CS2024型电子称重式给煤机给煤率异常分析及处理方法介绍

CS2024 型电子称重式给煤机给煤率异常分析及 处理方法介绍 肖榕辉 广东珠海金湾发电有限公司 珠海 519050 摘要 在热力发电厂中 燃料控制系统是机组控制中的重要一环 与机组安全 稳定 经济的运行密切相关 而给 煤机作为燃烧控制系统中最重要的辅机 运行过程中出现给煤率异常 会给机组一个较大的扰动 直接恶化燃烧控 制系统的性能 限制机组出力 影响机组运行的安全性及经济性 广东珠海金湾发电有限公司 3 4 机组给煤机采 用的是上海新拓电力有限公司生产的 CS2024 型电子称重式给煤机 本文针对本厂近年维护过程中该给煤机经常出 现给煤率异常的现象 进行分析及处理介绍 对使用同类型设备的兄弟单位具有借鉴意义 关键词 CS2024 型称重式给煤机 给煤率异常 处理 防范措施 The Analysis of the Abnormal Feeding Rate of the CS2024 Electronic Weighing Type Coal Feeder and Its Solutions Xiao Ronghui Guan Feiran YuKang Guangdong Zhuhai Jinwan Power Company Limited ZhuHai 519000 Abstract In the thermal power station the fuel control system is crucial to the whole unit control system it has close connections with the safety stability economy of the unit operation The coal feeder as one of the most important assisting devices in the fuel control system once shows abnormal feeding rate during operation would deliver a big disturbance to the unit and exacerbate the performance of the fuel control system which would lead to the restriction of the unit output damage to the safety and economy of the unit The unit 3 4 of the Guangdong Zhuhai Jinwan Power Company Limited has adopted CS2024 electronic weighing type coal feeder which is produced by ShangHai XinTuo Power Company Limited According to the abnormal phenomena occurred during the maintenance of the coal feeder in recent years this paper summarizes and analyzes the maintenance processes thus it can provide vital experiences to the plants which possess similar devices Keyword CS2024 Electronic Weighing Type Coal Feeder abnormal feeding rate process preventive actions 1 1 概述概述 上海新拓电力设备有限公司生产的耐压式 CS2024 HP 型号给煤机该型号给煤机具有微机控制电 子称量及自动调速装置功能在运行过程中能根据锅炉燃烧控制系统指令自动调节给煤量 满足锅炉 负荷的要求 其基本结构如图 1 1 所示 1 张紧辊 2 张紧机构 3 挡煤板 4 称重辊 5 称重传感器 6 断煤信号装置 7 清扫机构减速箱 8 皮带输送减速箱 9 称重标定机构 10 张力辊 图 1 1 CS2024 型给煤机机械结构简图 给煤机控制器包含三个硬件包 电源板 CPU 板 电动机速度控制器 另外有附加输入输出组 件 可通过各种组合来满足不同的数字量或模拟量控制要求 该称重式给煤机控制的物理量是燃料 的流量 即给煤率 单位是吨 每小时 为实现这一功能 CS2024 型给煤机通过称重传感器测量 单位皮带长度上煤的重量 同时通过测速发电机测量并换算出皮带的转动速度 二者的乘积得出实 际给煤率 与要求给煤率进行比较 然后调节皮带电机的速度 使给煤率控制在指令值上 图 1 2 给煤机控制原理简图 2 给煤机控制原理给煤机控制原理 PID BD S INT块块 PID 燃燃料料总总量量测测量量值值 M O 6台台给给煤煤机机输输 出出指指令令平平均均值值 F E D C B A 以以A为为例例 给给煤煤机机指指令令 电电源源板板 PS 微微机机板板CPU A1板板 A2板板 A3板板 光光隔隔 光光隔隔 光光隔隔 变变频频器器电电机机 测测速速探探头头 测测速速传传 感感器器 乘乘积积 速速比比因因子子 定定度度 皮皮带带速速度度 M S 称称重重传传感感器器 皮皮重重 乘乘积积 重重量量系系数数 定定度度 给给煤煤率率 T M 单单位位选选择择 T H A给给煤煤率率测测量量值值M 给给煤煤率率测测量量值值M 显显示示 T H 内内部部 200 1000HZ 反反馈馈信信号号 4 20MA 内内部部 200 1000HZ 转转换换为为 2000 8000HZ 分分频频 中中控控指指令令 4 20MA 百百分分数数 0 100 运运行行人人员员偏偏置置 CPU微微机机板板中中储储存存及及运运算算 B C D E F燃燃油油总总量量 燃燃料料总总量量测测量量值值 注注 INT块块作作用用 当当燃燃料料控控制制自自动动 在在运运给给煤煤机机放放自自动动时时 某某台台在在运运给给煤煤机机跳跳闸闸或或停停运运 将将置置停停运运给给煤煤 机机输输出出O值值为为18 而而此此时时总总燃燃料料测测量量值值将将减减少少 燃燃料料主主控控PID输输出出O值值将将变变大大 该该O值值作作为为INT块块PID的的 设设定定值值输输入入 与与6台台给给煤煤机机输输出出指指令令平平均均值值相相比比较较 迅迅速速增增大大其其他他给给煤煤机机的的控控制制指指令令 把把煤煤量量拉拉上上来来 电电机机速速度度内内部部控控制制回回路路 内内部部调调速速 PID A1板板输输出出 给给煤煤率率 密密度度 单单位位长长度度体体积积 电电机机速速度度 给给定定值值 测测速速实实际际值值 电电动动机机速速度度指指令令 A2板板输输入入 图 2 给煤机给煤响应原理框图 从上图可以看出 在给煤机 CPU 微机板中 首先接收称重传感器输入一与测得的重量成正比的 信号 这个信号由微处理器板上分辨为 1 4000 12 位 或 0 025 的 A D 转换器转换成一个二进 制数字信号 这个数字与存储在永久存储器 ROM 中的参数进行比较 如果这个数字信号是在可以 接受的范围之内 它就被存储在暂时存储器 RAM 中 接着对从另一个称重传感器来的信号进行同 样处理 这两个信号将进行互相比较以进一步证实它们的正确性 如果比较后发现该两个信号是不 正确的 给煤机转到容积式操作运行 这时控制器就采用存储在内存中的由先前的平均值而定的假 定传感器输出信号进行操作 如果比较后发现该两个信号是正确的 两个传感器的信号相加后减去 毛重 其结果与一个定度因数相乘 该因数是在给煤机定度时得出的 从而得到每单位皮带长度 上的物料重量 这个结果存储在 RAM 中 电动机速度是通过在一段时间中测量与电动机轴相连的交 流测速机所发生的输出脉冲频率来决定的 这种以晶体振荡为参考频率的微处理器测试的精度是 0 025 这个模拟量信号被转换成数字量信号 二进制数 并且与另一个定度因数相乘 该因数 是在定度时获得的 从而得到一个代表皮带每秒速度的数字 最后这个皮带速度与物料重量相乘后 得出给煤率 然后这个结果与给煤率设定值比较后得出误差信号对速度控制器进行控制 而在外部给煤率设定及反馈控制回路中 DCS 首先根据锅炉 BD 指令与实际燃料测量值 PID 控 制器得出每台给煤机的给煤率给定值 给定信号经过控制器 卡件量纲的传递变换 并经过分频把 信号从 A1 指令板送入微机板 CPU 处理器中 CPU 经过内部控制 最后把给煤率通过 A3 反馈卡送至 DCS 这样就实现了给煤机给煤率外部和内部之间个闭环控制 CPU 中给煤机率的计算公式 从上面公式可以看出 给煤率运算中 需要测量的两个量分别为称重传感器测量值和测速传感 器测量值 而其他三个系数 重量系数 皮重因子 速比因子都是定度所得 这几个量的准确度对 给煤率运算的精度影响较大 3 给煤机给煤机给煤率异常给煤率异常分析分析 3 1 给煤机给煤率异常分析流程图 如下图 3 1 给煤率异常 排除机械故障 1 皮带跑偏 2 传动系统变形 3 异物阻碍 按SHIFT SELF TEST 6 观察给定值 给定值稳定否 查给煤率给定信号转容积式运行 N Y 给煤率稳定否 OFF状态 按SHIFT SELF TEST 9观察称重值 1 查调速和测速信号 2 查电机 1 抬起和放下称重块 显示值之差为1500左右 2 抬起和放下时 显示值较稳定 符合上述要求 排除称重系统机械故障 检查电气控制回路 查称重信号 NY N Y 图 3 1 给煤机给煤率异常分析流程图 3 2 历次给煤率异常主要故障原因分析及防范 1 1 机械故障导致给煤率异常 机械故障导致给煤率异常 a 皮带跑偏 b 传动 称重系统变形 c 有异物阻碍 如图 3 2 2010 年 6 月 2 号 3D 给煤机出现煤量波动 波动幅度达到 5T H 65T H 但波动时 间仅持续几分钟 分析判断为大块异物通过皮带导致 图 3 2 大块异物致给煤率异常历史趋势图 经验教训及防范措施 经验教训及防范措施 当给煤机出现短时煤量波动 可先保持观察 如果很快就恢复正常 则基本可判断是因为为大块异物通过皮带导致 同时为保证机械称重和传动装置正常 要求机械专 业每次进行给煤机定检时着重做好如下工作 观察给煤机运行后调整皮带的张紧要合适 观察皮带是否跑偏 皮带无破损 皮带张紧度 合适参考 在空载时 皮带张紧辊筒的滚轮中心在指示器的中下限区域时为最佳状态 加载时 皮 带会变紧 中心会上移 观察 3 根称重托辊都要转动自然 无跳动 表面光洁 观察张力辊筒 皮带下方 称重辊有无松动 松脱现象 如有则拧开轴承端盖紧固处理 检查张力辊筒两端的摆臂是否存在卡涩现象 如有则需要除灰除锈 进行松动处理 检查称重支撑连杆要平直 关节轴承要活络 除灰除锈 喷松锈剂 2 2 称重重量信号处理回路异常导致给煤率异常 称重重量信号处理回路异常导致给煤率异常 2010 年 9 月 10 日上午 4B 磨煤量 21T H 磨电流由 38A 上升至 57A 磨吹扫时内部有较大摩 擦声 机械专业点检员开票停磨检查 磨煤机内部没发现异常 稍微调大了磨辊间隙 然后押票试 运 发现情况依然没改变 磨煤机电流依旧偏大 因此怀疑给煤量异常偏大 联系我们热控专业对 给煤机称重控制系统进行检查 打开给煤机人孔门 检查给煤机内部机械传动机构没发现异常 切至 LOCAL 转动 皮带空载时 但是给煤机面板上有 23T H 煤量显示 初步怀疑称重系统有故障 给煤机切至 OFF 模式 在空载状 态下按 SHIFT SELF TEST 9 观察左右侧称重传感器测量值为 36651 6510 该数值为皮带重量 AD 转换码 正常值应为 600 多 加载时数值为 1368 1309 正常值应为 2000 多 由数值看发现异常 数值与正常数据偏差较大 传感器数值 36651 6510 不对称 差别太 大 加载时的数值反而变小 观察皮带 发现数值小的这边传感器侧皮带很松 于是怀疑皮带张 紧度不对称造成称重虚称 让机务调整张紧度 调至两边一致时 观察参数 SELF TEST 9 问题依 然存在 在微机板上把两个称重传感器插头对换 发现现象一样 仔细观察分析 发现显示数值 365101 6651 不对称 显示屏上下两行数值 是由于下行显示屏显示位数最多为 4 位数 则实际上 数值是对称的 只是下行的最高位没显示出来 此时下行数值应为 36651 表明称重系统测量或 处理回路有问题 通过对称重系统回路流程图分析 造成上述异常可能的原因主要有以下几个方面 称重传感 器故障 CPU 板中 AD 码转换器故障或运算程序出错 电源板故障导致电子元件供电电压不 稳定 根据分析 首先把微机板上两个称重传感器插头拔下 按照图 3 3 测量方法 测得两个称重传 感器 1 2 和 3 4 电阻值均为 350 欧姆左右 同时测量称重传感器 10V 电压正常 白2 红3 黑4 绿1 350 3 5 350 3 5 2 1 5 屏蔽 3 4 模拟地 10V 称重传感器 CPU微机板 图 3 3 称重传感器检测示意图 综合数据 同时咨询厂家意见 一致认为传感器故障可能性很小 更何况两个都故障的可能性 更小 因此怀疑微机板上的 AD 转换器故障 为此 更换新的 CPU 板 故障依然 更换新的电源 板 故障依然 由此判断 CPU 板 电源板应该是正常 最后 把故障再次锁定在称重传感器上 把两个称重传感器更换后 故障消除 分析该次故障是 4 号机组发电机故障抢修后首次启动时发生的 估计是停运时皮带上燃煤较 多 同时太久没运行 煤仓中有剩煤 煤种较湿 水分慢慢下渗沉积在皮带上的燃煤上 导致皮带 负荷过重 称重传感器内部承重应变片形变过度 电阻应变计损坏 导致称重故障 经验教训及防范措施 经验教训及防范措施 称重传感器检测需要综合面板显示及电压 电阻测量数据判断 a 两边称重传感器读数接近 显示屏上下两行数据 b 抬起和放下称重块时 两次显示值之差为 1500 左右 称重块的重量为 34 70kg c 抬起和放下时 显示值较稳定 d 称重传感器端子 1 2 和 3 4 电阻值在 350 3 5 间 供电电压为 10VDC 当给煤机需要长期停运或检修时 在有条件时最好让运行人员烧空或点空皮带上燃煤 避免 皮带长期负荷过重 导致称重传感器应变片损坏 3 3 电机测速信号异常导致给煤率异常 电机测速信号异常导致给煤率异常 2009 年 5 月 19 日 4 炉 A 给煤机给煤率不稳定 波动较大 给煤机停运并把皮带点空后 当我们把给煤机切至 LOCAL 模式下 面板显示选择转速 RPM 显 示时 发现转速显示不稳定 波动较大 为此 如图 3 4 我们把测速传感器送至电源板上的端子 145 146 拆下 测量其电阻偏离 330 欧姆很大 达到 1M 为此判断测速探头故障 拆下测速探头 发现其表面已布满铁锈 观察电机底盘接触处没有密封好 分析应是前几天 下雨 从缝隙渗入导致探头生锈 更换后 速度测量稳定 给煤机给煤率恢复稳定 经验教训及防范措施 经验教训及防范措施 检查其他给煤机 把电机底盘螺丝均打紧 并用密封胶封堵后 近 3 年再也没发生此类事故 图 3 4 测速传感器检测图 4 给煤机电气回路中继电器辅助触点异常导致给煤率波动给煤机电气回路中继电器辅助触点异常导致给煤率波动 2010 年夏季开始 给煤机会出现莫名其妙的给煤率波动甚至给煤机跳闸现象 给煤机运行时 出现给煤量波动 且波动无规律 停运后根据给煤机给煤率异常分析流程图排查 机械装置及控制 回路无发现异常 紧固各端子 重新启动 运行一段时间后给煤率波动现象再次发生 并且发生给 煤机停机现象 但是给煤机和变频器均记录不到报警跳闸代码 打开就地控制柜时可以明显感觉到柜内温度较高 用手背感触电子元件 发现启动和正转中间 继电器很烫 用万用表电阻档测量其辅助触点 发现 FS 触点 6 16 断开 正转继电器 1ZJ 的辅助触 点 B16 B17 在持续测量的 3 分钟时间内会出现跳转现象 时闭合时断开 分析给煤机启动电气控制 原理图 如下图 3 5 图 3 5 给煤机启动部分电气控制原理图 从图中可以看出 1ZJ 的辅助触点 B16 B17 是常开触点 给煤机运行时得电闭合 把信号传递 到变频器作为正转使能信号 如果该信号不稳定 将直接导致变频器运行异常 给煤率波动 FS 继电器的辅助触点 6 16 为常开触点 在给煤机运行时闭合 给煤机电气回路自保持成功 当该触 点在运行中断开 则直接导致启动回路断路 给煤机停机 查明原因 更换继电器后 故障消失 经验教训及防范措施 经验教训及防范措施 该继电器是原厂配供 该型号为 MK3P 1 的继电器耐高温性能差 最高耐温值仅为 55 由 于控制柜内变频器散热量较大 尤其到了夏天季节 导致控制柜内温度很高 达到 50 多摄氏度 继电器性能开始明显变差 变得极不可靠 辅助触点动作出现异常 导致设备异常 因此 继电器 急需换型 2010 年下半年度 逐步把控制柜内独立的中间继电器 FS 启动继电器 1ZJ 正转继电器 2ZJ 反转继电器 3ZJ 清扫电机继电器换型为耐高温性能更好的继电器 MKS3P 耐高温值提高 20 更 换后 继电器运行稳定性提高 有效提高给煤机控制系统运行的稳定性 控制柜内变频器散热量较大导致柜内温度高 会影响柜内电子元件寿命 影响给煤机给煤率 稳定性 因此 可以考虑把内置式变频器更换为外置式变频器 5 给煤机变频器串行通讯故障导致给煤率异常给煤机变频器串行通讯故障导致给煤率异常 2010 年 5 月份至 10 月份 两台机组共发生了 5 次类似现象 见下表 3 6 给煤机给煤率大 幅波动 然后停机 打开就地控制柜发现变频器跳闸 其 HIM 连接器面板显示 HIM ID 1 Ver 1 07 ser B Connectting 循环滚动 查看故障代码为 10 串行故障 SCANport 适配 器断开 更换新变频器后 给煤机重新启动 正常运行 表 3 6 变频器故障检修记录表 拆下故障变频器 送至外协修理 修理报告显示故障原因是 部分电子元件老化损坏 导致通 讯故障 适配器连接失败 变频器为美国 ROCKWELL 公司 型号为 AB 1336F 分析该型号变频器由 于是当时给煤机出厂配供 设计为内置式 散热量较大 到了夏季 为了应对南方台风雨水季节 控制柜都是做密封处理 导致控制柜不能通风对流 柜内温度很高 这严重影响柜内电子元器件的 使用寿命 经验教训及防范措施 经验教训及防范措施 只要不是刮台风下雨天气 打开就地控制柜通风 设法降低控制柜内温度 增加控制柜排气孔 加装排气扇 变频器考虑换型 通过分析调研 使用的变频器存在以 下问题 a 从投产到现在变频器已经使用了 5 年 变频器基本到达使用寿命 部分元器件开始老化 容易出现故障 b 该型号美国公司目前已趋于停产 且该型号原采购价格本来就比同类产品高出好几倍 近 年来进口价格还在不断攀升 每台约在 2 2 万元以上 且供货周期长 海外供货周期一般 都要在 4 个月以上 c 该变频器为柜内安装方式 散热方式不佳 特别是在夏季高温季节 导致控制柜柜内温度 较高 接近 50 摄氏度 严重影响变频器本身及控制柜内其他元器件的使用寿命 经原供货厂家推荐及多方调研 ABB 公司的 ACS 510 外置式低压传动变频器在较多电厂有实际 应用 效果良好 该型号的变频器 其散热性好 运行稳定可靠 且价格相对较低 供货周期短 能有效节约备件维护成本 为此 机组于 2011 年 6 月份变频器进行外挂式换型改造 改造效果如图 3 7 改造后 控制 柜工作环境明显变好 至今为止 变频器没发生过一次故障 大大提高了给煤机给煤率稳定性 图 3 7 变频器改造换型效果图 6 给煤机指令和反馈卡漂移导致给煤率异常给煤机指令和反馈卡漂移导致给煤率异常 2012 年 6 月 12 日 如下图 3 8 B 给煤机和 C 给煤机接受指令都是 58 7 但是 B 给煤机需要 加偏置 14 6 则输出指令和其他给煤机相差 14 6 给煤率反馈才一致 如果不加偏置 偏差很 大 观察给煤率并未波动 怀疑是指令卡和反馈卡漂移导致 对该台给煤机进行校验 并着重对指 令板 A1 和反馈板 A3 标定后 偏差消除 给煤率反馈正常 图 3 8 给煤机指令反馈偏差大画面控制图 经验教训及防范措施 经验教训及防范措施 严格遵守维护规程 定期校验及标定给煤机 7 电源板 微机板故障导致给煤率异常电源板 微机板故障导致给煤率异常 当发现给煤率异常时 可以根据 3 1 流程图进行初步排查 当检查给定 反馈信号 称重信号 测速信号均正常 变频器及电气启动回路也正常时 则引起异常的原因可能是电源板或微机板故障 引起 电源板将交流电压调制成电子控制所要求的负载稳压电压 电源板的输入电压是交流 110V 50 60HZ 通过变压器变成一系列低电压 然后进行整流 滤波和稳压 这些电压及使用这 些电压电子元件见下表 3 9 序号电压电子元件 1 5VDC微处理器 晶体管逻辑电路 TTL 显示和转换板 2 10VDC称重传感器和放大器 3 10VDC放大器 4 15VDC 定度探头 5 15VDC光电离合器输入和定度探头 表 3 9 电源板电压等级及主要负载 15V 电压是与逻辑电路和放大器电路的电源隔离的 此外在 15V 电源的滤波端引出非稳定 电压 24V 供