给煤机变频改造后故障分析及改进措施

林智谋

（天津大唐国际盘山发电有限责任公司 天津）

某发电厂2×600 MW机组采用STOCK EG2490称重式给煤机，每台锅炉配备6台给煤机，基建投产时为滑差电机控制方式，经过十几年连续运行，滑差调速控制单元、控制板件及滑差电机因老化经常出现故障，相应备品备件均需从国外订购，因属于换代产品，价格昂贵且不易采购，设备维护困难，影响了给煤机系统的稳定运行；在2013年结合机组大修对所属的6台给煤机进行了变频技术改造。但改造后存在给煤机无法带载启动及运行中频繁掉闸的问题，成为困扰机组稳定运行的技术难题。专业技术人员通过对给煤机设备系统的特性、结构、原理、参数及各类故障现象进行诊断、分析和处理，最终彻底解决了给煤机变频改造遗留的问题。

一、给煤机变频控制改造概述

给煤机的作用就是根据锅炉负荷的变化，调节给煤量，把原煤均匀地送入磨煤机。本次给煤机变频改造范围包括电机、变频器、测速装置及控制器等4个部分。改造后控制原理为：通过称重传感器测量单位皮带上煤的重量，同时通过测速探头测量并换算出皮带的转动速度，二者的积分得出实际给煤量。经过与要求的给煤量进行比较，然后调节变频器输出频率，使给煤量符合指定值，满足机组负荷的需要。

1.电机改造

将原给煤机电机及滑差电机拆除，更换成三相异步变频电机（均为立式安装，最初变频器电机容量为2.2 kW，后将变频电机的容量提高到3 kW）；对应增加了测速单元（在变频电机与减速箱之间增加了带有测速齿轮的短轴，测速探头安装在电机底座与减速机支座之间增加的过渡连接座上。相关参数见表1、表2，改造前给煤机工频电机和滑差电机见图1，改造后变频电机及测速装置见图2。

表1 给煤机参数

表2 改造前后电气设备参数

2.变频器改造

拆除了滑差控制电机以后，安装了变频器调速控制装置（最初变频器型号为ABB公司生产的 ACS510-01，容量为3 kW）。应用助手型控制盘，中文显示；利用降低谐波的专利技术，无传感器矢量控制。具有两路模拟量输出，用作变频电机转速（或频率）及电流的实时监测，同时方便故障分析；起到了节能和减少维护工作量的效果。

3.控制系统部分改造

图1 改造前给煤机工频电机和滑差电机

图2 改造后变频电机及测速装置

将原来的196控制系统升级为stock公司最新的控制系统Disocont Tersus（简称DT-9），该控制系统性能稳定，操作方便，使用灵活，人机界面信息量大、更智能化。DT-9用于接收DCS指令并反馈信号，给变频器下达启动、停止及速度调节指令信号，并实现依据机组负荷的变化自动调整变频器频率，以达到机组负荷所需要的用煤量。控制系统改造后，给煤机控制精度提高，操作面板为中文触摸屏操作，简单易懂。报警记录增多，可调取大量操作及报警信息。

二、给煤机变频改造后出现的问题及分析

1.启动困难（无法带载启动）

（1）原因分析。改造前给煤机能够根据负荷要求随时带载启动，改造后存在无法带载启动现象。现象为给煤机的低速保护动作掉闸，变频器过流保护未动作；现场临时采取了手动盘车消除板结煤块产生的阻力后，再启动给煤机运行的临时措施。初步分析为变频电机及变频器在启动时输出力矩不足。

经咨询变频器厂家技术人员得知，ACS510-01系列的变频器专门为风机、水泵类型的负载设计的，不适用于皮带物料型负载，从变频器的输出特性曲线可知，ACS510-01系列变频器输出的启动力矩明显偏小，约为恒转矩变频器输出启动力矩的1/4，因而难以实现带载启动。所以，造成了给煤机电机无法实现带载启动；给煤机可以选用ACS800系列或550系列的恒转矩变频器。

（2）改进措施。①将给煤机启动方式由带载启动改为空载启动：停止给煤机运行前，先关闭落煤斗与给煤机之间的煤闸板，待走空给煤机内部的积煤后，再停用给煤机；下次先启动给煤机（同时由DCS发出给煤信号），待给煤机运转正常后，再打开煤闸板，且给煤量由小到大增加，即可实现空载启动。②优化调整ACS510-01型变频器参数，在启动时加入补偿电压，并将允许磁通最优化开启，以提高变频器启动时的输出转矩。③将改造最初配置的容量为2.2 kW的变频电机更换为3 kW的变频电机。④将容量为3 kW的ACS510-01型变频器更换恒转矩输出，容量为4 kW的ACS550变频器。

（3）改进效果。①在采用了空载启动方式后（未更换恒转矩变频器以前），不需手动盘车，给煤机实现了正常启动。②在变频电动机更换为3 kW，变频器由变转矩的ACS510更换为恒转矩的ACS550型（容量为4 kW）后，提高了变频器的启动输出力矩，给煤机实现了正常的带载启动。

2.给煤机变频运行期间常因低速、失速保护动作而频繁掉闸的分析

改造前滑差电机输出转矩较大且恒定，一般情况下给煤机均可稳定运行；只有在给煤机皮带内卡有较大煤块时，方可导致给煤机电机过流保护动作后跳闸。

给煤机变频改造后频繁出现给煤机低速保护（14 r/min，3 s发掉变频器指令）或失速保护（0 r/min，延时10 s发掉变频器指令）跳闸故障，导致磨煤机停用，给机组的安全稳定运行带来隐患，在增大给煤机电机容量及变频器型号后频繁掉闸情况亦未明显好转。

（1）原因分析。①给煤机变频器（ACS550）功率为4 kW（过载能力为1.5倍），给煤机电机功率3 kW，大于原滑差电机功率1.9 kW；给煤机变频电机输出转矩为20.2 N·m，大于原滑差电机输出转矩14.5 kW；比较改造前后功率与转矩数据后，可确定现配置的变频器及电机出力已超过原滑差电机的出力，可排除变频器和变频电机额定出力不足引起的掉闸；通过核对变频器参数设置，也排除了因变频器参数设置不当导致的输出力矩不足。②在机组运行期间，每台给煤机供煤量一般在30～70 t/h，对应的给煤机控制面板发给变频器的频率指令为11～18 Hz左右，依据变频电机的频率—转矩曲线可知，在10～20 Hz范围运行时，给煤机变频电机对应的输出转矩为4.04～8.08 N·m。当给煤机煤质发生变化而阻力增加到大于变频电机运行中的输出转矩后，因频率指令没有增加，变频电机输出转矩也没有相应的变化，从而导致了电机转速降低，直至低速或失速保护动作掉闸。所以，应提高变频电机的运行频率，来增加变频电机的输出转矩。

若用单独提高变频器的运行频率来增加变频电机的输出转矩，将导致给煤机皮带运转速度成倍增加，超过给煤机额定出力，这一措施显然不能采用。通过提高给煤机减速机转速比的方法，既可起到提高给煤机电动机运行频率（输出转矩）的作用，也可保证给煤机在正常工况下运行。③给煤机低速保护（14 r/min延时3 s）和失速保护动作时间（0 r/min延时10 s）早于变频器输出转矩增加到额定转矩的时间（60 s），过早地停用了变频器而限制了变频电机的出力。④测速圆盘、测速探头的松动、脱落和间隙变化会造成速度信号不准确，导致给煤量的不稳定或掉闸。

（2）改进措施。①取消给煤机低速掉闸保护，改为报警。②取消给煤机失速掉闸保护，改为报警。③更换给煤机减速机（转速比由1/100改造为1/70），以提高给煤机变频电机的运行频率，从而提高变频电机的输出转矩。④改进测速方式及测点位置。

（3）改进效果。①取消了给煤机低速、失速掉闸保护后，给煤机变频器有了足够的时间用于增大输出转矩，使给煤机运行中掉闸的次数大幅降低；若给煤机存在机械犯卡故障，则由给煤机变频器过流保护动作跳闸。②更换了给煤机减速机后，提高了变频电机运行频率，使变频电机运行在30 Hz左右，输出转矩提高到12.12 N·m，克服了运行中的阻力变化情况（卡大块和机械故障除外），使给煤机、磨煤机系统得以稳定运行。③改变了测试装置的位置后（转速测点安装在电机后侧轴端），提高了测速装置运行的可靠性。

三、结语

（1）给煤机变频改造时，因相关专业知识的限制，未考虑到改造设备的固有特性和匹配问题，未考虑到减速机转速比、低速、失速掉闸保护对变频电机出力及运行的影响，因而产生了一系列的遗留问题。通过专业技术人员的不断分析、研究和改进，最终彻底解决了问题，使这次技术改造工程得以圆满完成，使得改造后的给煤机设备稳定运行；这些改进措施也可以推广到同类型的给煤机变频改造工程。

（2）技术改造工程必须由有相关专业设计资质的人员依据现场实际情况、设备及系统的特性、原理进行设计，必须由机务、电气和热控专业技术人员共同会诊，对设计及技术方案进行严格的技术论证和把关。

（3）对于多台同类型生产设备的技术改造工程，可以先改造一台，待取得成功经验后，再改造其余设备。这样，既可避免影响生产设备的稳定运行，又可节省很多不必要的多次订购、更换设备和繁琐的后续完善工作。