捷。

3.1 阀位不变故障

原因分析：电机空转，未带动编码器齿轮转动。常见为机械错误，例如手动/电动手柄切换不成功，大扭矩执行机构常见此故障，原因是手动操作后咬合过紧，导致电动时，手动/电动手柄不能正常回切。

排除方法：在手动操作到位后，再回转2～3圈，可以保证手动/电动手柄正常回切。

3.2 阀位出错故障

原因分析1：手动/电动切换装置锁死，电机空转。

排除方法：转动手轮使执行机构的动作到中间阀位，然后就地电动操作执行机构，可切换到电动方式。如未能切换到电动方式，则需多次重复前面的操作步骤。

原因分析2：控制电机的交流接触器或固态继电器连线松动或损坏，使执行机构电机主或副绕组未接通电源（220 V供电）。

排除方法：压紧或者直接更换交流接触器或固态继电器上的连线。

原因分析3：执行机构内部的阀位模块或主控板相关的电路元件损坏。

排除方法：更换阀位模块或主控板。

3.3 关阀过矩或开阀过矩故障

原因分析1：执行机构关闭过矩或开阀过矩保护参数设置偏小。

排除方法：用设定器重新设定关闭转矩或开阀过矩保护值（增大），在就地方式下使其来回运行2～3个全行程，不出现关阀过矩或开阀过矩报警即可。如果出现过矩报警，则继续调整过矩保护值，直到执行机构正常运行。

原因分析2：执行机构选型与现场的运行条件不匹配。

排除方法：选择更大转矩的执行机构。

原因分析3：外部有阻碍执行机构正常运行的因素，例如阀门被卡住。

排除方法：用户排除影响执行机构正常运行的因素。

4 执行机构的使用情况和日常维护

电动执行机构在应用中要注意：①电动执行机构参数设置不当。由于开关力矩值设置太低或阀门限位设置不当而导致电动执行机构产生过力矩报警信号，导致阀门关闭不严。一般维护人员通过遥控器现场重新设置参数，就可以处理这类问题。②改善电动执行机构的工作环境和使用条件。电动执行机构的可靠性和寿命与其使用情况、所处的环境条件、操作人员的素质等因素有着直接的关系。在维护管理上，改善其工作环境和使用条件，延长使用寿命。

5 结束语

通过对智能执行机构技术参数及现场应用的分析，可以得到以下结论：①智能执行机构采用中文显示，免开盖及遥控器调试，操作、维护方便；采用非接触式绝对编码器检测阀位，精度高，抗干扰强，无需电池支持，阀位永远正确。②智能执行机构性能稳定，大大提高了电动阀门的运行可靠性，减少了检修工作量，提高了运行人员的操作效率。

参考文献

[1]樊高鹏，刘伟军，朱乐尧.电动执行机构在能源行业的应用与发展[J].通用机械，2009（05）.

[2]马耀锋.电动执行机构在火电厂中的应用及维护[J].江西电力职业技术学院学报，2009（03）.

〔编辑：王霞〕

On the Electric Actuator Applications in Thermal Power Plants

Chen Suzhu

Abstract： With the development of technology， more and more high degree of automation of industrial production， electric actuators are also gradually moving towards intelligent and digitized. The following describes the analysis of the working principle of electric actuators， performance characteristics and the use of Taizhou Power Plant， and a list of faults and troubleshooting electric actuators that may arise in the application process.