西北某電廠輸渣機清掃鏈斷鏈保護的優化實踐

閆占智

（酒鋼（集團）能源中心，甘肅嘉峪關735100）

1 概述

西北某電廠4臺350 MW機組設計為發-變-線單元機組，鍋爐采用燃煤超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐。鍋爐排渣系統采用青島達能環保設備股份有限公司生產的JGJJ3 GWS14×47型風冷式鋼帶輸渣機。

清掃鏈結構如圖1所示，為邊雙鏈刮板輸送結構。

圖1 輸渣機清掃鏈結構示意圖

主動軸在渣倉上部，從動軸在輸渣機的最尾端，兩條鏈條分別位于刮板兩邊，主動軸和從動軸為兩側同軸，單馬達驅動，單側鏈條只有主動軸是有牙鏈輪，中間全部為單側鏈條的支撐鏈輪。從動軸和所有單側支撐鏈輪均為無牙結構。清掃鏈為變頻驅動，轉速可無級調整。該電廠4臺350 MW機組長期接近滿負荷運行，同時鍋爐摻燒煤種多樣，煤質成分差，硫份高、灰份大，造成鍋爐燃燒狀況差。爐膛結焦嚴重、排渣量大，渣塊硬的現狀給輸渣系統帶來了前所未有的壓力。輸渣機的清掃鏈經常出現卡渣、刮板偏斜、鏈條拉斷的現象。

清掃鏈斷鏈保護工作原理：該清掃鏈斷鏈保護采用的是目前行業較常用的脈沖翻轉延時動作的原理，清掃鏈斷鏈保護探頭安裝在從動軸一側的外部轉軸上，采用金屬接近開關感應牙盤脈沖原理，一周共計6個感應脈沖，如圖2所示，電路保護原理如圖3所示。

圖2 斷鏈保護脈沖檢測原理

圖3 斷鏈保護電路原理

清掃鏈運行時KM5吸合，KA19隨金屬接近開關的感應信號不斷吸合與斷開，兩個時間繼電器KT3和KT4不斷循環延時，未發生斷鏈故障時，KT3和KT4均不能到達設定時間，斷鏈保護不動作；當發生斷鏈故障后金屬接近開關感應信號不再變化，KT3或KT4不再相互循環帶電，則最終有一個會達到設定時間而觸發KA12斷鏈保護動作。

2 存在問題及原因分析

2.1 事后報警，設備損壞嚴重

清掃鏈斷鏈保護探頭安裝在從動軸一側，從動軸為兩側同軸，當單側鏈條斷鏈時，從動軸由于對側鏈條繼續運行，并不能及時停轉，斷鏈保護不能及時觸發動作。未斷鏈條繼續運行，會造成刮板嚴重偏斜，甚至扭曲變形，只有雙側鏈條都發生斷鏈故障時，從動軸才徹底停轉，而此時造成的設備損傷已經較為嚴重，修復難度較大，處理時間較長。

2.2 保護原理存在延時停機，加劇了設備修復難度

時間繼電器KT3和KT4只能設定固定時間，牙盤運行一周，采集的感應脈沖數量較少，而清掃鏈設計為變頻可調速運行。時間繼電器設定時間太短，則可造成清掃鏈低轉速時誤報斷鏈故障停機。時間設定太長，則雙側鏈條都發生斷鏈故障后設備停機延時較長，造成大量鏈條堆積，加劇了設備修復難度。

以上因素是導致該廠輸渣機清掃鏈斷鏈故障后，不能及時停機且設備損壞較為嚴重的主要原因。

3 解決方法

3.1 人員判斷斷鏈依據與邏輯對應，見表1。

表1 人員判斷斷鏈依據與邏輯對應

3.2 根據對應邏輯和現場實際制定優化方案

3.2.1 利用雙側鏈條的相對位置偏差來時實現斷鏈保護的提前報警。

設計原理為：安裝兩個脈沖檢測探頭，分別檢測兩側鏈條的運行情況，當兩側的探頭檢測到的脈沖數量不一致時，或脈沖數量偏差超過一定值時，判斷為兩側鏈條運行不同步，清掃鏈刮板偏斜，由于鏈條較長，存在一定量的拉伸彈性，可根據實際情況設定偏差值的大小，即可實現斷鏈前的保護動作。

（1）接近開關脈沖檢測點的選取

分析清掃鏈鏈條受力情況，下層鏈條是刮板負荷受力區，是發生斷點的區域，上層鏈條不是刮板負荷受力區，不會發生斷點。當刮板負荷超載時，下層鏈條斷鏈后上層鏈條不再同步運動，同時考慮兩側鏈條的偏斜情況，從動軸附近鏈條的無負載區是最佳檢測點。為保證檢測脈沖信號的穩定可靠，減少鏈條擺動的影響，接近開關安裝于從動軸一端上層第一個支撐鏈輪上。

（2）通過邏輯編程實現脈沖信號的判斷邏輯

當A側檢測到1個脈沖信號后，B側也應接收到1個脈沖信號，此時說明兩側鏈條在同步運行，刮板沒有偏斜現象；當A側檢測到的脈沖數量和B側檢測到的脈沖數量不一致時，說明兩側鏈條運行不同步，刮板產生了偏斜，即可發出報警或停機。實際應用中考慮鏈條的彈性伸縮和刮板的正常允許偏斜量，可根據實際調試情況人為設定脈沖偏差值以達到誤報警和可靠報警之間的最佳狀態。

3.2.2 兩側鏈條分別實現脈沖翻轉延時動作保護

利用上述安裝的檢測接近開關，在邏輯中分別實現兩側鏈條的單獨保護。當A側檢測到1個脈沖信號后，開始計時，在一定時間內A側應檢測到第二個脈沖，說明A側鏈條運行正常；當在規定時間內A側沒有檢測到第二個脈沖，說明A側鏈條出現了停運或減速的異常狀況，則判斷為A側鏈條斷鏈。B側同理。

3.2.3 考慮實際情況，為防止脈沖檢測有偶爾丟失脈沖或脈沖重疊的現象，同時考慮鏈條的正常允許偏斜，設計定時置位邏輯，間隔固定時間檢測兩側脈沖偏差是否在正常運行范圍內。當兩側脈沖偏差值在正常運行范圍內，則置位兩側脈沖偏差值為0，此時認為清掃鏈運行正常，不存在異常偏差。當偏差值超過正常允許范圍時，則不置位，此時認為刮板有所偏斜，但不存在斷鏈風險。當偏差值達到設定的保護值時，認為刮板偏斜嚴重，發出停機信號。

3.2.4 設置保護動作后延時自動復位邏輯，防止設備保護動作后無法啟動。保護邏輯框圖見圖4所示。

圖4 保護邏輯框圖

3.3 現場實施中需注意的問題

3.3.1 邏輯程序中需設定的時間參數和脈沖數量參數，需在調試和運行過程中不斷總結試驗確定，隨著鏈條變形老化，參數值可能也會發生變化。

3.3.2 邏輯編程時，將一個脈沖的上升沿和下降沿作為計數和計時依據，可使采集精度增加一倍，保護精度更高。

3.3.3 邏輯編程時考慮不同保護的投退選擇及故障復位預留口。

3.4 改造效果

2017年該電廠在兩臺輸渣機上進行了清掃鏈鍛煉保護優化改造,經過現場調試，改造后保護動作效果明顯，保護動作準確率大幅提高。報警檢測趨勢如圖5所示。

圖5 改造后報警趨勢圖

4 結束語

輸渣機系統是電廠鍋爐重要的輔助設備，其可靠性直接影響機組的穩定出力，該電廠在大量摻燒非設計煤種的情況下，鍋爐運行工況極為惡劣，輸渣系統的安全可靠顯得更為重要。該電廠的輸渣機清掃鏈斷鏈保護的優化，分析了邊雙鏈刮板機的運行特性，模擬人員的觀察判斷思維建立邏輯模型，用科學的方式完善了該廠輸渣機清掃鏈的斷鏈保護，通過應用實踐取得了很好的效果。

該斷鏈保護設計運用了相對偏差的保護概念，可應用于所有邊雙鏈類型的輸送設備的保護，對物料輸送設備的使用單位以及輸送設備設計制造單位的優化改進具有良好的參考借鑒意義。