摘要：随着工业自动化水平不断提高，火力发电厂中电动执行机构也向数字化和智能化的方向不断发展。本文对电动执行机构的工作原理作简要介绍，并研究了电动执行机构的选型，对其在电厂应用中常见的故障和维护进行了探讨。
关键词：执行机构；电动执行机构；选型
1.执行机构的定义
执行机构是火力发电厂自动调节系统的执行环节，它接收控制系统或人工给定的信号，通过功率放大，将信号转换为输出轴相应的转角或位移，推动各种控制机构，如阀门、挡板，从而实现系统对过程参数的控制[1]。
2.电动执行机构的工作原理
电动执行机构是工业自动控制系统的重要终端控制元件，主要由以下几部分组成：电机、减速器、位置发送器、电动操作器和伺服放大器。其工作原理如图1所示。
图1 电动执行机构原理图
来自控制系统的输入信号Ii（4-20mA）作为伺服放大器的输入，与阀门的位置反馈信号If进行比较，当两者差值不等于零时，其差值经伺服放大器放大后，控制伺服电机动作，再经减速器使输出轴产生位移；同时，输出轴位置信号反馈到伺服放大器，直到伺服放大器两个输入信号差值为零，从而实现对阀门位置的控制。
3.电动执行机构的选型
要想执行机构在使用中有稳定的表现，必须选择合适的执行机构。下面就着重研究下电动执行机构的选型问题：
（1）应具有使阀门可靠工作的转矩
电动执行机构的最大输出转矩应与配用阀门所需的最大操作转矩相适应，这样才能保证阀门操作可靠。在满足阀门操作需要和阀门零件强度允许的前提下，阀门所配用的电动执行机构，其最大输出转矩选用正常运行条件下阀门所需最大操作转矩的1.5倍左右为宜。
（2）应保证开阀和关阀具有不同的操作转矩
对于绝大多数阀门来说，阀门关严后再次开启时所需的操作转矩比关严阀门所需转矩要大，一般情况要大50%以上。考虑到电站工作介质多为高温高压，环境温度较高，操作间隔时间较长，因此阀门的开启和关闭转矩将会发生较大变化。为保证阀门可靠工作，电动执行机构的开阀与关阀都应能连续可调，并要求开阀转矩大于关阀转矩的1.5-3倍以上。
（3）应具有合适的操作速度
阀门的快速动作对于保证设备的安全有很重要意义，但阀门速度提高后，阀门的开启关闭的时间过短，会在管道产生水击，不利安全运行。此外，速度提高后，电机功率增加，体积必然增大，因此电动阀门的操作速度应当选择适当。
（4）其他选型原则
因根据需求选择合适类型的电动执行机构，比如，确定是使用开关型还是调节型，角行程还是直行程，有位置反馈的还是无位置反馈的等。应选择适应工作环境的电动执行机构，如湿度大可选择抗腐蚀，油罐区可选择防爆型等。
4.电动执行机构在电厂中常见故障与维护
4.1 电动执行机构常见故障
虽然电动执行机构的制造工艺、控制方式等都非常先进，当由于电动执行机构频繁动作，会出现控制元件老化等故障。以下是电动执行机构常见故障及处理办法[7]：
1）调试阶段
调试阶段属于磨合期，新电动执行机构的故障较多，原因也是多方面的，如选型、设计、制造、运输、安装及管理等。常见的故障有泄漏、速度难以维持稳定，传动机构卡涩或动作失灵等。
2）生产运行阶段
电动执行机构进入正常生产阶段后，出现的故障主要包括：密封件漏油，同时粘附在管壁、孔壁上的毛刺、粘沙、杂质和涂层脱落导致某些元件工作出现异常。对于这些问题，除了要加强对设备的定期巡检发现缺陷，并要及时向生产厂家反映。
3）运行后期
电动执行机构长期运行后，设备整体性能出现下降，各类组件出现一定程度磨损，这个阶段的故障特征是：电机线圈老化造成绝缘降低，运行不稳；定位器精度下降；减速器的传动磨损导致电动机构无法调节等等，这些问题会导致电动执行机构效率显著降低、故障率逐渐增加。对于这些问题，应定期检查和维护，更换磨损或问题原件，及时发现和消除隐患。
4）其他故障
电动执行机构由于长期使用会出现密封性能变差，雨水及灰尘进入接线盒常，造成电机短路或控制开关损坏；力矩保护开关也会在长期运行后逐渐失去作用，出现卡涩，导致电机力矩增加，容易损坏电机等。
4.2 执行机构的维护
电动执行机构的维护应根据其不同使用时期，针对性的采取不同的重点维护措施，主要需注意以下几点：
1）加强润滑油的清洁度管理
电动执行机构使用的润滑油随着油温的变化，其粘度也会发生变化。粘度过低，会导致涡轮蜗杆及齿轮等传动部件磨损增加，使传动精度降低；粘度过高，润滑效果降低，容易发生油品变质。润滑油的清洁度会受到传动部件的磨损、老化造成杂质、涂层的脱落，锈蚀等方面的影响。
2）改善电动执行机构的工作环境
电动执行机构的可靠性和寿命与它的工作环境有着直接的关系。通过改善其工作环境，或在恶劣的环境中采取一定防护措施，能够有效提高其可靠性，延长其使用寿命。
3）加强故障初期的维护
在电动执行机构的所有故障中，初期故障的占比较高。初期故障主要是由于设计、制造、安装上的误差而导致的，这些故障很难被发现，解决也需要时间。因此，要特别加强初期故障的维护和管理，提前做好同批次电动执行机构故障的预防。
4）提高维护人员的专业知识
维护人员所掌握的专业知识直接影响设备的维护管理。聘用经验丰富的维护人员有助于现场电动执行机构的良好运行和维护。
5）定期检查以防偶发故障
电动执行机构的偶发故障一般较难预测。为有效预防偶发故障的发生，要进行定期检查和保养，及时发现运行中的事故隐患。
结束语
本文简要介绍了火力发电厂中应用最广泛的电动执行机构的原理和分类，并对电动执行机构的选型进行了深入分析，最后就电动执行机构在电厂中常见的故障问题给出了解决办法。
参考文献：
[1] 能源部西安热工研究所，热工技术手册第五册热工仪表和自动化.1992.
论文作者:韩亮
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/22
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