給煤機變頻改造后故障分析及改進措施

林智謀

（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司 天津）

某發(fā)電廠2×600 MW機組采用STOCK EG2490稱重式給煤機，每臺鍋爐配備6臺給煤機，基建投產(chǎn)時為滑差電機控制方式，經(jīng)過十幾年連續(xù)運行，滑差調(diào)速控制單元、控制板件及滑差電機因老化經(jīng)常出現(xiàn)故障，相應(yīng)備品備件均需從國外訂購，因?qū)儆趽Q代產(chǎn)品，價格昂貴且不易采購，設(shè)備維護困難，影響了給煤機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；在2013年結(jié)合機組大修對所屬的6臺給煤機進行了變頻技術(shù)改造。但改造后存在給煤機無法帶載啟動及運行中頻繁掉閘的問題，成為困擾機組穩(wěn)定運行的技術(shù)難題。專業(yè)技術(shù)人員通過對給煤機設(shè)備系統(tǒng)的特性、結(jié)構(gòu)、原理、參數(shù)及各類故障現(xiàn)象進行診斷、分析和處理，最終徹底解決了給煤機變頻改造遺留的問題。

一、給煤機變頻控制改造概述

給煤機的作用就是根據(jù)鍋爐負荷的變化，調(diào)節(jié)給煤量，把原煤均勻地送入磨煤機。本次給煤機變頻改造范圍包括電機、變頻器、測速裝置及控制器等4個部分。改造后控制原理為：通過稱重傳感器測量單位皮帶上煤的重量，同時通過測速探頭測量并換算出皮帶的轉(zhuǎn)動速度，二者的積分得出實際給煤量。經(jīng)過與要求的給煤量進行比較，然后調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，使給煤量符合指定值，滿足機組負荷的需要。

1.電機改造

將原給煤機電機及滑差電機拆除，更換成三相異步變頻電機（均為立式安裝，最初變頻器電機容量為2.2 kW，后將變頻電機的容量提高到3 kW）；對應(yīng)增加了測速單元（在變頻電機與減速箱之間增加了帶有測速齒輪的短軸，測速探頭安裝在電機底座與減速機支座之間增加的過渡連接座上。相關(guān)參數(shù)見表1、表2，改造前給煤機工頻電機和滑差電機見圖1，改造后變頻電機及測速裝置見圖2。

表1 給煤機參數(shù)

表2 改造前后電氣設(shè)備參數(shù)

2.變頻器改造

拆除了滑差控制電機以后，安裝了變頻器調(diào)速控制裝置（最初變頻器型號為ABB公司生產(chǎn)的 ACS510-01，容量為3 kW）。應(yīng)用助手型控制盤，中文顯示；利用降低諧波的專利技術(shù)，無傳感器矢量控制。具有兩路模擬量輸出，用作變頻電機轉(zhuǎn)速（或頻率）及電流的實時監(jiān)測，同時方便故障分析；起到了節(jié)能和減少維護工作量的效果。

3.控制系統(tǒng)部分改造

圖1 改造前給煤機工頻電機和滑差電機

圖2 改造后變頻電機及測速裝置

將原來的196控制系統(tǒng)升級為stock公司最新的控制系統(tǒng)Disocont Tersus（簡稱DT-9），該控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作方便，使用靈活，人機界面信息量大、更智能化。DT-9用于接收DCS指令并反饋信號，給變頻器下達啟動、停止及速度調(diào)節(jié)指令信號，并實現(xiàn)依據(jù)機組負荷的變化自動調(diào)整變頻器頻率，以達到機組負荷所需要的用煤量?？刂葡到y(tǒng)改造后，給煤機控制精度提高，操作面板為中文觸摸屏操作，簡單易懂。報警記錄增多，可調(diào)取大量操作及報警信息。

二、給煤機變頻改造后出現(xiàn)的問題及分析

1.啟動困難（無法帶載啟動）

（1）原因分析。改造前給煤機能夠根據(jù)負荷要求隨時帶載啟動，改造后存在無法帶載啟動現(xiàn)象?，F(xiàn)象為給煤機的低速保護動作掉閘，變頻器過流保護未動作；現(xiàn)場臨時采取了手動盤車消除板結(jié)煤塊產(chǎn)生的阻力后，再啟動給煤機運行的臨時措施。初步分析為變頻電機及變頻器在啟動時輸出力矩不足。

經(jīng)咨詢變頻器廠家技術(shù)人員得知，ACS510-01系列的變頻器專門為風(fēng)機、水泵類型的負載設(shè)計的，不適用于皮帶物料型負載，從變頻器的輸出特性曲線可知，ACS510-01系列變頻器輸出的啟動力矩明顯偏小，約為恒轉(zhuǎn)矩變頻器輸出啟動力矩的1/4，因而難以實現(xiàn)帶載啟動。所以，造成了給煤機電機無法實現(xiàn)帶載啟動；給煤機可以選用ACS800系列或550系列的恒轉(zhuǎn)矩變頻器。

（2）改進措施。①將給煤機啟動方式由帶載啟動改為空載啟動：停止給煤機運行前，先關(guān)閉落煤斗與給煤機之間的煤閘板，待走空給煤機內(nèi)部的積煤后，再停用給煤機；下次先啟動給煤機（同時由DCS發(fā)出給煤信號），待給煤機運轉(zhuǎn)正常后，再打開煤閘板，且給煤量由小到大增加，即可實現(xiàn)空載啟動。②優(yōu)化調(diào)整ACS510-01型變頻器參數(shù)，在啟動時加入補償電壓，并將允許磁通最優(yōu)化開啟，以提高變頻器啟動時的輸出轉(zhuǎn)矩。③將改造最初配置的容量為2.2 kW的變頻電機更換為3 kW的變頻電機。④將容量為3 kW的ACS510-01型變頻器更換恒轉(zhuǎn)矩輸出，容量為4 kW的ACS550變頻器。

（3）改進效果。①在采用了空載啟動方式后（未更換恒轉(zhuǎn)矩變頻器以前），不需手動盤車，給煤機實現(xiàn)了正常啟動。②在變頻電動機更換為3 kW，變頻器由變轉(zhuǎn)矩的ACS510更換為恒轉(zhuǎn)矩的ACS550型（容量為4 kW）后，提高了變頻器的啟動輸出力矩，給煤機實現(xiàn)了正常的帶載啟動。

2.給煤機變頻運行期間常因低速、失速保護動作而頻繁掉閘的分析

改造前滑差電機輸出轉(zhuǎn)矩較大且恒定，一般情況下給煤機均可穩(wěn)定運行；只有在給煤機皮帶內(nèi)卡有較大煤塊時，方可導(dǎo)致給煤機電機過流保護動作后跳閘。

給煤機變頻改造后頻繁出現(xiàn)給煤機低速保護（14 r/min，3 s發(fā)掉變頻器指令）或失速保護（0 r/min，延時10 s發(fā)掉變頻器指令）跳閘故障，導(dǎo)致磨煤機停用，給機組的安全穩(wěn)定運行帶來隱患，在增大給煤機電機容量及變頻器型號后頻繁掉閘情況亦未明顯好轉(zhuǎn)。

（1）原因分析。①給煤機變頻器（ACS550）功率為4 kW（過載能力為1.5倍），給煤機電機功率3 kW，大于原滑差電機功率1.9 kW；給煤機變頻電機輸出轉(zhuǎn)矩為20.2 N·m，大于原滑差電機輸出轉(zhuǎn)矩14.5 kW；比較改造前后功率與轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)后，可確定現(xiàn)配置的變頻器及電機出力已超過原滑差電機的出力，可排除變頻器和變頻電機額定出力不足引起的掉閘；通過核對變頻器參數(shù)設(shè)置，也排除了因變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致的輸出力矩不足。②在機組運行期間，每臺給煤機供煤量一般在30～70 t/h，對應(yīng)的給煤機控制面板發(fā)給變頻器的頻率指令為11～18 Hz左右，依據(jù)變頻電機的頻率—轉(zhuǎn)矩曲線可知，在10～20 Hz范圍運行時，給煤機變頻電機對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩為4.04～8.08 N·m。當(dāng)給煤機煤質(zhì)發(fā)生變化而阻力增加到大于變頻電機運行中的輸出轉(zhuǎn)矩后，因頻率指令沒有增加，變頻電機輸出轉(zhuǎn)矩也沒有相應(yīng)的變化，從而導(dǎo)致了電機轉(zhuǎn)速降低，直至低速或失速保護動作掉閘。所以，應(yīng)提高變頻電機的運行頻率，來增加變頻電機的輸出轉(zhuǎn)矩。

若用單獨提高變頻器的運行頻率來增加變頻電機的輸出轉(zhuǎn)矩，將導(dǎo)致給煤機皮帶運轉(zhuǎn)速度成倍增加，超過給煤機額定出力，這一措施顯然不能采用。通過提高給煤機減速機轉(zhuǎn)速比的方法，既可起到提高給煤機電動機運行頻率（輸出轉(zhuǎn)矩）的作用，也可保證給煤機在正常工況下運行。③給煤機低速保護（14 r/min延時3 s）和失速保護動作時間（0 r/min延時10 s）早于變頻器輸出轉(zhuǎn)矩增加到額定轉(zhuǎn)矩的時間（60 s），過早地停用了變頻器而限制了變頻電機的出力。④測速圓盤、測速探頭的松動、脫落和間隙變化會造成速度信號不準(zhǔn)確，導(dǎo)致給煤量的不穩(wěn)定或掉閘。

（2）改進措施。①取消給煤機低速掉閘保護，改為報警。②取消給煤機失速掉閘保護，改為報警。③更換給煤機減速機（轉(zhuǎn)速比由1/100改造為1/70），以提高給煤機變頻電機的運行頻率，從而提高變頻電機的輸出轉(zhuǎn)矩。④改進測速方式及測點位置。

（3）改進效果。①取消了給煤機低速、失速掉閘保護后，給煤機變頻器有了足夠的時間用于增大輸出轉(zhuǎn)矩，使給煤機運行中掉閘的次數(shù)大幅降低；若給煤機存在機械犯卡故障，則由給煤機變頻器過流保護動作跳閘。②更換了給煤機減速機后，提高了變頻電機運行頻率，使變頻電機運行在30 Hz左右，輸出轉(zhuǎn)矩提高到12.12 N·m，克服了運行中的阻力變化情況（卡大塊和機械故障除外），使給煤機、磨煤機系統(tǒng)得以穩(wěn)定運行。③改變了測試裝置的位置后（轉(zhuǎn)速測點安裝在電機后側(cè)軸端），提高了測速裝置運行的可靠性。

三、結(jié)語

（1）給煤機變頻改造時，因相關(guān)專業(yè)知識的限制，未考慮到改造設(shè)備的固有特性和匹配問題，未考慮到減速機轉(zhuǎn)速比、低速、失速掉閘保護對變頻電機出力及運行的影響，因而產(chǎn)生了一系列的遺留問題。通過專業(yè)技術(shù)人員的不斷分析、研究和改進，最終徹底解決了問題，使這次技術(shù)改造工程得以圓滿完成，使得改造后的給煤機設(shè)備穩(wěn)定運行；這些改進措施也可以推廣到同類型的給煤機變頻改造工程。

（2）技術(shù)改造工程必須由有相關(guān)專業(yè)設(shè)計資質(zhì)的人員依據(jù)現(xiàn)場實際情況、設(shè)備及系統(tǒng)的特性、原理進行設(shè)計，必須由機務(wù)、電氣和熱控專業(yè)技術(shù)人員共同會診，對設(shè)計及技術(shù)方案進行嚴(yán)格的技術(shù)論證和把關(guān)。

（3）對于多臺同類型生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)改造工程，可以先改造一臺，待取得成功經(jīng)驗后，再改造其余設(shè)備。這樣，既可避免影響生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運行，又可節(jié)省很多不必要的多次訂購、更換設(shè)備和繁瑣的后續(xù)完善工作。