火電廠給煤機控制回路優化與應用

孫 巖

（寧夏棗泉發電有限責任公司，寧夏 寧東 750411）

0 引言

電子稱重式給煤機是火電廠的重要輔機設備之一，通過自身的自動調節和控制功能將原煤定量輸送到磨煤機，形成給煤率信號，滿足鍋爐自動控制的需要，并定時記憶進入鍋爐的燃煤量，同時形成累計煤量信號。

本公司現有兩臺660MW 超超臨界機組，每臺機組配置6 臺STOCK CS2024 型電子稱重式給煤機，由上海發電設備成套設計研究院提供，每臺給煤機同步配置低電壓穿越裝置。

2018 年3 月19 日，#1 機組負荷400MW，總燃料量205t/h，1B、1C、1E、F 制粉系統運行，F 給煤機電流4.6A，給煤機電機轉速739r/min，瞬時煤量47.4t/h。F 給煤機電流、電機轉速、瞬時煤量同時突降至0，20s 后F 給煤機就地停運且遙控信號消失，總燃料量由205t/h 突降至162t/h，經過短時調整后機組運行趨于穩定。

國內大型火電廠主要使用STOCK 型或類似原理的給煤機，且均存在此類問題，所以本文將從故障發生原因及解決方案兩方面進行詳細剖析。

1 控制原理

1.1 控制回路組成

STOCK 型給煤機是一種帶有微機控制的電子稱量及自動調節裝置的帶式給料機，具有自動調節和控制的功能，給煤機精度達到±0.25%。給煤機控制部分主要由CPU 板、電源板、輸入輸出板（A1 板、A2 板、A3 板）、變頻器及繼電器等元器件組成。電源板主要是將交流電壓調制成電子控制所要求的負載穩壓電壓，由I/O 信號的光電隔離和輸出接點信號的繼電器等組成。給煤機輸入輸出板安裝在電源板上，所有進入微機板的輸入信號都在電源板上進行光電隔離。輸入板Al 為輸入電流-頻率轉換板，其功能是將給煤率設定信號4mADC ～20mADC 電流信號轉換成0kHz ～10kHz 信號；A2 為頻率-電流轉換板，將數字量的電動機速度設定信號轉換成模擬量速度設定信號，用來控制變頻電機速度控制器；A3 為輸出頻率-電流轉換板，是一個反饋組件，通過A3 板將輸出的數字信號轉換成所需的4mA ～20mA 電流反饋信號[1]。

1.2 主要控制邏輯說明

STOCK 型給煤機通過CPU 板存儲器中的程序實現輸入輸出信號的計算，并將相關信息顯示在觸摸屏面板上，實現給煤機各種方式運行和跳閘功能、煤量顯示、煤量控制，并具有故障自動檢測功能。當給煤機出現故障時，會自動產生故障碼，系統自動報警，方便給煤機故障的查詢，為及時定位故障點帶來極大便利。CPU 板存儲器中的主要控制邏輯如下：

1）觸摸屏面板上REMOTE（遙控）鍵、OFF（停止）鍵、LOCAL（本地）鍵、JOG（點動）鍵、F2（功能）健，實現給煤機就地啟動停止等操作。當給煤機在LOCAL 模式時，皮帶上不可以給煤，否則經過2s 延時后，給煤機將自動停止，并產生故障碼08；按OFF-SHIFT-F2 鍵后，可使皮帶傳動電動機反轉，便于維修工作。

2）給煤控制器在接收到DCS 傳來的給煤量需求指令后，將給煤指令與瞬時給煤量進行比較，根據偏離大小經PI 運算處理，輸出相應4mA ～20mA 控制信號；將該信號送至變頻器處理，由變頻器改變電機轉速的快慢，從而改變皮帶轉速；系統穩定性補償是由軟件提供的，當稱重傳感器故障時，給煤機可產生故障碼10，當電機轉速指令與反饋偏差大于1000r/min 且超過20s 后，給煤機故障停車并輸出故障碼12。

3）當給煤機實際運行時，若出現皮帶跑偏或給煤機皮帶異物造成卡澀，變頻器或變頻電機故障（含測速發電機故障），則給煤機系統就會進行自診斷，延時10s 后給煤機故障停車并輸出故障碼 03[2]。

4）當給煤機在遙控運行方式時，若出現給煤機出口堵煤信號，經延時后給煤機故障停車并輸出故障碼07。在機組投運初期，出現過給煤機出口堵煤信號誤報導致給煤機停運的事件，經評估后此信號先只做報警，不做停給煤機信號。

根據給煤機長時間的故障統計，各類故障中03 和10故障碼出現較多，提高給煤機控制回路可靠性和稱重系統的準確性，能有效降低給煤機的故障率。

2 故障原因分析

事件發生后，熱工人員在給煤機就地控制面板中查閱故障信息，給煤機控制面板中報故障碼03（測速電機反饋消失），故障類型為跳機。導致03 故障碼觸發的原因[3]有：

1）電機卡堵不轉，導致測速異常。

2）測速探頭故障，導致無法測量給煤機轉速。

3）電源板工作異常，導致繼電器無法啟動變頻器工作。

4）變頻器啟動控制回路異常，導致變頻器無法正常工作。

熱工人員檢查測速探頭送至控制柜接線、變頻器內部接線、各繼電器端子接線無松動，根據給煤機故障信息，為驗證給煤機跳閘的具體原因，做了以下試驗。

試驗1：就地啟動F 給煤機后，拆1ZJ 繼電器至變頻器接線，如圖1 給煤機控制回路圖所示。

試驗結果：電機轉速和電機電流同時突降至0A，20s后給煤機停運，并報故障碼03，測速電機反饋消失。

試驗2：遠方啟動F 給煤機后，拆測速探頭信號。

試驗結果：只有電機轉速信號突降至0，電機電流小幅上升，20s 后給煤機停運，電機電流降為0A，同時給煤機控制方式切至就地，同樣報故障碼03，測速電機反饋消失。

經過以上試驗并結合歷史曲線分析：給煤機停運前，電機電流未異常增大，故排除驅動電機卡堵；檢查給煤機電機測速探頭安裝牢固，探頭電阻310Ω 穩定，測速探頭正常。另外，如電機測速信號丟失，會出現只有測速信號突降，電機電流和瞬時煤量應正常輸出，實際為給煤機的3 個模擬量信號同時突降至0，故排除電機測速信號異常導致的給煤機跳閘。給煤機3 個模擬量同時突降時清掃鏈仍正常運行，直至給煤機跳閘。由此判斷，跳閘時FS 繼電器自保持回路正常，電源板上K3、K6 繼電器工作正常。

結合給煤機的實際跳閘試驗，確定觸發給煤機跳閘的原因為1ZJ 繼電器工作異常，使得送至變頻器的閉合觸點斷開，導致電機停轉，給煤機跳閘。

3 給煤機控制回路優化

3.1 控制回路改造

為提高給煤機運行的可靠性，在給煤機控制回路中增加與1ZJ 同樣功能的繼電器，命名為4ZJ，將1ZJ 和4ZJ 兩個繼電器的常開觸點并聯送至變頻器。增加的繼電器及觸點回路如圖2 所示（用紅色實線繪制的元器件為新增回路）。啟動變頻器信號，使用1ZJ 和4ZJ 繼電器的常開觸點并聯，實現了啟動回路的冗余，極大地提高了變頻器啟動回路的可靠性。

圖1 給煤機控制回路圖Fig.1 Control circuit diagram of coal feeder

圖2 增加4ZJ繼電器后的給煤機控制回路Fig.2 Coal feeder control loop after adding 4ZJ relay

3.2 改造后試驗

熱工人員接線完畢后，確認給煤機具備試轉條件。聯系運行人員將給煤機控制回路送電，并按以下步驟進行繼電器的插拔實驗：

1）熱工人員在就地啟動給煤機，給煤機啟動后，熱工人員先從繼電器底座拔出1ZJ 繼電器并等待1min，確認給煤機不跳閘，停運給煤機。

2）斷開給煤機控制回路電源空開CB2，恢復1ZJ 繼電器。

3）將給煤機控制回路電源空開CB2 合閘，熱工人員在就地啟動給煤機，給煤機啟動后，熱工人員從繼電器底座拔出4ZJ 繼電器并等待1min，確認給煤機不跳閘，停運給煤機。

4）斷開給煤機控制回路電源空開CB2，恢復4ZJ 繼電器。

熱工人員分別拔出1ZJ 和4ZJ 繼電器后，給煤機不發生跳閘，說明回路接線改造成功。

4 結束語

通過對STOCK CS2024 型電子稱重式給煤機控制回路的改造，兩年多來未出現過因熱控設備導致給煤機跳閘事故，給煤機控制系統可靠性得到顯著提高，有效降低了給煤機故障率，使機組運行更加安全、可靠，為更好參與電網調峰打下了良好的基礎，對使用同類型設備的兄弟單位具有借鑒意義。