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在火电厂制粉系统中电动执行器的应用和改进

    随着火电厂容量的不断增大,对热工自动投入率的要求越来越高,AGC(AutoGeneratorcontrol自动发电控制)控制方式是热工控制系统先进的控制方式,它要求机组的协调控制系统能良好投入,机组具有良好适应电网负荷响应的能力已成为电厂经济运行的一种必然趋势。机组投入AGC后,由于负荷指令频繁变化,相当于给机组的协调控制系统施加频繁的扰动,这就要求与协调控制系统有关的几十个子系统测量准确,调节参数整定合理,特别是协调系统的被控对象:各类气动、电动、液动执行器动作准确可靠。由于电厂DCS功能和可靠性的日益提高,协调控制系统能否高效投入,已直接反应到执行器状况的好坏上,特别是控制锅炉燃烧所需要的风和煤的执行器上来,各类执行器始终肩负着一种承上启下的关键作用(图1)。

    1 改造前电动执行器的控制原理及存在问题>

    作为机组协调控制系统子系统之一,冷热风调节系统就扮演着很重要的角色。华能平凉电厂(4×300MW机组)#1炉制粉系统采用冷一次风正压直吹式制粉系统,配有6台HP803型中速磨煤机,正常运行时5台运行,1台备用,每台锅炉设有2台一次风机并联运行,通过暖风器加热后,进入容可式三分仓空气预热器预热后的空气,通过环形母管进入各台磨煤机,将磨好的煤粉直接吹入炉膛燃烧,风量大小由热风调节挡板控制。从一次风机出口进入空气预热器前接入一路压力冷风至磨煤机,通过冷风调节挡板调节各台磨煤机的热风温度,满足磨煤机出力的要求。控制冷热风调节挡板的电动执行器属于角行程,它们分别安装在冷风平台和热风管道上,每台磨煤机配置2台执行器,共计12台,均采用大连第三仪表厂80年代早期引进西门子公司生产的M76346系列的产品,该执行器配有6DT3换向器,通过DR21S控制器,接受DCS的4~20mA的指令信号,换向器接受24VDC信号,经交流接触器转换,来控制三相电机,执行器内减速装置将电机的高转速,转换为低转速、高扭矩输出,来控制挡板动作。为确保执行器安全动作,执行器本身还设计有各种保护电路、制动装置等(图2)。

    该执行器在实际应用中发现存在诸多问题,主要有如下几点。

    ①该执行器控制环节多,接线、结构复杂,可靠性差,换向器动作频繁,易导致其内部交流接触器和微型继电器故障。

    ②热风电动执行器检修空间狭窄,现场环境温度高,周围粉尘多,照明不足。机组运行时,热风管道内部温度较高(达380℃左右),外部环境温度可高达数十摄氏度,导致直接安装在热风管道上部的电动执行器内部电子元件极易被烧坏,外部电缆也易被烧坏,由于所处环境恶劣,处理起来非常困难,而有些时候因机组安全运行的需要是不允许拖延的。

    ③由于管道内外温差大,导致挡板机械部分容易卡死,损坏电机。

    ④该执行器无就地操作按钮,在调试时,检修人员就地用短接线在接线端子处短接的方式开关执行器,容易发生触电事故,不安全,而且费事。

    这种执行器至今已发生3起电缆烧坏故障,数十起设备内部元件和线路故障,检修人员要花费大量时间和精力排除故障。由于直吹式制粉系统没有中间储粉设备,吹入炉膛的风量直接关系到锅炉的燃烧情况,执行器故障将严重威胁到机组的安全运行,导致运行时冷热风自动解列,冷热风挡板执行器遥控操作不动,只能通过就地手摇调节风量和风温,增加了运行人员的负担,而且该种执行器已换型,将来无法采购备品配件,给维护带来不便。

    2 改造后的电动执行器的控制原理及改造效果>

    因此,必须选择一种可靠性高,结构简单,便于维护,有可靠后备硬手操功能(即就地开关按钮操作和手摇操作)的一体式电动执行器来替换原有的执行器,并将热风执行器内部的电子部分移出到温度较低的场所。电厂决定利用机组大修的时机,对#1炉A~F磨煤机的冷热风电动执行器进行技术改造,采用大连三仪更为先进的一体式电动执行器替换目前使用的执行器。这种一体式电动执行器内部电路板仅包含一块电子板和一块位反板,执行器能直接连续接受DCS的4~20mA开关指令,并能直接反馈给DCS4~20mA开关信号。

    本次执行器改造工作量大,在大修前制定了严密的技术改造方案和安全措施,改造和调试中严格执行《火电建设施工及验收技术规范》和《火电施工质量检验及评定标准》,精确安装和调试电动执行器(具体的标准不在此赘述)。

    改造后的电动执行机构拆除了DR21S控制器和换向器等中间设备,取消了执行器位置反馈使用的24VDC电源和控制器使用的220VAC电源,保留和使用了原来的380VAC动力电源电缆,从而简化了控制回路,减少了中间环节出错的可能性(图3)。配合机务专业将原来左右开关的热风调节挡板改造为上下开关,这样就为整个热风执行器移位创造了条件,将热风执行器移位到环境温度较低的冷风平台上,在热风管道的侧面通过连杆上下调节挡板,彻底解决了在高温环境下工作易损坏的缺点,减少了电动执行机构的故障率,提高了电动执行机构运行的可靠性,在机组从0~300MW启动运行的各阶段,以及改进后的长期观察,冷热风执行器动作正常,自动投入正常,位反指示准确,风量和风温调整反应灵敏,没有发生因冷热风调节失灵导致机组协调解除的现象,达到了预期改造的目的和要求,同时换型后的厂家可提供备品备件,能满足机组日常运行维护的需要。

    3 结束语>

    由于热工自动化技术的快速发展,新技术、新工艺不断得到应用,落后工艺不断遭到淘汰,一些产品甚至停止了生产,给电厂的生产维护带来不便,对热工自动化设备的技术改造往往伴随着火电厂的整个生产运行周期。技术改造从长远考虑,提高了设备的利用率,确保了整个机组的安全,同时大大节省了人工维护费用,经济效益可观。我们要重视技术改造,并且重视在技术改造中的设备选型,坚决杜绝落后工艺和设备,对热工大型设备要重视它的安装质量和生产环境对它的工作性能的影响,还要重视与机务设备的良好衔接,不断加强对执行器的维护力度,确保机组的安全稳定。