REXA Xpac執(zhí)行器故障分析處理及維護(hù)

潘彤梅

（華能武漢發(fā)電有限責(zé)任公司，武漢 430415）

0 引言

REXA Xpac是一種由微處理器控制的、集成式電子液壓執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)器。REXA Xpac執(zhí)行器包含兩個(gè)主要部分，即執(zhí)行器（油缸、反饋裝置和電液動(dòng)力組件）部分和控制箱部分。執(zhí)行器部分的核心是電液動(dòng)力模塊，包括馬達(dá)、齒輪泵、流量匹配閥、儲(chǔ)油箱、加熱器等。控制箱包括位置控制處理器、電源、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、保險(xiǎn)絲和電源濾波器，以及接線端子。執(zhí)行器裝在驅(qū)動(dòng)裝置上，控制箱遠(yuǎn)程安裝，通過(guò)模塊電纜和反饋電纜連接控制器和執(zhí)行器（見(jiàn)圖1）。位置控制處理器（PCP）能夠?qū)?zhí)行器的各種故障進(jìn)行診斷，錯(cuò)誤代碼以兩位字母表示在五位顯示屏上，錯(cuò)誤代碼的前面顯示“E-”字樣[1]。

圖1 REXA Xpac執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of REXA Xpac actuator

陽(yáng)邏電廠300MW機(jī)組的小機(jī)低壓調(diào)門(mén)和高低壓旁路減壓閥均已改造，由REXA Xpac執(zhí)行器控制。近幾年，REXA Xpac執(zhí)行器出現(xiàn)一些故障，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，特別是執(zhí)行器失控造成小機(jī)轉(zhuǎn)速失速，危及汽包水位的控制，威脅到機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 REXA Xpac執(zhí)行器故障現(xiàn)象

REXA Xpac執(zhí)行器故障現(xiàn)象詳見(jiàn)表1。

表1 REXA Xpac執(zhí)行器在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象Table 1 Fault phenomenon of REXA Xpac actuator in operation

2 REXA Xpac執(zhí)行器故障分析及處理

2.1 REXA Xpac執(zhí)行器運(yùn)行中卡澀、拒動(dòng)

#1～#4機(jī)A、B小機(jī)低壓調(diào)門(mén)由電液轉(zhuǎn)換器控制改為REXA Xpac L2000-2-0.5D-P執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。早期改造的#1、#3機(jī)A、B小機(jī)低壓調(diào)門(mén)4臺(tái)REXA執(zhí)行器運(yùn)行一段時(shí)間后，在自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中均出現(xiàn)執(zhí)行器卡澀不動(dòng)的故障，造成小機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)法調(diào)節(jié)，影響汽包水位的控制，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)隱患。這種現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)在高溫的夏季，卡澀時(shí)REXA就地控制器顯示故障代碼“E-ST”?？螅瑢?zhí)行機(jī)構(gòu)用手柄略微搖動(dòng)一點(diǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)即恢復(fù)正?？刂啤?/p>

2.1.1 原因分析

“E-ST”故障代碼提示有4種情況：執(zhí)行器不運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)因動(dòng)力不足而停轉(zhuǎn)；執(zhí)行器不運(yùn)動(dòng)，但馬達(dá)旋轉(zhuǎn)；執(zhí)行器不運(yùn)動(dòng)，同時(shí)馬達(dá)不旋轉(zhuǎn)；彈性連接軸不壓縮[2]?？刂破靼l(fā)“E-ST”故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)器無(wú)法響應(yīng)自動(dòng)控制，執(zhí)行器處無(wú)法控制狀態(tài)。

根據(jù)執(zhí)行器手搖可恢復(fù)的情況，分析故障可能性為：

1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)杠桿卡澀、別著勁，動(dòng)作不靈活。

2）夏季執(zhí)行機(jī)構(gòu)油溫過(guò)高，油的粘度下降，致使齒輪泵無(wú)法輸出所需壓力。

3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)杠桿設(shè)計(jì)存在問(wèn)題。

4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力量不足，1/2D型動(dòng)力模塊選型存在出力不足。

2.1.2 針對(duì)這種故障現(xiàn)象，采取了以下措施

1）制定小機(jī)REXA執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀應(yīng)急處理方案，以便熱控人員正確有效處理突發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀故障，確保設(shè)備的安全運(yùn)行和人身安全。

2）聯(lián)系廠家，利用停機(jī)機(jī)會(huì)在REXA執(zhí)行器杠桿加導(dǎo)向銅套，問(wèn)題得到緩解，但執(zhí)行器在夏季運(yùn)行中又陸續(xù)出現(xiàn)卡澀問(wèn)題。

3） 在DCS邏輯中增加小機(jī)REXA執(zhí)行器控制指令與REXA執(zhí)行器反饋偏差大跳遙控邏輯，增加“小機(jī)執(zhí)行器指令與反饋偏差大”聲光報(bào)警，及時(shí)提醒運(yùn)行人員注意。

4）利用機(jī)組大修，將4臺(tái)REXA執(zhí)行器返廠對(duì)本體進(jìn)行檢修，更換所有密封件及粘度系數(shù)高一檔的油質(zhì)。

5）對(duì)控制箱內(nèi)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行更換，將馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器由歐姆驅(qū)動(dòng)器更換成科爾摩根驅(qū)動(dòng)器，輸出力增加到原來(lái)的1.5倍，同時(shí)對(duì)控制底板及接線進(jìn)行更改。

6）減小錯(cuò)油門(mén)下彈簧剛度。測(cè)繪原彈簧結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計(jì)新彈簧，在不改變油動(dòng)機(jī)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性前提下，減小彈簧剛度，可減少阻力約一半左右。

7）要求REXA廠家在試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)原始狀態(tài)進(jìn)行充分試驗(yàn)，解體研究故障性質(zhì)，在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，觀察任意位置時(shí)的杠桿運(yùn)行狀況，針對(duì)杠桿系統(tǒng)做進(jìn)一步優(yōu)化處理。

#1、#3機(jī)小機(jī)執(zhí)行器杠桿進(jìn)行改進(jìn)并更換了執(zhí)行器馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器后，運(yùn)行狀況良好。運(yùn)行幾年，沒(méi)有再發(fā)生因杠桿原因?qū)е聢?zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀現(xiàn)象。

2.2 REXA Xpac2執(zhí)行器控制器死機(jī)、執(zhí)行器失控

#4機(jī)A、B小機(jī)低壓調(diào)門(mén)由電液轉(zhuǎn)換器控制改為REXA Xpac 2代X2L2000-02-1/2D-PNP執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，REXA Xpac 2控制箱內(nèi)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器采用科爾摩根驅(qū)動(dòng)器。機(jī)組運(yùn)行中#4機(jī)A小機(jī)REXA執(zhí)行器突然失控，執(zhí)行器在69%的控制指令下快速移動(dòng)到低位，帶動(dòng)調(diào)門(mén)油動(dòng)機(jī)至全關(guān)位，并無(wú)法操作。REXA控制箱控制面板窗口顯示故障狀態(tài)“stall”，并提示“P LOW”。在控制箱切手動(dòng)，操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)效。

2.2.1 原因分析

“stall”故障狀態(tài)為停機(jī)，導(dǎo)致停機(jī)的潛在原因有：校準(zhǔn)錯(cuò)誤、機(jī)械限位卡阻、輸出力不夠[2]。查看DCS系統(tǒng)A小機(jī)控制指令和位置反饋歷史曲線，指令與反饋歷史曲線吻合很好，無(wú)機(jī)械卡澀現(xiàn)象，故障時(shí)調(diào)門(mén)反饋和小機(jī)轉(zhuǎn)速快速下降，判斷控制器校準(zhǔn)錯(cuò)誤導(dǎo)致停機(jī)故障。

2.2.2 處理辦法

1）將控制箱停電復(fù)位，故障代碼消失。操作執(zhí)行器，執(zhí)行器可動(dòng)作，閥門(mén)動(dòng)作無(wú)卡阻，但不能保位，執(zhí)行器自動(dòng)運(yùn)行到全關(guān)位。

2.2.1 核心作者分析 通過(guò)檢索得到的期刊進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)得到圖2、表1。在文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)中，核心作者在學(xué)科內(nèi)具有突出影響力，是學(xué)科發(fā)展演進(jìn)過(guò)程中推動(dòng)學(xué)科發(fā)展的內(nèi)在力量[7]。

2）將控制箱停電，檢查執(zhí)行器的連接軸及連接電纜、控制指令、反饋部件等沒(méi)有找到問(wèn)題，控制箱停電、送電幾次后，操作執(zhí)行器動(dòng)作正常。

3）調(diào)整REXA執(zhí)行器全關(guān)位參數(shù)PL，使控制器顯示窗P LOW消失。REXA執(zhí)行器投入運(yùn)行正常。

4）判斷REXA Xpac 2控制器軟故障，將控制箱整體返廠，更換新控制箱。更換新控制箱后，運(yùn)行幾年均正常。

2.3 REXA執(zhí)行器漏油、拒動(dòng)

REXA執(zhí)行器是集成式自帶油源的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，油箱安裝在執(zhí)行器的右后側(cè)，通過(guò)端蓋上伸出的直徑為1/2英寸的指示器來(lái)識(shí)別油箱的油位[1]。4臺(tái)機(jī)組高旁減壓閥、低旁減壓閥普遍出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)滲油現(xiàn)象，執(zhí)行器上指示油標(biāo)凹入，漏油嚴(yán)重時(shí)執(zhí)行器無(wú)法操作。

2.3.1 原因分析

REXA執(zhí)行器漏油有溢流閥溢流，結(jié)合面密封松動(dòng)，密封件老化等原因。

在液壓動(dòng)力單元的上方，有一個(gè)溢流閥限制油箱中的壓力不超過(guò)50psi。當(dāng)回油溢流閥在上位時(shí)，多余的油液和空氣將從該溢流閥溢出[1]。

隨著執(zhí)行器運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，閥門(mén)及執(zhí)行器所處的環(huán)境溫度較高，閥門(mén)閥體的保溫不佳，測(cè)閥體的溫度有時(shí)高達(dá)150℃以上，熱傳導(dǎo)和熱輻射致使電液執(zhí)行器常期高溫，導(dǎo)致執(zhí)行器密封件老化情況比較普遍。

2.3.2 應(yīng)對(duì)措施

油泄漏的位置和大小決定執(zhí)行器操作的狀況：正常工作、無(wú)規(guī)律工作、不能工作。

1）熱滲漏。當(dāng)油箱充滿油液或者執(zhí)行器長(zhǎng)期暴露在溫度不斷增加的環(huán)境中時(shí)，回油溢流閥將有滲油現(xiàn)象發(fā)生，這種滲漏很正常，但一旦溫度穩(wěn)定以后滲漏應(yīng)立即停止。為防止溢流閥滲漏，冷態(tài)時(shí)加油不要加得太滿。熱態(tài)運(yùn)行時(shí)如油標(biāo)指示器伸出超過(guò)最大標(biāo)記線，可以打開(kāi)朝下的溢流閥，適當(dāng)釋放一部分油。如果溫度穩(wěn)定后，回油溢流閥仍然持續(xù)滲漏并且執(zhí)行器沒(méi)有移動(dòng)，應(yīng)檢查溢流閥中的密封件和O型圈[2]。

2）定期緊固結(jié)合面固定螺絲，避免因螺絲松動(dòng)導(dǎo)致密封不嚴(yán)。

3）密封件輕微漏油無(wú)法消除，當(dāng)油標(biāo)指示器伸出部分小于1/4英寸時(shí)，為不影響執(zhí)行器動(dòng)作，可在電液動(dòng)力模塊的注油口加入美孚5W-50機(jī)油，油標(biāo)指示器大約伸出3/4英寸即可，加油后執(zhí)行器應(yīng)可以操作。

4）密封件老化漏油比較厲害來(lái)不及解體更換密封件時(shí)，注油仍不能正常操作的，可以把電液動(dòng)力模塊的手柄取下，用手持電動(dòng)鉆式驅(qū)動(dòng)器（REXA廠家配置）驅(qū)動(dòng)手柄的連接軸，帶動(dòng)門(mén)動(dòng)作。

5）根據(jù)泄漏的部位：結(jié)合面、油缸襯套處、活塞密封處，停機(jī)時(shí)及時(shí)更換執(zhí)行器泄漏部位的密封件。

執(zhí)行器漏油不僅影響執(zhí)行器的操作，同時(shí)也是生產(chǎn)中的安全隱患，運(yùn)行中旁路減壓閥閥體溫度高，滲漏的油流至閥體上，極易發(fā)生火災(zāi)事故[3]。

為解決旁路減壓閥漏油這個(gè)故障和安全隱患，應(yīng)該改善旁路減壓閥的運(yùn)行環(huán)境，降低執(zhí)行器的溫度，在旁路減壓閥閥體保溫上進(jìn)行保溫改進(jìn)。#3機(jī)低旁減壓閥在機(jī)組運(yùn)行中執(zhí)行器溫度經(jīng)常高于150℃，密封件老化厲害。因此，利用大修期間執(zhí)行器返廠檢修的機(jī)會(huì)進(jìn)行了隔熱二次改造，以提高執(zhí)行器運(yùn)行的可靠性。改造的核心出發(fā)點(diǎn)是降低閥門(mén)對(duì)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的熱傳導(dǎo)和熱輻射，從而降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作環(huán)境溫度（見(jiàn)圖2）。改造方案如下：

圖2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)二次改造示意圖Fig.2 Schematic diagram of secondary transformation of actuator

1）降低閥門(mén)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的連接支架對(duì)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的熱傳導(dǎo)。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門(mén)連接支架間增加一個(gè)厚度為5mm～10mm的隔熱板，避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥門(mén)連接支架大面積金屬接觸。該隔熱板能有20℃～50℃的溫度下降梯度。

2）降低閥門(mén)對(duì)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的熱輻射。為了進(jìn)一步降低閥門(mén)對(duì)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的熱輻射，在連接夾板（哈夫套）靠近閥門(mén)端增加一個(gè)不銹鋼薄圓盤(pán)（通過(guò)螺釘固定到夾板上），延緩閥門(mén)端高溫對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的熱輻射。

從隔熱二次改造結(jié)果看，執(zhí)行器處的表面溫度略有下降。降低執(zhí)行器運(yùn)行溫度，首要是做好閥體的保溫。

因旁路減壓閥運(yùn)行時(shí)閥體溫度高，執(zhí)行器密封件老化比較快，定期更換密封件非常有必要。這幾年旁路減壓閥執(zhí)行器在機(jī)組大修中返廠檢修，更換全套密封件，執(zhí)行器漏油情況得到改善，極大提高了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性。

2.4 REXA控制箱內(nèi)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器損壞

高旁減壓閥、低旁減壓閥控制箱均配置2臺(tái)科爾摩根驅(qū)動(dòng)器，執(zhí)行器L8000-6-2D-P配置2套D型電液動(dòng)力模塊，1臺(tái)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器對(duì)應(yīng)1套D型電液動(dòng)力模塊。正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)工作，驅(qū)動(dòng)2套電液動(dòng)力模件中的馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)行幾年后，4臺(tái)機(jī)8個(gè)旁路減壓閥的控制箱除#2機(jī)改造時(shí)間不長(zhǎng)外，其他機(jī)組旁路減壓閥控制箱都只剩1臺(tái)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器正常運(yùn)行，故障的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器顯示窗口黑屏或顯示F1。操作時(shí)，對(duì)應(yīng)電液動(dòng)力模塊的馬達(dá)不動(dòng)作?？刂葡淇刂破黠@示窗口交替顯示執(zhí)行器位置反饋值和“E-df”，“E-df”指示驅(qū)動(dòng)器故障，執(zhí)行器按單動(dòng)力組件方式運(yùn)行，行進(jìn)速度減半。

2.4.1 原因分析

REXA執(zhí)行器出現(xiàn)漏油的初期沒(méi)有引起重視，旁路減壓閥運(yùn)行中指令全關(guān)位，因力矩不夠無(wú)法到達(dá)全關(guān)位或執(zhí)行器發(fā)生“漂移”時(shí)，執(zhí)行器油缸桿向所加負(fù)載方向緩慢運(yùn)動(dòng)的開(kāi)度偏差，超過(guò)所設(shè)定的死區(qū)時(shí)控制器會(huì)不斷去修正，使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，又因泄漏，油壓低驅(qū)動(dòng)力不足，馬達(dá)轉(zhuǎn)不動(dòng)，使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器過(guò)負(fù)荷。長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷，導(dǎo)致馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器損壞。

2.4.2 應(yīng)對(duì)措施

加強(qiáng)日常巡檢，發(fā)現(xiàn)油標(biāo)伸出部分小于1/4英寸時(shí)，及時(shí)處理泄漏和注油。定期檢查執(zhí)行器無(wú)操作時(shí)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的聲音，如驅(qū)動(dòng)馬達(dá)發(fā)出聲音或聲音異常，可適當(dāng)調(diào)整閥門(mén)全關(guān)位的PL值，減小指令與反饋的偏差，或調(diào)整控制死區(qū)。在閥門(mén)移動(dòng)到全關(guān)位時(shí)，驅(qū)動(dòng)力要求大，馬達(dá)出力達(dá)到最大，如PL值調(diào)整不合適，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器一直高負(fù)荷運(yùn)行，最容易受到損壞。閥門(mén)檢修后調(diào)整閥門(mén)行程，確定PL值時(shí)，操作閥門(mén)關(guān)閉，在PL值變化非常小且馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的聲音開(kāi)始有異常變化時(shí)，應(yīng)停止操作。這時(shí)應(yīng)略回操作執(zhí)行器，確定PL值。

3 加強(qiáng)REXA Xpac執(zhí)行器的巡檢、維護(hù)

REXA執(zhí)行器的故障隱患，如控制箱溫度過(guò)高、執(zhí)行機(jī)構(gòu)漏油、缺油、連接部件松動(dòng)、驅(qū)動(dòng)器故障、杠桿軸套磨損老化等，通過(guò)日常巡檢及時(shí)發(fā)現(xiàn)并妥善處理，可以預(yù)防事故發(fā)生。因而要加強(qiáng)對(duì)REXA執(zhí)行器的日常巡檢，巡檢時(shí)查看執(zhí)行器、控制器的運(yùn)行狀態(tài)及溫度是否偏高，執(zhí)行器油標(biāo)指示的油位情況，執(zhí)行器漏油情況，執(zhí)行器與閥門(mén)的連接部位有無(wú)松動(dòng)，DCS系統(tǒng)執(zhí)行器控制指令和反饋的數(shù)據(jù)曲線有無(wú)異常，聽(tīng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器和馬達(dá)有無(wú)異常的聲音等，將缺陷、故障發(fā)現(xiàn)在萌芽狀態(tài)，對(duì)設(shè)備異常提高警惕性，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題盡快解決處理。做到控制器環(huán)境溫度合適（無(wú)高溫和結(jié)露），驅(qū)動(dòng)器工作正常，油位合適，密封緊固無(wú)滲漏，連接件緊固，確保執(zhí)行器安全可靠運(yùn)行。

加強(qiáng)日常維護(hù)的同時(shí)，定期檢修工作要做到位：執(zhí)行器定期返廠檢修，執(zhí)行器密封件定期更換，執(zhí)行器各連接部件定期緊固等。

建立執(zhí)行器基礎(chǔ)臺(tái)賬，記錄部件的規(guī)格、型號(hào)，檢查、更換時(shí)間及執(zhí)行器故障的分析、處理過(guò)程及預(yù)防措施。故障產(chǎn)生并不意味著事故產(chǎn)生，做好故障的防范才能夠避免事故的發(fā)生。所以必須做好檢查維護(hù)方面的工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，對(duì)故障進(jìn)行控制和排除并做好事故預(yù)防措施，避免事故發(fā)生[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

REXA Xpac執(zhí)行器在小機(jī)低壓調(diào)門(mén)和旁路改造后幾年里有效地提高了設(shè)備的可靠性，也較大程度地降低了檢修人員的維護(hù)強(qiáng)度，但由于閥門(mén)及執(zhí)行器所處的環(huán)境溫度較高等不利因素的影響，REXA集成式電液執(zhí)行器在使用過(guò)程中仍存在一定問(wèn)題，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。不僅要重視執(zhí)行器的維護(hù)和檢修，更要加強(qiáng)執(zhí)行器故障的防控，把好設(shè)備選型關(guān)，評(píng)估執(zhí)行器各部件的運(yùn)行壽命以便定期更換，改善執(zhí)行器的運(yùn)行環(huán)境。做好執(zhí)行器的安全隱患排查，制定執(zhí)行器故障可能導(dǎo)致事故的反事故措施。對(duì)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行積極采取合理的措施及對(duì)策，將對(duì)電廠整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保證。