电动执行器技术改造方案的优化与实施

    0 引言
    华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司（以下简称华电包头公司）为2006年投产发电的2×600MW亚临界火力发电厂，电厂的分散控制系统（DCS）采用英维思过程公司FoxboroI/A51产品。锅炉过热器减温水调节阀执行器、空气预热器入口烟气挡板执行器、循环水系统蝶阀执行器均采用电动执行器，自机组投入运行后，上述设备故障频发，其主要原因是高温或潮湿损坏电动执行器电路板，导致电动执行器出现故障，设备可靠性大大降低，不利于机组安全、稳定运行。若更换电动执行器电路板的话，其价格昂贵且维护费用也较高。电动执行器出现故障后，主要靠运行人员手动操作，增加了运行人员的操作工作量且达不到最佳控制效果。为彻底消除设备隐患，降低维护费用，提高设备可靠性，特对电动执行器进行分体式改造。
    1 电动执行器故障原因分析
    华电包头公司使用的电动执行器均为智能一体化电动执行器，电动执行器控制功能可通过安装在执行器内的控制线路板来实现。电动执行器发生故障的原因绝大部分是控制电路板出现损坏造成的，而控制电路板都是高度集成的电子产品，现场无法进行故障判断及修复，所以，每次故障后只能采购新电路板更换。导致电路板损坏的主要原因集中在以下2个方面：
    （1）电动执行器工作环境温度高，电动执行器电路板长期处于高温环境下工作急速老化损坏。这类电动执行器主要有过热器减温水调节阀电动执行器及空气预热器入口烟气挡板电动执行器。华电包头公司地处内蒙古包头市，在冬季，为了锅炉防冻而全封闭安装，过热器减温水调节阀安装在锅炉炉顶汽包层尾部烟道处，一年四季环境温度高达40℃左右。减温水调节阀电动执行器安装在调节阀处，由于减温水调节阀的盘根散热及支架传热导致执行器表面温度长期保持在60℃左右，由于调节阀电动执行器调节需要动作频繁，其本身发热量也较高。由于环境温度较高且无法散热，导致电动执行器电路板长期在65～70℃的环境中工作，偶尔也会达到80℃。在这样的高温环境里，将会大大缩短电动执行器电路板工作寿命，导致故障频发。另外，空气预热器入口烟气挡板电动执行器安装在空气预热器入口烟气挡板处，由于烟气温度较高，烟气挡板输出轴处热风泄漏对电动执行器不断加热，加上夏季气温较高，锅炉房内不易散热，电动执行器电路板长期处在高温环境中必将导致电路板损坏。
    （2）电动执行器安装在阀门井内，由于电动执行器长期在潮湿环境中工作，在这样的潮湿环境里，电路板极易出现腐蚀和损坏，该类电动执行器主要包括循环水系统蝶阀电动执行器。由于循环水系统管道敷设时需要考虑防冻，循环水系统管道均深埋至地下，而系统阀门自然安装在阀门井内。由于包头市紧靠黄河，地下水位较高，因此，阀门井内经常有潮湿甚至积水现象。电动执行器电路板最怕汽、水侵蚀，电动执行器虽然有可靠密封，但其长期处于潮湿环境中仍无法避免汽、水的侵蚀，若长期处在潮湿的环境里，必将导致电路板的损坏。
    针对上述故障，最有效的措施就是使电动执行器在干燥且合适的环境中工作。
    2 电动执行器分体改造方案的确定与实施
    华电包头公司的电动执行器由于高温或潮湿发生故障，其主要原因是执行器电路板损坏，而执行器电动机、行程开关及位置反馈装置也未因高温或潮湿而损坏。因此，为彻底消除执行器故障，将电动执行器电路板部分移至低温区或脱离潮湿环境，而电动执行器分体改造为这一设想提供了很好的解决方案。
    2.1 方案确定
    在高温环境下，导致电动执行器电路板损坏的解决方案就是将电动执行器改造为气动执行器，但改造费用较为昂贵。选用分体执行器改造，原有电动执行器驱动减速部分不需要变动，仅增加一个分体控制箱即可，改造费用较低。分体控制箱室内使用的常规电子元器件（如接触器、继电器、过电流保护装置等）具有良好的耐高温性能，若日常维护中发生故障，维护费用比较低且进货周期短。
    潮湿环境下导致执行器电路板损坏的解决方案就是更换使用防护等级为IP68产品。但国内产品基本达不到IP68密封标准的要求，即使进口产品达到了IP68防护等级，日常维护解体后也很难恢复到原有密封条件，改造费用不仅昂贵，而且不能保证使用寿命。
    为降低改造费用、降低日常维护费用及便于日常维护，华电包头公司对存在高温损坏或潮湿损坏的电动执行器选择并实施了分体技术改造。
    2.2 分体改造方案的实施
    电动执行器分体改造实施主要包括分体控制箱的准备、分体控制箱与执行器联接、执行器调试等几部分。
    首先制作分体控制箱，在控制箱内，要组装实现控制需求的各类电子元器件，在控制箱面板上装设操作按钮、反馈指示、远方就地切换手柄等装置。若有防进水要求，可定值防护等级较高的分体控制箱，分体控制箱可自行设计组装，也可根据功能要求外委加工制作。根据现场条件，将控制箱固定后，完成控制箱准备工作。
    分体控制箱在制作时就设计了与执行器联接的接口端子，在与执行器进行联接时，分别按照各回路一次校对联接即可。需要特别指出的是，分体控制箱内强电与弱电端子分别布置2排端子或布置在1排时强弱电分开布置，中间使用3～5个空端子隔开。在控制箱内粘贴接线端子图与控制回路图，便于日后检修维护。
    对于执行器调试而言，按常规调试方法进行即可。在电动执行器上电前确认回路正确、电源及电动机无接地和短路等，阀门在中间位置且有可靠的切断电源的手段，远方就地切换手柄在就地位置。上电调试并记录相关数据即可完成调试工作。
    3 电动执行器分体改造的效果
    华电包头公司完成了16台空气预热器入口烟气挡板、8台循环水系统蝶阀、8台减温水调门电动执行器分体改造，在改造后投入运行1年多的时间里，从未发生由于电动执行器故障而引起阀门无法操作的问题，分体控制箱内电子元件工作正常，维护工作量大大降低，维护费用相应也降低。因此，可为遇到相似情况的其他电厂提供借鉴，也可为火力发电厂在高温、高湿度环境条件下设计使用电动执行器时提供参考。
    4 结束语
    随着电动执行器技术不断的革新，适应各种环境的不同种类及型号的电动执行器在电力生产过程中发挥着重要作用，分体式电动执行器的应用就是一个典型案例。分体式电动执行器能在高温、高湿度环境条件下工作，它具有应用和推广的意义。该项技术的应用，达到了技术改造时确立的电动执行器能在特殊环境下长期稳定运行之目的。