等離子點(diǎn)火器斷弧常見故障原因分析及處理

張 瑋 劉 斌 靳豐強(qiáng) 張俊超

（1.河南焦作電廠，河南 焦作 454000；2.山東龍口東海熱電廠，山東 龍口 265713）

0 引言

燃油和石油已成為影響我國經(jīng)濟(jì)和能源安全的戰(zhàn)略物資，在國家電力公司電力規(guī)劃中提出，要加大力度抓好等離子點(diǎn)火技術(shù)的完善與推廣。近年來，等離子點(diǎn)火技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，無油點(diǎn)火的能源消耗僅為傳統(tǒng)燃油點(diǎn)火的15%-20%，對于新建電廠減少上千萬的投資和試運(yùn)行費(fèi)用，從根本上解決燃油點(diǎn)火機(jī)組在啟動初期對環(huán)境的污染，以及燃油對除塵設(shè)備的損害，取得了良好的節(jié)油效果和巨大的社會效益，等離子點(diǎn)火技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用有著廣闊的前景和市場需求。

等離子拉弧點(diǎn)火的原理：

圖1 等離子發(fā)生器

等離子發(fā)生器利用直流電流（300A、300V）在介質(zhì)氣壓（0.01-0.03MPa）的條件下接觸引弧，并在強(qiáng)磁場控制下，獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，等離子體被定義為除固、液、氣三態(tài)之外的第四態(tài)物質(zhì)存在形式，內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，形成溫度大于5000K 的，溫度梯度極大的局部高溫區(qū)。煤粉通過溫度高達(dá)4000℃、含有大量化學(xué)活性粒子的等離子體火核時，迅速破裂氣化，并可再造揮發(fā)分，以其較低的點(diǎn)火功率穩(wěn)定地將煤粉直接點(diǎn)燃。等離子發(fā)生器為磁穩(wěn)空氣載體發(fā)生器，它由線圈、陰極、陽極組成。其中陰極材料采用高導(dǎo)電率的金屬材料或非金屬材料制成，陽極采用高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率及抗氧化的金屬材料制成，它們均采用水冷方式，以承受電弧高溫沖擊。線圈在高溫250℃情況下具有抗2000V 的直流電壓擊穿能力，電源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理為：首先設(shè)定輸出電流，當(dāng)陰極前進(jìn)同陰極接觸后，整個系統(tǒng)具有抗短路的能力且電流恒定不變，當(dāng)陰極緩緩離開陽極時，一定壓力的空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體，其中帶正電的離子流向電源的負(fù)極形成電弧的陰極，帶負(fù)電的離子及電子流向電源的正極形成電弧的陽極，電弧在線圈磁力的作用下拉出噴管外部，其能量密度高達(dá)105-106W/cm2，為點(diǎn)燃不同的煤種創(chuàng)造了條件。

等離子的結(jié)構(gòu)和原理決定了它的拉弧有諸多條件限制。冷卻水壓、載體風(fēng)壓、控制電源、數(shù)據(jù)通訊、FSSS 限制、極頭的損耗、機(jī)械部分、間隙設(shè)置、電氣故障等諸多方面都可能導(dǎo)致無法拉弧、拉弧不成功或者運(yùn)行中斷弧。

1 拉弧條件不滿足常見的原因及處理方法

1.1 載體風(fēng)壓不滿足

等離子點(diǎn)火器的載體風(fēng)一般取自廠用壓縮空氣母管，經(jīng)過手動調(diào)門調(diào)節(jié)至規(guī)定值范圍內(nèi)，風(fēng)壓在小范圍內(nèi)穩(wěn)定波動，實(shí)際符合要求。但由于壓力開關(guān)元件本身故障或者質(zhì)量問題導(dǎo)致風(fēng)壓監(jiān)測相關(guān)繼電器不動作，導(dǎo)致風(fēng)壓條件不滿足，無法拉弧，這就需要更換質(zhì)量好穩(wěn)定性高的壓力開關(guān)來滿足要求，并定期進(jìn)行檢查維護(hù)。

1.2 冷卻水壓不滿足

冷卻水采用化學(xué)的除鹽水，水質(zhì)合格。通過專用的等離子冷卻水泵來供給陰極、陽極及線圈的冷卻水，特殊情況下由于缺水、冷卻泵本身故障等原因?qū)е吕鋮s水壓不合格，及時調(diào)整處理即可，冷卻水壓條件在實(shí)際運(yùn)行中基本滿足且很穩(wěn)定。

1.3 MFT 條件

鍋爐MFT 條件未復(fù)歸或者強(qiáng)制，鍋爐FSSS 系統(tǒng)會自動閉鎖等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，只有MFT 條件消失才會開放等離子點(diǎn)火系統(tǒng)。

1.4 控制電源故障

等離子熱工總電源和通訊及風(fēng)扇電源故障都會導(dǎo)致控制電源故障，拉弧條件不滿足。合理標(biāo)注各路電源，便于及時查找處理和更換。還有通訊故障、遙控位不滿足等原因都可導(dǎo)致拉弧條件不滿足。

2 拉弧條件滿足，拉弧時電流電壓都不變化的原因及處理方法

2.1 拉弧電機(jī)損壞

對電機(jī)機(jī)械部分及控制回路進(jìn)行檢查，找出確切原因，進(jìn)行檢修更換。

2.2 陰極桿卡澀

檢修人員處理陰極導(dǎo)桿。

2.3 陰陽極不接觸

需要檢修安裝人員打開固定螺絲，手動推進(jìn)陰極，做好標(biāo)記，根據(jù)間隙設(shè)定，重新固定位置。

2.4 整流柜內(nèi)部故障

整流柜的整流器損壞、接觸器觸點(diǎn)臟污、繼電器燒損等是常見的原因，需要根據(jù)實(shí)際情況檢查處理更換相關(guān)元件。

3 拉弧條件滿足，拉弧時電流變化電壓不變化的原因及處理方法

3.1 拉弧電機(jī)損壞，只能進(jìn)不能退

對電機(jī)機(jī)械部分及控制回路進(jìn)行檢查，找出確切原因，進(jìn)行檢修更換。

3.2 載體風(fēng)調(diào)得過高

壓力表損壞，惰性很大，顯示的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際壓力。此時不能只根據(jù)壓力表數(shù)值進(jìn)行判斷，要實(shí)際的檢查閥門開度進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，或者更換壓力表和壓力開關(guān)。

3.3 陰陽極接觸不良或損壞

極頭燒損不均勻，陰陽極污染，陰極行程不夠，都可能導(dǎo)致陰陽極接觸不良。此時需要檢修人員退出等離子點(diǎn)火裝置，對陰陽極頭進(jìn)行檢查，手動調(diào)節(jié)陰陽極接觸后，做好標(biāo)記，重新進(jìn)行位置固定，再次進(jìn)行拉弧確認(rèn)故障是否消除。

4 等離子點(diǎn)火常見故障判斷及處理方法

4.1 等離子啟動前電壓顯示為20-24V，這個是間隙電壓

啟動條件滿足，根據(jù)程序設(shè)定，啟動后陰極前進(jìn)，當(dāng)與陽極接觸后電壓變?yōu)?V，交流合閘，實(shí)際電流逐漸上升至設(shè)定電流后，陰極開始后退，電壓開始上升至250-340V 之間，啟弧成功，電弧穩(wěn)定。但是在實(shí)際運(yùn)行中遇到最多的問題就是電壓無變化，畫面顯示正在啟動，之后發(fā)出斷弧信號，其故障原因主要是因為陰陽極污染，陰陽極接觸上了但是不導(dǎo)通；另一個原因是陰極行程不夠，陰陽極接觸不上。針對以上情況，只需抽出陰極，用砂紙打磨掉陰極表面的污染物和氧化物，同時用廠家提供的鋼刷清掃陽極，處理后恢復(fù)；行程不夠則需要調(diào)整行程，松開電機(jī)支架與陽極支架之間的固定螺絲，將電機(jī)固定支架向前移動，手動進(jìn)陰極，能接觸上，再重新進(jìn)行固定即可。

4.2 運(yùn)行中斷弧

極頭隨著拉弧時間的增加，陰陽極頭的損耗也在增加，由于材質(zhì)及作用的差別，陽極的使用時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過陰極，陰極損耗相比非常嚴(yán)重(一般陰極頭設(shè)計使用壽命100 小時，實(shí)際使用時間大約70-80 小時)，在拉弧過程中直接體現(xiàn)在電壓的變化上。（以某90KW 等離子點(diǎn)火器為例）如果新?lián)Q陰極頭，電流設(shè)定300A，初始拉弧電壓只有260V左右，隨著運(yùn)行時間在增加，陰極損耗在增加，維持電弧的間隙電壓也就逐漸上升，電壓到330V 以上時，就會出現(xiàn)出現(xiàn)電流較大波動（270-330A 之間），電弧不穩(wěn)定而容易斷弧。

5 陰極和陽極作為等離子點(diǎn)火器的作用部件，它們都是由經(jīng)過特殊處理的高導(dǎo)電率高導(dǎo)熱率抗氧化的金屬材料制成，它們的壽命直接關(guān)系等離子的使用

5.1 陽極壽命短的原因和處理方法

1）載體風(fēng)壓力低，提高載體風(fēng)壓力。載體風(fēng)作為等離子的電離介質(zhì)，它同時起到一定的冷卻和吹弧作用，當(dāng)電弧拉起后，直流線圈的磁偏轉(zhuǎn)將電弧集中在陽極內(nèi)，載體風(fēng)過低，電弧不夠長，陽極內(nèi)部單位面積的電弧功率較高，陽極損耗增大，從而縮短壽命，但同時，載體風(fēng)壓力過高則容易斷弧。

2）冷卻水壓力低或溫度高，調(diào)整冷卻水參數(shù)；冷卻水有空氣，放氣處理。等離子冷卻水作為等離子點(diǎn)火器的主要冷卻手段，它如果不能及時將陽極的電弧熱量及時帶走，將直接導(dǎo)致極頭損耗加劇，甚至損壞陽極。定期清洗濾網(wǎng)，檢查水管，控制冷卻水溫是最常用的手法。

5.2 陰極壽命短的原因和處理方法：

1）冷卻水問題，和陽極一樣的處理。

2）拉弧電流過高。降低拉弧電流在300A 左右，過高的電流將加劇陰極損耗。

3）陰極頭燒損不均勻。陰極頭冷卻不均勻或者風(fēng)壓及間隙設(shè)定不合理，將導(dǎo)致陰極燒損形狀不好，應(yīng)調(diào)整拉弧間隙和風(fēng)壓到最佳值，陰極桿脫落也是造成陰極頭燒偏的原因。

6 結(jié)束語

等離子運(yùn)行時遇到問題，應(yīng)先根據(jù)數(shù)據(jù)曲線初步判斷原因，從簡單原因入手，不要一味的盲目拆卸或只會更換陰極頭，等離子為大電流高電壓高熱部件，檢修時要停電掛牌，做好安全措施。開停機(jī)時，等離子各部應(yīng)該調(diào)整到最佳，數(shù)據(jù)在額定范圍內(nèi)，并做好記錄，以便以后對比查證；拉弧功率不能超過額定值，否則將加速陰陽極的燒損，各級變壓器發(fā)熱量大增，對等離子的長期運(yùn)行不利；定期工作檢查等離子拉弧時，不能只根據(jù)當(dāng)時啟弧是否成功來判斷等離子是否可靠備用，實(shí)際電壓和電流的大小及波動，都可以反映出等離子的工作狀態(tài)，進(jìn)而決定是否需要檢查維護(hù)及更換；每次檢查更換陰極頭，一定要順便檢查清理陽極，用砂紙打磨去掉陰極的污染物和氧化物，檢查陰陽極是否漏水，檢查中心筒是否結(jié)焦，陽極支架里是否有臟東西，密封水圈是否完好，每一個小細(xì)節(jié)都可能導(dǎo)致等離子出問題，維護(hù)時多一份細(xì)心，拉弧運(yùn)行時就多一份保障。等離子還算一個比較新的東西，需要廣大運(yùn)行人員和檢修人員共同努力，在運(yùn)行和檢修過程中不斷積累，一起提高，使等離子點(diǎn)火技術(shù)不斷完善。

［1］宋浩.等離子點(diǎn)火裝置講課[Z].2005,6.

［2］煙臺龍源等離子點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)用維護(hù)手冊[Z].