降低干散货码头流程设备电气故障率研究

苗镇发

（青岛港国际股份有限公司前港分公司，山东青岛 266500）

0 引言

沿海港口的现代化干散货码头，单套设计吞吐量都在千万吨级以上，为提高装卸效率，采用专业化流程设备进行煤炭、矿石的装卸作业。流程化设备主要包括卸船机、皮带机、堆取料机、装车机、装车楼等，单条流程作业线装卸效率通常在每小时5 千吨左右，能力高的单条流程线装卸效率可达每小时1 万吨以上。流程化作业方式具有点多、线长、面广的特点，任何一个环节的设备出现故障，都会使整条流程线的装卸作业中断。在流程设备故障中电气故障占了较大比重，因此，降低流程设备故障率，尤其是降低流程设备电气故障率，对于保障干散货装卸流程的正常运行，提高装卸效率和码头吞吐量，具有重要意义。

1 总体方案

提高流程设备中控系统的稳定性，主要包括PLC 柜进线电源采取抗杂波干扰措施，提高电源质量；中控系统安装防浪涌装置，采取技术措施，防止现场单条皮带机线路故障影响中控系统正常运行；提高皮带机安全保护装置可靠性；加强皮带机驱动电机管理；提高装船机、堆取料机与皮带流程连锁信号的稳定性；增强皮带机高压电机柜和低压制动器柜一次回路和二次回路设备的可靠性。

2 改造方案

2.1 提高中控控制系统的稳定性

中控室是整个码头的控制中心，控制码头所有皮带机及其附属设备，与装船机、堆取料机、装车机、翻车机PLC 保持联锁控制。通过长期跟踪研究，发现控制电源的供电质量，直接影响PLC 控制设备的稳定运行。供电电源电压的瞬间大幅度波动，极易使流程设备瞬间无故障停机，进而造成设备带载启动困难。在PLC 控制柜供电电源进线端加装带屏蔽接地层的隔离变压器，安装在线式UPS（不间断电源），抑制高频杂波传入控制回路。因为对负载的供电是由UPS 的逆变器提供，从根本上消除了来自市电网络的电压波动和干扰对负载工作的影响，真正实现对负载的无干扰稳压供电。当市电电压变化范围为180～250 V 时，UPS电源输出的电压可稳定在220 V±3%范围内，解决了供电电网电压瞬间大幅度波动，造成PLC 输出瞬间关断，皮带瞬间全线停机和带载启动困难的问题。另外，UPS 电源可靠接地，也能防止零地电压影响UPS 工作的稳定性。

2.2 PLC 通信网络加装浪涌吸收设备

良好的接地是PLC 可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的过电压冲击。为防止其他设备的干扰，PLC 需要独立的接地线，接地点应与动力设备的接地点分开。前港煤码头在投产后不久的一次剧烈雷暴天气后，皮带流程无法启动，排查后发现整个码头与装船机PLC 连接的通信网络上，包括装船机PLC、中控PLC、堆取料机PLC 在内的通信模块全部损坏，损坏的模块经过生产厂家分析鉴定，确认是雷电感应造成PLC 通信线路产生了尖峰脉冲电压，PLC 的DH+通信网络没有设计浪涌吸收器，PLC 机柜接地电阻值偏高，装船机PLC 通信线路上产生的感应脉冲电压不能及时对地释放，造成煤码头PLC 网络通信模块大面积损坏。查明故障原因后，在DH+通信网络上的每个PLC 通信模块通信接口前端安装浪涌吸收器，用4 mm2铜导线将浪涌吸收器接地端子与PLC 机柜接地点连接，同时改造中控室PLC机柜室外接地装置，增加接地钢桩的数量和深度，将接地电阻值从10 Ω 降低到1 Ω 以内，当通信线路因外界干扰产生尖峰脉冲时，浪涌吸收器将通信线路与接地端的高阻抗瞬间变为低阻抗，对地释放尖峰脉冲电压，可有效保护PLC 通信模块。改造后，煤码头再没有出现过雷电感应造成PLC 模块损坏的现象。

2.3 增加接地短路保护装置

现场皮带机保护开关的直流信号电源和堵料开关、打滑开关的工作电源都由中控PLC 柜或远程站柜提供，由于皮带机工作环境恶劣，粉尘、潮气的侵蚀，很容易使保护开关线路绝缘降低，发生接地短路故障。前港煤码头投产初期，因皮带机预警电铃和保护开关线路接地故障，频繁造成皮带机启动和运行过程中，整个PLC 控制系统直流110 V 电源电压瞬间剧烈波动，导致皮带流程无法正常启动运行，要耗费较长时间才能排查出具体故障点，给码头装卸生产造成较大影响。在中控PLC 控制柜输送到每一条皮带机保护开关的直流控制电源和交流工作电源出线上安装断路器或熔断器，在单条皮带机线路出现接地短路故障时，及时自动切断电源，将皮带机保护开关的接地短路故障控制在单条皮带机的范围内，缩短了故障排查时间，确保装卸流程的正常运行。

2.4 提高皮带机安全保护开关可靠性

皮带机安全保护开关种类主要包括：拉线急停开关、跑偏开关、打滑开关、张紧开关、堵料开关、防撕裂开关、制动器松闸限位等，其中拉线急停开关、跑偏开关、防撕裂开关采用串联或并联的方式，沿皮带机两侧均匀布置，其中任何一个开关出现故障或误动作，都会导致皮带流程故障停机。提高皮带机安全保护开关的可靠性，首先做好保护开关的密封，经过对比试验，采用1587 密封胶对保护开关进线口和结合面进行密封处理，能够有效防止粉尘、潮气对保护开关内部侵蚀，确保开关内部触点及接线的绝缘良好，防止开关拒动或误动。对同一条皮带机的多个防撕裂开关串并连线路进行改造，将露天接头改造成每个开关单独一根电缆出线，所有开关的出线电缆进入不锈钢接线箱，通过箱内接线端子排进行串并联，解决了露天接头老化进水造成绝缘降低的问题。电气主管按计划定期对保护开关进行开盖检查，可提前发现处理保护开关存在的各种隐患，确保皮带机安全保护装置的可靠性。加强对防撕裂开关和堵料开关的检查调整，确保防撕裂开关灵敏性和可靠性，在皮带机转载漏斗堵料开关附近设计电源监视装置，堵料开关工作电源失电时，自动发出报警信号，在中控操作站显示故障代码，防止工作电源失电造成堵料开关失效。

2.5 皮带机驱动电机的检查和维护保养

港口干散货码头输送皮带一般采用电压等级6 kV 或10 kV的高压鼠笼式三相异步电机驱动，皮带驱动电机运行工况恶劣，故障率较高，需要电气主管定期巡视检查电机运行情况，及时清理电机表面集料，检查电机振动、发热、轴承磨损情况及轴承油封密封情况，根据需要及时对电机进行维护保养。皮带驱动电机因工况恶劣，轴承一旦磨损过度，电机转子与定子摩擦，造成电机故障扩大，电气主管严格按照电机生产厂家的规定，定时、定量、定质对电机轴承进行润滑保养，尽量延长电机轴承使用时间。运行台时较长的电机，每年两次对电机输出轴端进行无损探伤，检查有无疲劳裂纹现象，防止电机运行过程中出现断轴现象。每年春秋两季对皮带驱动电机接线盒开盖检查，检查接线柱紧固情况，测试电机绕组和供电电缆的绝缘电阻值。

在煤炭、矿石的装卸过程中，皮带机驱动部位粉尘大、集料堆积快，需要定期检查清理减速箱高速轴制动轮内壁附着的集料，防止集料分布不均匀，造成电机转子动平衡破坏，因为皮带驱动电机经常需要满负荷带载启动，皮带负荷波动大、电流冲击大，容易造成电机转子鼠笼条断裂烧蚀，电机运转时出现抖动现象，严重时可导致电机定子槽楔松动脱落，进入定子与转子气隙，造成电机堵转、绕组烧毁。部分高压电机使用槽形磁泥对定子线槽进行封口，电机长期剧烈振动，会造成磁泥脱落，转子卡滞，绕组烧毁，在电机出现振动现象时，应及时跟踪分析，调整电机轴与变速箱高速轴同心度，及时对出现故障的电机转子进行维修更换，防止皮带运行过程中出现电机损坏的突发性故障，保障皮带机安全高效进行货物输送。图1 为轴承故障造成皮带驱动电机轴磨出沟槽；图2 为皮带驱动电机转子扫膛，转子表面磨损；图3 为皮带驱动电机振动剧烈，切削后发现转子鼠笼条断裂烧蚀。

图1 轴承故障造成皮带驱动电机轴磨出沟槽

图2 皮带驱动电机转子表面磨损

图3 皮带驱动电机转子鼠笼条断裂烧蚀

2.6 提高单机设备与皮带流程联锁信号的稳定性

装船机和堆料机处于装卸流程的末端，与皮带流程联锁控制，皮带机与装船机、堆料机联锁信号通常通过大机电缆滑环箱进行有线传输，传输环节最常见的故障点是大机滑环箱、卷绕式控制电缆、滑环箱到大机上电气室的旋转电缆。对滑环箱进行定期开盖检查，检查滑环箱整体密封防尘防水情况，检查碳刷和铜环磨损情况，检查碳刷是否有跑偏现象，检查接线端子有无松动、锈蚀，清理滑环箱内的碳粉，检查线缆绝缘层有无磨损破皮情况。卷绕电缆和机上旋转电缆定期进行外观检查，并测试线芯绝缘，发现有老化损坏现象的及时进行维修更换。为确保大机与皮带流程联锁信号的稳定性，可通过滑环并联和线芯并联，提高联锁信号传输过程的可靠性。在滑环箱进行有线传输联锁信号的基础上，设计安装一套无线联锁传输装置，在大机电气室和皮带流程控制PLC 远程站室分别安装一个无线联锁终端，用无线方式传输备份联锁信号，在有线传输装置故障失效的情况下，无线传输装置能够继续保持大机与皮带流程可靠联锁。

2.7 提高变电所高压电机柜和低压制动器柜关键元器件可靠性

通过对皮带机电气故障记录进行查询分析发现，皮带机高压动机供电手车柜和低压制动器供电手车柜故障属于皮带机高发故障，且多是因为手车柜的启动继电器触点接触不良、手车二次回路插接件接触不良等原因造成，将启动继电器和手车二次插头全部改造成施耐德等知名品牌产品，提高皮带机相关供电设备的可靠性。

3 结束语

通过对干散货码头装卸流程各个环节的电气设备进行精准管控和改造，实施预控管理，提高整条装卸流程各个节点电气设备的可靠性，码头干散货装卸流程设备故障率得到了有效控制，提高了码头装卸效率，保障码头煤炭、矿石装卸作业的持续高效进行。