苗鎮(zhèn)發(fā)

（青島港國(guó)際股份有限公司前港分公司，山東青島 266500）

0 引言

沿海港口的現(xiàn)代化干散貨碼頭，單套設(shè)計(jì)吞吐量都在千萬噸級(jí)以上，為提高裝卸效率，采用專業(yè)化流程設(shè)備進(jìn)行煤炭、礦石的裝卸作業(yè)。流程化設(shè)備主要包括卸船機(jī)、皮帶機(jī)、堆取料機(jī)、裝車機(jī)、裝車樓等，單條流程作業(yè)線裝卸效率通常在每小時(shí)5 千噸左右，能力高的單條流程線裝卸效率可達(dá)每小時(shí)1 萬噸以上。流程化作業(yè)方式具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣的特點(diǎn)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備出現(xiàn)故障，都會(huì)使整條流程線的裝卸作業(yè)中斷。在流程設(shè)備故障中電氣故障占了較大比重，因此，降低流程設(shè)備故障率，尤其是降低流程設(shè)備電氣故障率，對(duì)于保障干散貨裝卸流程的正常運(yùn)行，提高裝卸效率和碼頭吞吐量，具有重要意義。

1 總體方案

提高流程設(shè)備中控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，主要包括PLC 柜進(jìn)線電源采取抗雜波干擾措施，提高電源質(zhì)量；中控系統(tǒng)安裝防浪涌裝置，采取技術(shù)措施，防止現(xiàn)場(chǎng)單條皮帶機(jī)線路故障影響中控系統(tǒng)正常運(yùn)行；提高皮帶機(jī)安全保護(hù)裝置可靠性；加強(qiáng)皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)管理；提高裝船機(jī)、堆取料機(jī)與皮帶流程連鎖信號(hào)的穩(wěn)定性；增強(qiáng)皮帶機(jī)高壓電機(jī)柜和低壓制動(dòng)器柜一次回路和二次回路設(shè)備的可靠性。

2 改造方案

2.1 提高中控控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性

中控室是整個(gè)碼頭的控制中心，控制碼頭所有皮帶機(jī)及其附屬設(shè)備，與裝船機(jī)、堆取料機(jī)、裝車機(jī)、翻車機(jī)PLC 保持聯(lián)鎖控制。通過長(zhǎng)期跟蹤研究，發(fā)現(xiàn)控制電源的供電質(zhì)量，直接影響PLC 控制設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。供電電源電壓的瞬間大幅度波動(dòng)，極易使流程設(shè)備瞬間無故障停機(jī)，進(jìn)而造成設(shè)備帶載啟動(dòng)困難。在PLC 控制柜供電電源進(jìn)線端加裝帶屏蔽接地層的隔離變壓器，安裝在線式UPS（不間斷電源），抑制高頻雜波傳入控制回路。因?yàn)閷?duì)負(fù)載的供電是由UPS 的逆變器提供，從根本上消除了來自市電網(wǎng)絡(luò)的電壓波動(dòng)和干擾對(duì)負(fù)載工作的影響，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的無干擾穩(wěn)壓供電。當(dāng)市電電壓變化范圍為180～250 V 時(shí)，UPS電源輸出的電壓可穩(wěn)定在220 V±3%范圍內(nèi)，解決了供電電網(wǎng)電壓瞬間大幅度波動(dòng)，造成PLC 輸出瞬間關(guān)斷，皮帶瞬間全線停機(jī)和帶載啟動(dòng)困難的問題。另外，UPS 電源可靠接地，也能防止零地電壓影響UPS 工作的穩(wěn)定性。

2.2 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)加裝浪涌吸收設(shè)備

良好的接地是PLC 可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的過電壓沖擊。為防止其他設(shè)備的干擾，PLC 需要獨(dú)立的接地線，接地點(diǎn)應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開。前港煤碼頭在投產(chǎn)后不久的一次劇烈雷暴天氣后，皮帶流程無法啟動(dòng)，排查后發(fā)現(xiàn)整個(gè)碼頭與裝船機(jī)PLC 連接的通信網(wǎng)絡(luò)上，包括裝船機(jī)PLC、中控PLC、堆取料機(jī)PLC 在內(nèi)的通信模塊全部損壞，損壞的模塊經(jīng)過生產(chǎn)廠家分析鑒定，確認(rèn)是雷電感應(yīng)造成PLC 通信線路產(chǎn)生了尖峰脈沖電壓，PLC 的DH+通信網(wǎng)絡(luò)沒有設(shè)計(jì)浪涌吸收器，PLC 機(jī)柜接地電阻值偏高，裝船機(jī)PLC 通信線路上產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖電壓不能及時(shí)對(duì)地釋放，造成煤碼頭PLC 網(wǎng)絡(luò)通信模塊大面積損壞。查明故障原因后，在DH+通信網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)PLC 通信模塊通信接口前端安裝浪涌吸收器，用4 mm2銅導(dǎo)線將浪涌吸收器接地端子與PLC 機(jī)柜接地點(diǎn)連接，同時(shí)改造中控室PLC機(jī)柜室外接地裝置，增加接地鋼樁的數(shù)量和深度，將接地電阻值從10 Ω 降低到1 Ω 以內(nèi)，當(dāng)通信線路因外界干擾產(chǎn)生尖峰脈沖時(shí)，浪涌吸收器將通信線路與接地端的高阻抗瞬間變?yōu)榈妥杩梗瑢?duì)地釋放尖峰脈沖電壓，可有效保護(hù)PLC 通信模塊。改造后，煤碼頭再?zèng)]有出現(xiàn)過雷電感應(yīng)造成PLC 模塊損壞的現(xiàn)象。

2.3 增加接地短路保護(hù)裝置

現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)保護(hù)開關(guān)的直流信號(hào)電源和堵料開關(guān)、打滑開關(guān)的工作電源都由中控PLC 柜或遠(yuǎn)程站柜提供，由于皮帶機(jī)工作環(huán)境惡劣，粉塵、潮氣的侵蝕，很容易使保護(hù)開關(guān)線路絕緣降低，發(fā)生接地短路故障。前港煤碼頭投產(chǎn)初期，因皮帶機(jī)預(yù)警電鈴和保護(hù)開關(guān)線路接地故障，頻繁造成皮帶機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行過程中，整個(gè)PLC 控制系統(tǒng)直流110 V 電源電壓瞬間劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致皮帶流程無法正常啟動(dòng)運(yùn)行，要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能排查出具體故障點(diǎn)，給碼頭裝卸生產(chǎn)造成較大影響。在中控PLC 控制柜輸送到每一條皮帶機(jī)保護(hù)開關(guān)的直流控制電源和交流工作電源出線上安裝斷路器或熔斷器，在單條皮帶機(jī)線路出現(xiàn)接地短路故障時(shí)，及時(shí)自動(dòng)切斷電源，將皮帶機(jī)保護(hù)開關(guān)的接地短路故障控制在單條皮帶機(jī)的范圍內(nèi)，縮短了故障排查時(shí)間，確保裝卸流程的正常運(yùn)行。

2.4 提高皮帶機(jī)安全保護(hù)開關(guān)可靠性

皮帶機(jī)安全保護(hù)開關(guān)種類主要包括：拉線急停開關(guān)、跑偏開關(guān)、打滑開關(guān)、張緊開關(guān)、堵料開關(guān)、防撕裂開關(guān)、制動(dòng)器松閘限位等，其中拉線急停開關(guān)、跑偏開關(guān)、防撕裂開關(guān)采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式，沿皮帶機(jī)兩側(cè)均勻布置，其中任何一個(gè)開關(guān)出現(xiàn)故障或誤動(dòng)作，都會(huì)導(dǎo)致皮帶流程故障停機(jī)。提高皮帶機(jī)安全保護(hù)開關(guān)的可靠性，首先做好保護(hù)開關(guān)的密封，經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)，采用1587 密封膠對(duì)保護(hù)開關(guān)進(jìn)線口和結(jié)合面進(jìn)行密封處理，能夠有效防止粉塵、潮氣對(duì)保護(hù)開關(guān)內(nèi)部侵蝕，確保開關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)及接線的絕緣良好，防止開關(guān)拒動(dòng)或誤動(dòng)。對(duì)同一條皮帶機(jī)的多個(gè)防撕裂開關(guān)串并連線路進(jìn)行改造，將露天接頭改造成每個(gè)開關(guān)單獨(dú)一根電纜出線，所有開關(guān)的出線電纜進(jìn)入不銹鋼接線箱，通過箱內(nèi)接線端子排進(jìn)行串并聯(lián)，解決了露天接頭老化進(jìn)水造成絕緣降低的問題。電氣主管按計(jì)劃定期對(duì)保護(hù)開關(guān)進(jìn)行開蓋檢查，可提前發(fā)現(xiàn)處理保護(hù)開關(guān)存在的各種隱患，確保皮帶機(jī)安全保護(hù)裝置的可靠性。加強(qiáng)對(duì)防撕裂開關(guān)和堵料開關(guān)的檢查調(diào)整，確保防撕裂開關(guān)靈敏性和可靠性，在皮帶機(jī)轉(zhuǎn)載漏斗堵料開關(guān)附近設(shè)計(jì)電源監(jiān)視裝置，堵料開關(guān)工作電源失電時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，在中控操作站顯示故障代碼，防止工作電源失電造成堵料開關(guān)失效。

2.5 皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的檢查和維護(hù)保養(yǎng)

港口干散貨碼頭輸送皮帶一般采用電壓等級(jí)6 kV 或10 kV的高壓鼠籠式三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行工況惡劣，故障率較高，需要電氣主管定期巡視檢查電機(jī)運(yùn)行情況，及時(shí)清理電機(jī)表面集料，檢查電機(jī)振動(dòng)、發(fā)熱、軸承磨損情況及軸承油封密封情況，根據(jù)需要及時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)因工況惡劣，軸承一旦磨損過度，電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子摩擦，造成電機(jī)故障擴(kuò)大，電氣主管嚴(yán)格按照電機(jī)生產(chǎn)廠家的規(guī)定，定時(shí)、定量、定質(zhì)對(duì)電機(jī)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑保養(yǎng)，盡量延長(zhǎng)電機(jī)軸承使用時(shí)間。運(yùn)行臺(tái)時(shí)較長(zhǎng)的電機(jī)，每年兩次對(duì)電機(jī)輸出軸端進(jìn)行無損探傷，檢查有無疲勞裂紋現(xiàn)象，防止電機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)斷軸現(xiàn)象。每年春秋兩季對(duì)皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)接線盒開蓋檢查，檢查接線柱緊固情況，測(cè)試電機(jī)繞組和供電電纜的絕緣電阻值。

在煤炭、礦石的裝卸過程中，皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)部位粉塵大、集料堆積快，需要定期檢查清理減速箱高速軸制動(dòng)輪內(nèi)壁附著的集料，防止集料分布不均勻，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞，因?yàn)槠?qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)常需要滿負(fù)荷帶載啟動(dòng)，皮帶負(fù)荷波動(dòng)大、電流沖擊大，容易造成電機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂燒蝕，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致電機(jī)定子槽楔松動(dòng)脫落，進(jìn)入定子與轉(zhuǎn)子氣隙，造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)、繞組燒毀。部分高壓電機(jī)使用槽形磁泥對(duì)定子線槽進(jìn)行封口，電機(jī)長(zhǎng)期劇烈振動(dòng)，會(huì)造成磁泥脫落，轉(zhuǎn)子卡滯，繞組燒毀，在電機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)跟蹤分析，調(diào)整電機(jī)軸與變速箱高速軸同心度，及時(shí)對(duì)出現(xiàn)故障的電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行維修更換，防止皮帶運(yùn)行過程中出現(xiàn)電機(jī)損壞的突發(fā)性故障，保障皮帶機(jī)安全高效進(jìn)行貨物輸送。圖1 為軸承故障造成皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸磨出溝槽；圖2 為皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子掃膛，轉(zhuǎn)子表面磨損；圖3 為皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)劇烈，切削后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂燒蝕。

圖1 軸承故障造成皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸磨出溝槽

圖2 皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面磨損

圖3 皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂燒蝕

2.6 提高單機(jī)設(shè)備與皮帶流程聯(lián)鎖信號(hào)的穩(wěn)定性

裝船機(jī)和堆料機(jī)處于裝卸流程的末端，與皮帶流程聯(lián)鎖控制，皮帶機(jī)與裝船機(jī)、堆料機(jī)聯(lián)鎖信號(hào)通常通過大機(jī)電纜滑環(huán)箱進(jìn)行有線傳輸，傳輸環(huán)節(jié)最常見的故障點(diǎn)是大機(jī)滑環(huán)箱、卷繞式控制電纜、滑環(huán)箱到大機(jī)上電氣室的旋轉(zhuǎn)電纜。對(duì)滑環(huán)箱進(jìn)行定期開蓋檢查，檢查滑環(huán)箱整體密封防塵防水情況，檢查碳刷和銅環(huán)磨損情況，檢查碳刷是否有跑偏現(xiàn)象，檢查接線端子有無松動(dòng)、銹蝕，清理滑環(huán)箱內(nèi)的碳粉，檢查線纜絕緣層有無磨損破皮情況。卷繞電纜和機(jī)上旋轉(zhuǎn)電纜定期進(jìn)行外觀檢查，并測(cè)試線芯絕緣，發(fā)現(xiàn)有老化損壞現(xiàn)象的及時(shí)進(jìn)行維修更換。為確保大機(jī)與皮帶流程聯(lián)鎖信號(hào)的穩(wěn)定性，可通過滑環(huán)并聯(lián)和線芯并聯(lián)，提高聯(lián)鎖信號(hào)傳輸過程的可靠性。在滑環(huán)箱進(jìn)行有線傳輸聯(lián)鎖信號(hào)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)安裝一套無線聯(lián)鎖傳輸裝置，在大機(jī)電氣室和皮帶流程控制PLC 遠(yuǎn)程站室分別安裝一個(gè)無線聯(lián)鎖終端，用無線方式傳輸備份聯(lián)鎖信號(hào)，在有線傳輸裝置故障失效的情況下，無線傳輸裝置能夠繼續(xù)保持大機(jī)與皮帶流程可靠聯(lián)鎖。

2.7 提高變電所高壓電機(jī)柜和低壓制動(dòng)器柜關(guān)鍵元器件可靠性

通過對(duì)皮帶機(jī)電氣故障記錄進(jìn)行查詢分析發(fā)現(xiàn)，皮帶機(jī)高壓動(dòng)機(jī)供電手車柜和低壓制動(dòng)器供電手車柜故障屬于皮帶機(jī)高發(fā)故障，且多是因?yàn)槭周嚬竦膯?dòng)繼電器觸點(diǎn)接觸不良、手車二次回路插接件接觸不良等原因造成，將啟動(dòng)繼電器和手車二次插頭全部改造成施耐德等知名品牌產(chǎn)品，提高皮帶機(jī)相關(guān)供電設(shè)備的可靠性。

3 結(jié)束語

通過對(duì)干散貨碼頭裝卸流程各個(gè)環(huán)節(jié)的電氣設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)管控和改造，實(shí)施預(yù)控管理，提高整條裝卸流程各個(gè)節(jié)點(diǎn)電氣設(shè)備的可靠性，碼頭干散貨裝卸流程設(shè)備故障率得到了有效控制，提高了碼頭裝卸效率，保障碼頭煤炭、礦石裝卸作業(yè)的持續(xù)高效進(jìn)行。