張 興 萬 帥 熊澤清 楊 磊

（國能寧夏大壩三期發(fā)電有限公司，寧夏 青銅峽 751607）

0 引言

國能寧夏大壩三期發(fā)電有限公司的鍋爐采用東方鍋爐股份有限公司設(shè)計制造的前后墻對沖燃燒、亞臨界參數(shù)自然循環(huán)爐，型號為DG2070/17.5-Ⅱ6；撈渣機(jī)選用的是青島阿爾斯通四洲電力設(shè)備有限公司設(shè)計生產(chǎn)的水浸式、液壓驅(qū)動、水平可移動、可變速的刮板式撈渣機(jī)。該種刮板撈渣機(jī)的工作原理如下：渣井下來的高溫爐渣落入撈渣機(jī)殼體內(nèi)，通過殼體內(nèi)的冷卻水對高溫爐渣進(jìn)行冷卻，同時保持爐膛與外界隔絕。

冷卻后的爐渣通過撈渣機(jī)雙馬達(dá)驅(qū)動，帶動刮板、鏈條運動，將其連續(xù)輸送到爐膛外面的渣倉中，當(dāng)除渣系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要停運時，可暫時關(guān)閉撈渣機(jī)液壓關(guān)斷門，讓爐膛充當(dāng)渣斗，儲存爐渣，待除渣系統(tǒng)恢復(fù)后，可再次投入運行。

在撈渣機(jī)運行過程中，鏈條因長時間運行導(dǎo)致疲勞變形或者磨損，會發(fā)生斷鏈現(xiàn)象。在運行人員或檢修人員未及時發(fā)現(xiàn)時，液壓馬達(dá)帶動鏈條繼續(xù)轉(zhuǎn)動，最終鏈條會在局部卡住，一般情況下會造成撈渣機(jī)槽體變形損壞、驅(qū)動裝置故障。

當(dāng)設(shè)備受損不嚴(yán)重時可以隔離除渣系統(tǒng)緊急修復(fù)，嚴(yán)重時會造成設(shè)備嚴(yán)重變形，無法短時間修復(fù)，最終導(dǎo)致停運機(jī)組進(jìn)行檢修，同時還存在因設(shè)備持續(xù)受力，損壞崩出的高速物體飛出傷人的風(fēng)險。

因此，合理設(shè)計撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)，提高撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)的可靠性在火電廠安全生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。

1 原撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)設(shè)計方式及存在問題分析

1.1 原撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)設(shè)計方式

該電廠最初的撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)設(shè)計是由兩個外供電AC220 V的接近開關(guān)檢測裝在撈渣機(jī)張緊輪兩側(cè)的鋸齒，當(dāng)撈渣機(jī)正常運轉(zhuǎn)時，兩個接近開關(guān)將得到的脈沖信號經(jīng)4個時間繼電器組成的信號判斷回路做成保護(hù)。時間繼電器分為兩組，每個探頭信號使用兩個時間繼電器，一個使用延時閉合節(jié)點，另一個使用延時斷開節(jié)點，當(dāng)任意時間繼電器檢測到在保護(hù)設(shè)定的延時時間內(nèi)，接近開關(guān)檢測到的開關(guān)量信號不翻轉(zhuǎn)，認(rèn)為撈渣機(jī)鏈條已經(jīng)停止運行，并發(fā)出停止撈渣機(jī)液壓馬達(dá)運行的保護(hù)信號。接近開關(guān)的安裝方式及分布情況如圖1所示，撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)原理圖如圖2所示。

圖1 撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)探頭分布示意圖

圖2 撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)電氣原理圖

1.2 原撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)存在的問題

電廠檢修人員針對2017—2018年撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)動作情況進(jìn)行分析，造成斷鏈保護(hù)動作的原因有撈渣機(jī)張緊輪軸躥損壞探頭、時間繼電器故障、接近開關(guān)線纜損壞、撈渣機(jī)鏈條卡異物、撈渣機(jī)斷鏈，經(jīng)對撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)動作缺陷統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理，得到表1。

表1 撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)動作缺陷統(tǒng)計

對表1數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在運行過程中，因撈渣機(jī)鏈條出現(xiàn)嚴(yán)重磨損變形，撈渣機(jī)張緊輪軸頻繁左右躥動，頻繁出現(xiàn)因斷鏈保護(hù)誤動造成的撈渣機(jī)跳停，每次誤動后都需要熱控人員耗費大量時間檢查保護(hù)的各個環(huán)節(jié)，判斷缺陷發(fā)生原因[1]。通過大量的故障處理，電廠檢修人員分析引起撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)誤動作的主要原因如下：

1）撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)為單點保護(hù)，不滿足熱控檢修規(guī)程要求，任意側(cè)探頭故障后均會造成斷鏈保護(hù)誤動。斷鏈保護(hù)接近開關(guān)安裝在張緊輪兩側(cè)，就地安裝環(huán)境非常惡劣，鋸齒形圓盤上經(jīng)常被灰渣覆蓋，影響接近開關(guān)的檢測，造成誤動。因安裝角度有限，無法安裝多個接近開關(guān)，無法做到保護(hù)信號冗余。在運行過程中，張緊輪會隨著張緊油壓的波動上下躥動，當(dāng)躥動范圍較大時會拉斷接近開關(guān)的信號線，造成斷鏈保護(hù)誤動。張緊輪的左右位置靠定位銷固定，在長時間運行后，張緊輪上的定位銷會出現(xiàn)斷裂，張緊輪無法固定，就會出現(xiàn)左右躥動，造成和接近開關(guān)的安裝距離發(fā)生變化，離得太近會造成開關(guān)損壞，離得過遠(yuǎn)會造成開關(guān)檢測不到，同樣會造成保護(hù)誤動。

2）中間繼電器、時間繼電器有使用壽命。經(jīng)統(tǒng)計，在撈渣機(jī)持續(xù)運行期間，接近開關(guān)約7 s動作一次，中間繼電器和時間繼電器同步得電、失電，其觸頭24 h機(jī)械動作1.23萬次，1個月動作37萬次，按照規(guī)程要求一般繼電器的可靠電壽命為105次，故在接收頻繁翻轉(zhuǎn)的開關(guān)量信號時，經(jīng)時間繼電器處理過后的信號存在一定的誤動率和拒動率，會導(dǎo)致斷鏈保護(hù)誤動。由于在運行中無法通過正常的檢測手段發(fā)現(xiàn)時間繼電器存在的問題，無法可靠預(yù)防，不能制定可靠的防范措施，只能通過每月定期更換時間繼電器和中間繼電器來減少誤動的概率，這就大大增加了現(xiàn)場維護(hù)人員的工作量和檢修維護(hù)的材料成本。

3）斷鏈保護(hù)的接近開關(guān)為交流220 V，電源取自撈渣機(jī)控制柜內(nèi)控制回路，因控制回路在撈渣機(jī)正常運行時無法斷電，在撈渣機(jī)運行過程中更換接近開關(guān)就存在人身觸電的風(fēng)險；在撈渣機(jī)運行過程中，張緊裝置會上下躥動，張緊輪一直跟隨鏈條轉(zhuǎn)動，在安裝過程中檢修人員存在機(jī)械擠傷的風(fēng)險；接近開關(guān)的安裝位置在撈渣機(jī)尾部上方的張緊輪處，距離地面超過2 m，檢修工作存在著高處墜落的風(fēng)險[2]。

4）因撈渣機(jī)設(shè)計為PLC控制方式，斷鏈保護(hù)接近開關(guān)檢測到的信號為中間量，無過程趨勢，故每次撈渣機(jī)跳停后都需要耗費大量的時間和精力分析跳閘原因，當(dāng)一些環(huán)境因素?zé)o法復(fù)現(xiàn)時，就無法準(zhǔn)確分析確認(rèn)真正的跳閘原因，一般處理方式為更換斷鏈保護(hù)所有相關(guān)設(shè)備，包括接近開關(guān)和時間繼電器，在增加了檢修人員工作量的同時也增加了檢修材料費用。

5）撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)靠繼電器回路搭接而成，未攝取撈渣機(jī)運行信號，未能在遠(yuǎn)方實現(xiàn)保護(hù)邏輯的自動投切，每次啟動撈渣機(jī)時因撈渣機(jī)停運過程中斷鏈保護(hù)已動作，如果運行人員不在就地切除斷鏈保護(hù)，撈渣機(jī)就無法正常啟動，增加了運行人員的工作量。應(yīng)靠邏輯判斷實現(xiàn)撈渣機(jī)正常運行后斷鏈保護(hù)方起作用，即在撈渣機(jī)運行正常后，斷鏈保護(hù)自動投入，當(dāng)撈渣機(jī)停運后，斷鏈保護(hù)自動退出。

2 斷鏈保護(hù)的改造內(nèi)容

現(xiàn)場檢修人員通過對撈渣機(jī)設(shè)計說明書、斷鏈保護(hù)設(shè)計原理及現(xiàn)場設(shè)備運行情況的全方位研究，改進(jìn)撈渣機(jī)尾導(dǎo)輪，對撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，主要完成了以下工作：

1）對撈渣機(jī)尾導(dǎo)輪的軸系進(jìn)行改造，加長了尾導(dǎo)輪，并安裝一5 cm的鋸齒盤。根據(jù)分析，除撈渣機(jī)的張緊輪能反映鏈條的運行情況以外，撈渣機(jī)的尾導(dǎo)輪及從動輪同樣可以反映撈渣機(jī)的運行情況，且撈渣機(jī)的尾導(dǎo)輪靠軸承固定，安裝更加可靠，運行期間的軸躥較張緊輪更小，在接近開關(guān)的測點安裝在鋸齒盤的徑向位置時（圖3），可以有效減少軸向躥動時造成的接近開關(guān)損壞問題，基本杜絕了因軸躥動導(dǎo)致的接近開關(guān)損壞缺陷發(fā)生，同時降低了檢修人員安裝接近開關(guān)工作的危險性[3]。

圖3 改造后撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)探頭安裝方式

2）將斷鏈保護(hù)的信號由原來的“二取一”改造成三路信號，保護(hù)邏輯做成“三取二”（圖4），接近開關(guān)的安裝環(huán)境得到極大改善，從信號攝取方式上提高了信號的可靠性，降低了保護(hù)誤動的可能。

圖4 優(yōu)化后撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)邏輯

3）將接近開關(guān)的信號送至DCS開關(guān)量卡件，由DCS控制器替代時間繼電器的作用，由DCS控制器邏輯實現(xiàn)時間繼電器硬接線回路控制功能，將保護(hù)動作信號發(fā)送至撈渣機(jī)就地控制柜中，大大提高了信號的正確率和保護(hù)邏輯的可靠性[4]。將撈渣機(jī)的運行信號送到DCS系統(tǒng)中，靠DCS邏輯實現(xiàn)斷鏈保護(hù)投退的智能判斷，當(dāng)撈渣機(jī)啟動運行正常后，斷鏈保護(hù)自動投入，當(dāng)撈渣機(jī)停運后，斷鏈保護(hù)自動退出，減少了運行人員啟停撈渣機(jī)時手動投退撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)的工作量。

4）將原來的交流220 V接近開關(guān)更換成直流48 V接近開關(guān)，由DCS開關(guān)量卡件直接供電，方便檢修人員更換，杜絕了檢修人員更換探頭過程中人身觸電的可能性，提高了檢修人員維護(hù)設(shè)備的安全性。

5）將接近開關(guān)的信號、撈渣機(jī)運行信號及斷鏈保護(hù)動作信號增加至DCS歷史庫中，在撈渣機(jī)事故跳閘后可以根據(jù)DCS歷史趨勢快速判斷是否為斷鏈保護(hù)動作導(dǎo)致的撈渣機(jī)跳閘，從而快速判斷跳閘原因，及時處理設(shè)備問題，縮短了事故分析和事故處理的時間，同時大大減少了因故障原因無法判斷時的大面積、多頻次更換備件產(chǎn)生的維修費用。

3 結(jié)束語

電廠熱控人員在對撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)優(yōu)化改造的過程中，通過將攝取到的熱工保護(hù)信號接入DCS并完成保護(hù)邏輯設(shè)計，克服了PLC和就地控制組合方式下斷鏈保護(hù)設(shè)計上的先天不足，從根本上杜絕了因信號問題造成的斷鏈保護(hù)誤動，降低了檢修人員的作業(yè)環(huán)境風(fēng)險，減少了檢修人員在撈渣機(jī)斷鏈保護(hù)上的維護(hù)工作量、運行人員在啟停撈渣機(jī)時的操作工作量，節(jié)省了撈渣機(jī)日常檢修的維護(hù)成本，提高了撈渣機(jī)設(shè)備運行及保護(hù)邏輯的可靠性，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運行提供了強(qiáng)有力的保障。