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電有限責任公司 天津）

某發電廠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，基建投產時為滑差電機控制方式，經過十幾年連續運行，滑差調速控制單元、控制板件及滑差電機因老化經常出現故障，相應備品備件均需從國外訂購，因屬于換代產品，價格昂貴且不易采購，設備維護困難，影響了給煤機系統的穩定運行；在2013年結合機組大修對所屬的6臺給煤機進行了變頻技術改造。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，成為困擾機組穩定運行的技術難題。專業技術人員通過對給煤機設備系統的特性、結構、原理、參數及各類故障現象進行診斷、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鍋爐負荷的變化，調節給煤量，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動速度，二者的積分得出實際給煤量。經過與要求的給煤量進行比較，然后調節變頻器輸出頻率，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。相關參數見表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

表2 改造前后電氣設備參數

2.變頻器改造

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

3.控制系統部分改造

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控制系統升級為stock公司最新的控制系統Disocont Tersus（簡稱DT-9），該控制系統性能穩定，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、停止及速度調節指令信號，并實現依據機組負荷的變化自動調整變頻器頻率，以達到機組負荷所需要的用煤量。控制系統改造后，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，可調取大量操作及報警信息。

二、給煤機變頻改造后出現的問題及分析

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負荷要求隨時帶載啟動，改造后存在無法帶載啟動現象。現象為給煤機的低速保護動作掉閘，變頻器過流保護未動作；現場臨時采取了手動盤車消除板結煤塊產生的阻力后，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。

經咨詢變頻器廠家技術人員得知，ACS510-01系列的變頻器專門為風機、水泵類型的負載設計的，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，約為恒轉矩變頻器輸出啟動力矩的1/4，因而難以實現帶載啟動。所以，造成了給煤機電機無法實現帶載啟動；給煤機可以選用ACS800系列或550系列的恒轉矩變頻器。

（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，先關閉落煤斗與給煤機之間的煤閘板，待走空給煤機內部的積煤后，再停用給煤機；下次先啟動給煤機（同時由DCS發出給煤信號），待給煤機運轉正常后，再打開煤閘板，且給煤量由小到大增加，即可實現空載啟動。②優化調整ACS510-01型變頻器參數，在啟動時加入補償電壓，并將允許磁通最優化開啟，以提高變頻器啟動時的輸出轉矩。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（未更換恒轉矩變頻器以前），不需手動盤車，給煤機實現了正常啟動。②在變頻電動機更換為3 kW，變頻器由變轉矩的ACS510更換為恒轉矩的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矩較大且恒定，一般情況下給煤機均可穩定運行；只有在給煤機皮帶內卡有較大煤塊時，方可導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給煤機低速保護（14 r/min，3 s發掉變頻器指令）或失速保護（0 r/min，延時10 s發掉變頻器指令）跳閘故障，導致磨煤機停用，給機組的安全穩定運行帶來隱患，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。

（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矩為20.2 N·m，大于原滑差電機輸出轉矩14.5 kW；比較改造前后功率與轉矩數據后，可確定現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設置，也排除了因變頻器參數設置不當導致的輸出力矩不足。②在機組運行期間，每臺給煤機供煤量一般在30～70 t/h，對應的給煤機控制面板發給變頻器的頻率指令為11～18 Hz左右，依據變頻電機的頻率—轉矩曲線可知，在10～20 Hz范圍運行時，給煤機變頻電機對應的輸出轉矩為4.04～8.08 N·m。當給煤機煤質發生變化而阻力增加到大于變頻電機運行中的輸出轉矩后，因頻率指令沒有增加，變頻電機輸出轉矩也沒有相應的變化，從而導致了電機轉速降低，直至低速或失速保護動作掉閘。所以，應提高變頻電機的運行頻率，來增加變頻電機的輸出轉矩。

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矩，將導致給煤機皮帶運轉速度成倍增加，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速比的方法，既可起到提高給煤機電動機運行頻率（輸出轉矩）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）早于變頻器輸出轉矩增加到額定轉矩的時間（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確，導致給煤量的不穩定或掉閘。

（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矩，使給煤機運行中掉閘的次數大幅降低；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、磨煤機系統得以穩定運行。③改變了測試裝置的位置后（轉速測點安裝在電機后側軸端），提高了測速裝置運行的可靠性。

三、結語

（1）給煤機變頻改造時，因相關專業知識的限制，未考慮到改造設備的固有特性和匹配問題，未考慮到減速機轉速比、低速、失速掉閘保護對變頻電機出力及運行的影響，因而產生了一系列的遺留問題。通過專業技術人員的不斷分析、研究和改進，最終徹底解決了問題，使這次技術改造工程得以圓滿完成，使得改造后的給煤機設備穩定運行；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）技術改造工程必須由有相關專業設計資質的人員依據現場實際情況、設備及系統的特性、原理進行設計，必須由機務、電氣和熱控專業技術人員共同會診，對設計及技術方案進行嚴格的技術論證和把關。

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