火電廠SOFA風門控制典型故障分析與處理

岑斌，全鴻偉，陳炳森

（廣西水利電力職業技術學院，廣西南寧530023）

火電廠SOFA風門控制典型故障分析與處理

岑斌，全鴻偉，陳炳森

（廣西水利電力職業技術學院，廣西南寧530023）

結合火電廠燃煤鍋爐SOFA風門及其角行程電動執行控制器的結構特點，介紹SOFA風門控制中常見典型故障及其分析處理辦法，提出日常運行維護注意事項，可供火電廠運行維護人員借鑒。

電動執行器；SOFA；故障分析；故障處理

SOFA是火電廠鍋爐分離燃盡風的簡稱。在火電廠燃煤鍋爐中，為降低燃燒時生成的NOx（氮氧化物，約95%NO和5%NO2），在鍋爐爐膛內采用分級送風方式，由主燃燒器上部單獨送入熱風并與爐膛內風形成反切，消除爐膛出口的殘余旋轉，減少偏差，加強燃燒后期擾動，使燃燒完全，降低飛灰含碳量，減少NOx的生產。廣西田東電廠2013年將兩臺420 t/h燃煤鍋爐進行了低氮燃燒技術改造，更換了燃燒器，在鍋爐爐膛上部燃燒區新增加了四層SOFA風管道，并在SOFA風管道上安裝了風門角行程電動調節執行器用于調節進入爐內的風量和風向，遠方調節控制則在火電廠中控的DCS上完成，運行人員可在中控室監控屏上實時觀察到各個SOFA風門的開度及分離燃盡風量的大小。

由于兩臺機組低氮燃燒技術改造共安裝了40臺SOFA風門，每臺SOFA風門角行程電動執行器均安裝在離鍋爐只有1 m的通風管道上，屬高溫、多塵環境，此外，運行過程中風量較大，風管振動也大，在如此惡劣工作環境下，SOFA風門的監控經常出現各種故障，成為日常運行維護工作的重點，如果不能及時迅速排查并處理SOFA風門的故障，直接影響鍋爐排放，無法滿足環保部門對電廠排放實時在線監管的要求，甚至停機整改，對電廠經濟效益影響較大，因此，了解SOFA風門常見故障，掌握故障排查及處理辦法，對火電廠的運行維護人員具有重要的意義。

1 SOFA風門常見故障分析與處理辦法

SOFA風門因其處于高溫、多塵、振動大的工作環境，使用過程中各電氣元件受影響較大，經常出現的故障有：SOFA風門開度值在DCS上無顯示；SOFA風門調節指令已發出但風門拒動；SOFA風門開度在DCS上顯示為跳變狀態；SOFA風門開度值在DCS上顯示與現場實際值存在較大偏差；SOFA風門電動執行器驅動電機頻繁燒毀；SOFA風門在沒有任何操作，也沒有投入自鎖情況下自動開啟或自動關閉動作。以下選擇兩個典型故障進行分析和處理。

1.1 SOFA風門開度值在DCS上無顯示

（1）故障現象

SOFA風門開度值在DCS上無顯示或在DCS上顯示為-25%.

（2）SOFA風門開度檢測原理

SOFA風門的開度是由安裝于風門執行機械機構處的位置反饋電位器進行檢測，其將執行器機械機構的轉角轉變成一個與風門開度對應的0~5 V電壓信號，并送至電動執行器控制電路板進行信號處理后轉換成標準的4~20 mA（對應于風門全關~全開的位置）輸出電流信號，再接入DCS的模擬量采集AI模塊，由DCS測出電流信號并換算成SOFA風門開度值（用百分數表示）在主控室監控界面顯示出來并記錄到運行數據庫中。圖1為SOFA風門開度信號檢測示意圖。

圖1 SOFA風門開度信號檢測示意

（3）故障原因分析

鍋爐運行過程中，SOFA風門開度值在DCS上無顯示，可判斷風門處于失控狀態。當風門全關時，對應的開度值應為0%，如開度值顯示為-25%，可認為是開度信號斷線狀態，這均可能引發停機事故。根據圖1的風門開度檢測原理，引起故障的原因大致有：

①SOFA風門角行程電動執行器的位置反饋電位器損壞導致無信號輸出。

②SOFA風門角行程電動執行器的控制電路板的反饋輸出部分電路有電子元件損壞故障。

③SOFA風門角行程電動執行器與DCS的AI模塊之間連接線斷開。

④DCS系統的AI模塊的角行程電動執行器開度反饋信號通道故障。

⑤SOFA風門角行程電動執行器的DCS系統的AI模塊損壞。

（4）故障處理

根據上述可能存在的故障原因，可采用標準信號源加故障排除法按以下步驟處理此故障。

①現場觀察風門位置反饋電位器與風門機械執行機構的連接及安裝是否正確，機構動作與電位器的動作是否對應，確保無機械傳動故障。

②使用萬用表檢測風門位置反饋電位器的工作電源電壓及輸出信號電壓，并現場手動控制改變風門開度，根據所測的電壓信號與現場機械指示的開度信號進行對應，判斷風門位置反饋電位器工作是否正常，輸出的開度信號是否正確。

③斷開DCS系統的AI模塊電動執行開度反饋信號通道的引入線，用標準信號源在此通道加入一個4~20 mA（具體數值可由維修人員自定，最好采用多個試驗值來進行比對）電流信號來檢測判斷AI模塊及后續的DCS監測系統是否正常。如果DCS監控還是沒有開度顯示數據或一直顯示為-25%，說明AI模塊損壞，需要更換AI模塊；如果DCS監控開度顯示數據正確，說明AI模塊是完好的。

④同上方法，拆下電動執行器控制電路板風門開度反饋輸出信號的連接線并用標準信號源在此處加入一個4~20 mA電流信號用來檢查并判斷風門開度反饋信號線是否完好。因為此連接信號線很長，彎折較多，易產生信號電纜折斷等故障。

⑤如上述檢查均正常但故障仍未排除，則可推斷是風門電動執行器控制電路板故障，需進行更換處理。實際工作中，也多次發現該電路板因工作環境較為惡劣引起電子元件損壞導致的故障。

1.2 SOFA風門開度在DCS上顯示跳變狀態

（1）故障現象

SOFA風門開度在DCS上顯示為停止調節控制后仍在變化，有失控現象，現場查看發現風門角行程電動執行器動作有抖動現象。

（2）SOFA風門角行程電動執行器電氣控制原理

圖2為SOFA風門角行程電動執行器電氣控制原理圖，執行器的電動機為普通三相交流異步電動機，其控制基本上采用的是帶有互鎖功能的電動機的正反轉控制電路。由于電動機有慣性，在開度調整終了時，如不及時采用制動措施，電動機由于慣性的原因會繼續轉過一定角度，形成超調，直接影響到風門調節控制的質量，包括調節控制的時間和精度。為此，在電動機的控制回路中，增加了一個由L1、D1、C1以及KM1、KM2接點組成的制動回路。

圖2 SOFA風門電氣控制原理圖

當運行操作人員從DCS操作員站發出風門開度調節指令時，其出口繼電器K1或K2動作，接通KM1或KM2線圈，控制電動機主回路接通，風門角行程電動執行器控制風門增加開度或減小開度。在KM1或KM2動作、風門開度調節期間，380 V交流電經阻尼電感L1、二極管D1進行半波整流后給制動電容器C1充電，直至C1充滿電為止。

當風門調節控制指令結束，K1、K2均復歸，KM1、KM2也斷電復歸時，電動機主回路斷電，此時，充滿電的電容器C1經KM1、KM2常閉輔助觸點、電動機V、W兩相線圈放電，實現直流能耗制動，讓電動機轉子迅速停下來，從而提高風門開度調節控制的精度。

（3）故障原因分析

根據故障現象及對電氣控制原理圖的分析，電動執行器能動作，方向也正確，說明電動機的電源相序正確，遠方控制K1、K2回路正常，KM1、KM2能夠動作，出現SOFA風門開度在DCS上顯示為跳變值，變化不連續，不平穩，應該跟電動機的制動回路有關。

風門開度控制的電動機采用電容充放電實現的能耗制動，結構簡單，占空間小，成本低，常用于需要制動的普通三相交流異步電動機控制回路中。但由于SOFA風門每調節動作一次，電容C1就被大電流充放電一次，同時工作環境也較為惡劣，溫度高，長時間的使用，很容易損壞，容量變小甚至已擊穿短路或膨脹爆裂失效而無法再充放電，此外，充電二極管D1也因電容器C1的損壞而過流擊穿短路，失去整流作用充電功能失效，最后導致電動機制動回路失效，在DCS風門調節控制指令結束后，電動機由于慣性原因，轉子仍在轉動，導致風門開度仍在變化，出現失控現象。或者電容器C1充電回路短路，造成V、W相間并接L1運行，電動機轉動異常出現角行程電動執行器抖動現象。

（4）故障處理

檢查電動機制動回路各元件狀態，更換損壞的電容器和二極管。

2結束語

SOFA風門是火電廠燃煤鍋爐的重要控制部件，其調整的精確度和使用的可靠性直接關系到鍋爐煙氣排放合格率，影響到電廠的運行效益。本文通過兩例SOFA風門控制典型故障的分析與處理，介紹了其結構特點和控制原理，可供火電廠的運行維護人員參考和借鑒。

Typical Failure Analysis and Processing Controlof SOFADam per in ThermalPower Plant

CEN Bin，QUAN Hong-wei，Chen Bing-sen
（Guangxi Hydraulic and Electric Polytechnic，Nanning 530023，China）

Based on the structural characteristics of the thermal power plant coal-fired boiler SOFA damper and rotary electric actuator controller，introduces the typical fault and its analysismethod for common SOFA damper control，put forward the daily operation and maintenance considerations for power plant operation and maintenance personnel for reference.

electric actuator；SOFA；fault analysis；fault handling

TM621

A

1672-545X（2016）12-0202-03

2016-09-05

岑斌（1982-），男，助理工程師，本科，現從事電力類專業教學工作；全鴻偉（1983-），男，工程師，本科，主要從事機電類專業教學工作。