火電廠SOFA風(fēng)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(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530023）

火電廠SOFA風(fēng)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(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530023）

結(jié)合火電廠燃煤鍋爐SOFA風(fēng)門及其角行程電動執(zhí)行控制器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹SOFA風(fēng)門控制中常見典型故障及其分析處理辦法，提出日常運(yùn)行維護(hù)注意事項(xiàng)，可供火電廠運(yùn)行維護(hù)人員借鑒。

電動執(zhí)行器；SOFA；故障分析；故障處理

SOFA是火電廠鍋爐分離燃盡風(fēng)的簡稱。在火電廠燃煤鍋爐中，為降低燃燒時(shí)生成的NOx（氮氧化物，約95%NO和5%NO2），在鍋爐爐膛內(nèi)采用分級送風(fēng)方式，由主燃燒器上部單獨(dú)送入熱風(fēng)并與爐膛內(nèi)風(fēng)形成反切，消除爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)，減少偏差，加強(qiáng)燃燒后期擾動，使燃燒完全，降低飛灰含碳量，減少NOx的生產(chǎn)。廣西田東電廠2013年將兩臺420 t/h燃煤鍋爐進(jìn)行了低氮燃燒技術(shù)改造，更換了燃燒器，在鍋爐爐膛上部燃燒區(qū)新增加了四層SOFA風(fēng)管道，并在SOFA風(fēng)管道上安裝了風(fēng)門角行程電動調(diào)節(jié)執(zhí)行器用于調(diào)節(jié)進(jìn)入爐內(nèi)的風(fēng)量和風(fēng)向，遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)控制則在火電廠中控的DCS上完成，運(yùn)行人員可在中控室監(jiān)控屏上實(shí)時(shí)觀察到各個(gè)SOFA風(fēng)門的開度及分離燃盡風(fēng)量的大小。

由于兩臺機(jī)組低氮燃燒技術(shù)改造共安裝了40臺SOFA風(fēng)門，每臺SOFA風(fēng)門角行程電動執(zhí)行器均安裝在離鍋爐只有1 m的通風(fēng)管道上，屬高溫、多塵環(huán)境，此外，運(yùn)行過程中風(fēng)量較大，風(fēng)管振動也大，在如此惡劣工作環(huán)境下，SOFA風(fēng)門的監(jiān)控經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，成為日常運(yùn)行維護(hù)工作的重點(diǎn)，如果不能及時(shí)迅速排查并處理SOFA風(fēng)門的故障，直接影響鍋爐排放，無法滿足環(huán)保部門對電廠排放實(shí)時(shí)在線監(jiān)管的要求，甚至停機(jī)整改，對電廠經(jīng)濟(jì)效益影響較大，因此，了解SOFA風(fēng)門常見故障，掌握故障排查及處理辦法，對火電廠的運(yùn)行維護(hù)人員具有重要的意義。

1 SOFA風(fēng)門常見故障分析與處理辦法

SOFA風(fēng)門因其處于高溫、多塵、振動大的工作環(huán)境，使用過程中各電氣元件受影響較大，經(jīng)常出現(xiàn)的故障有：SOFA風(fēng)門開度值在DCS上無顯示；SOFA風(fēng)門調(diào)節(jié)指令已發(fā)出但風(fēng)門拒動；SOFA風(fēng)門開度在DCS上顯示為跳變狀態(tài)；SOFA風(fēng)門開度值在DCS上顯示與現(xiàn)場實(shí)際值存在較大偏差；SOFA風(fēng)門電動執(zhí)行器驅(qū)動電機(jī)頻繁燒毀；SOFA風(fēng)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(guān)閉動作。以下選擇兩個(gè)典型故障進(jìn)行分析和處理。

1.1 SOFA風(fēng)門開度值在DCS上無顯示

（1）故障現(xiàn)象

SOFA風(fēng)門開度值在DCS上無顯示或在DCS上顯示為-25%.

（2）SOFA風(fēng)門開度檢測原理

SOFA風(fēng)門的開度是由安裝于風(fēng)門執(zhí)行機(jī)械機(jī)構(gòu)處的位置反饋電位器進(jìn)行檢測，其將執(zhí)行器機(jī)械機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成一個(gè)與風(fēng)門開度對應(yīng)的0~5 V電壓信號，并送至電動執(zhí)行器控制電路板進(jìn)行信號處理后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4~20 mA（對應(yīng)于風(fēng)門全關(guān)~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(fēng)門開度值（用百分?jǐn)?shù)表示）在主控室監(jiān)控界面顯示出來并記錄到運(yùn)行數(shù)據(jù)庫中。圖1為SOFA風(fēng)門開度信號檢測示意圖。

圖1 SOFA風(fēng)門開度信號檢測示意

（3）故障原因分析

鍋爐運(yùn)行過程中，SOFA風(fēng)門開度值在DCS上無顯示，可判斷風(fēng)門處于失控狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)門全關(guān)時(shí)，對應(yīng)的開度值應(yīng)為0%，如開度值顯示為-25%，可認(rèn)為是開度信號斷線狀態(tài)，這均可能引發(fā)停機(jī)事故。根據(jù)圖1的風(fēng)門開度檢測原理，引起故障的原因大致有：

①SOFA風(fēng)門角行程電動執(zhí)行器的位置反饋電位器損壞導(dǎo)致無信號輸出。

②SOFA風(fēng)門角行程電動執(zhí)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(fēng)門角行程電動執(zhí)行器與DCS的AI模塊之間連接線斷開。

④DCS系統(tǒng)的AI模塊的角行程電動執(zhí)行器開度反饋信號通道故障。

⑤SOFA風(fēng)門角行程電動執(zhí)行器的DCS系統(tǒng)的AI模塊損壞。

（4）故障處理

根據(jù)上述可能存在的故障原因，可采用標(biāo)準(zhǔn)信號源加故障排除法按以下步驟處理此故障。

①現(xiàn)場觀察風(fēng)門位置反饋電位器與風(fēng)門機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接及安裝是否正確，機(jī)構(gòu)動作與電位器的動作是否對應(yīng)，確保無機(jī)械傳動故障。

②使用萬用表檢測風(fēng)門位置反饋電位器的工作電源電壓及輸出信號電壓，并現(xiàn)場手動控制改變風(fēng)門開度，根據(jù)所測的電壓信號與現(xiàn)場機(jī)械指示的開度信號進(jìn)行對應(yīng)，判斷風(fēng)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(tǒng)的AI模塊電動執(zhí)行開度反饋信號通道的引入線，用標(biāo)準(zhǔn)信號源在此通道加入一個(gè)4~20 mA（具體數(shù)值可由維修人員自定，最好采用多個(gè)試驗(yàn)值來進(jìn)行比對）電流信號來檢測判斷AI模塊及后續(xù)的DCS監(jiān)測系統(tǒng)是否正常。如果DCS監(jiān)控還是沒有開度顯示數(shù)據(jù)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(jiān)控開度顯示數(shù)據(jù)正確，說明AI模塊是完好的。

④同上方法，拆下電動執(zhí)行器控制電路板風(fēng)門開度反饋輸出信號的連接線并用標(biāo)準(zhǔn)信號源在此處加入一個(gè)4~20 mA電流信號用來檢查并判斷風(fēng)門開度反饋信號線是否完好。因?yàn)榇诉B接信號線很長，彎折較多，易產(chǎn)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(fēng)門電動執(zhí)行器控制電路板故障，需進(jìn)行更換處理。實(shí)際工作中，也多次發(fā)現(xiàn)該電路板因工作環(huán)境較為惡劣引起電子元件損壞導(dǎo)致的故障。

1.2 SOFA風(fēng)門開度在DCS上顯示跳變狀態(tài)

（1）故障現(xiàn)象

SOFA風(fēng)門開度在DCS上顯示為停止調(diào)節(jié)控制后仍在變化，有失控現(xiàn)象，現(xiàn)場查看發(fā)現(xiàn)風(fēng)門角行程電動執(zhí)行器動作有抖動現(xiàn)象。

（2）SOFA風(fēng)門角行程電動執(zhí)行器電氣控制原理

圖2為SOFA風(fēng)門角行程電動執(zhí)行器電氣控制原理圖，執(zhí)行器的電動機(jī)為普通三相交流異步電動機(jī)，其控制基本上采用的是帶有互鎖功能的電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路。由于電動機(jī)有慣性，在開度調(diào)整終了時(shí)，如不及時(shí)采用制動措施，電動機(jī)由于慣性的原因會繼續(xù)轉(zhuǎn)過一定角度，形成超調(diào)，直接影響到風(fēng)門調(diào)節(jié)控制的質(zhì)量，包括調(diào)節(jié)控制的時(shí)間和精度。為此，在電動機(jī)的控制回路中，增加了一個(gè)由L1、D1、C1以及KM1、KM2接點(diǎn)組成的制動回路。

圖2 SOFA風(fēng)門電氣控制原理圖

當(dāng)運(yùn)行操作人員從DCS操作員站發(fā)出風(fēng)門開度調(diào)節(jié)指令時(shí)，其出口繼電器K1或K2動作，接通KM1或KM2線圈，控制電動機(jī)主回路接通，風(fēng)門角行程電動執(zhí)行器控制風(fēng)門增加開度或減小開度。在KM1或KM2動作、風(fēng)門開度調(diào)節(jié)期間，380 V交流電經(jīng)阻尼電感L1、二極管D1進(jìn)行半波整流后給制動電容器C1充電，直至C1充滿電為止。

當(dāng)風(fēng)門調(diào)節(jié)控制指令結(jié)束，K1、K2均復(fù)歸，KM1、KM2也斷電復(fù)歸時(shí)，電動機(jī)主回路斷電，此時(shí)，充滿電的電容器C1經(jīng)KM1、KM2常閉輔助觸點(diǎn)、電動機(jī)V、W兩相線圈放電，實(shí)現(xiàn)直流能耗制動，讓電動機(jī)轉(zhuǎn)子迅速停下來，從而提高風(fēng)門開度調(diào)節(jié)控制的精度。

（3）故障原因分析

根據(jù)故障現(xiàn)象及對電氣控制原理圖的分析，電動執(zhí)行器能動作，方向也正確，說明電動機(jī)的電源相序正確，遠(yuǎn)方控制K1、K2回路正常，KM1、KM2能夠動作，出現(xiàn)SOFA風(fēng)門開度在DCS上顯示為跳變值，變化不連續(xù)，不平穩(wěn)，應(yīng)該跟電動機(jī)的制動回路有關(guān)。

風(fēng)門開度控制的電動機(jī)采用電容充放電實(shí)現(xiàn)的能耗制動，結(jié)構(gòu)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(jī)控制回路中。但由于SOFA風(fēng)門每調(diào)節(jié)動作一次，電容C1就被大電流充放電一次，同時(shí)工作環(huán)境也較為惡劣，溫度高，長時(shí)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(dǎo)致電動機(jī)制動回路失效，在DCS風(fēng)門調(diào)節(jié)控制指令結(jié)束后，電動機(jī)由于慣性原因，轉(zhuǎn)子仍在轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致風(fēng)門開度仍在變化，出現(xiàn)失控現(xiàn)象。或者電容器C1充電回路短路，造成V、W相間并接L1運(yùn)行，電動機(jī)轉(zhuǎn)動異常出現(xiàn)角行程電動執(zhí)行器抖動現(xiàn)象。

（4）故障處理

檢查電動機(jī)制動回路各元件狀態(tài)，更換損壞的電容器和二極管。

2結(jié)束語

SOFA風(fēng)門是火電廠燃煤鍋爐的重要控制部件，其調(diào)整的精確度和使用的可靠性直接關(guān)系到鍋爐煙氣排放合格率，影響到電廠的運(yùn)行效益。本文通過兩例SOFA風(fēng)門控制典型故障的分析與處理，介紹了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和控制原理，可供火電廠的運(yùn)行維護(hù)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(xiàn)從事電力類專業(yè)教學(xué)工作；全鴻偉（1983-），男，工程師，本科，主要從事機(jī)電類專業(yè)教學(xué)工作。