等离子点火器断弧常见故障原因分析及处理

张 玮 刘 斌 靳丰强 张俊超

（1.河南焦作电厂，河南 焦作 454000；2.山东龙口东海热电厂，山东 龙口 265713）

0 引言

燃油和石油已成为影响我国经济和能源安全的战略物资，在国家电力公司电力规划中提出，要加大力度抓好等离子点火技术的完善与推广。近年来，等离子点火技术得到了广泛的应用，无油点火的能源消耗仅为传统燃油点火的15%-20%，对于新建电厂减少上千万的投资和试运行费用，从根本上解决燃油点火机组在启动初期对环境的污染，以及燃油对除尘设备的损害，取得了良好的节油效果和巨大的社会效益，等离子点火技术的发展与应用有着广阔的前景和市场需求。

等离子拉弧点火的原理：

图1 等离子发生器

等离子发生器利用直流电流（300A、300V）在介质气压（0.01-0.03MPa）的条件下接触引弧，并在强磁场控制下，获得稳定功率的直流空气等离子体，等离子体被定义为除固、液、气三态之外的第四态物质存在形式，内含有大量化学活性的粒子，形成温度大于5000K 的，温度梯度极大的局部高温区。煤粉通过温度高达4000℃、含有大量化学活性粒子的等离子体火核时，迅速破裂气化，并可再造挥发分，以其较低的点火功率稳定地将煤粉直接点燃。等离子发生器为磁稳空气载体发生器，它由线圈、阴极、阳极组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料或非金属材料制成，阳极采用高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式，以承受电弧高温冲击。线圈在高温250℃情况下具有抗2000V 的直流电压击穿能力，电源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极前进同阴极接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当阴极缓缓离开阳极时，一定压力的空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，其中带正电的离子流向电源的负极形成电弧的阴极，带负电的离子及电子流向电源的正极形成电弧的阳极，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部，其能量密度高达105-106W/cm2，为点燃不同的煤种创造了条件。

等离子的结构和原理决定了它的拉弧有诸多条件限制。冷却水压、载体风压、控制电源、数据通讯、FSSS 限制、极头的损耗、机械部分、间隙设置、电气故障等诸多方面都可能导致无法拉弧、拉弧不成功或者运行中断弧。

1 拉弧条件不满足常见的原因及处理方法

1.1 载体风压不满足

等离子点火器的载体风一般取自厂用压缩空气母管，经过手动调门调节至规定值范围内，风压在小范围内稳定波动，实际符合要求。但由于压力开关元件本身故障或者质量问题导致风压监测相关继电器不动作，导致风压条件不满足，无法拉弧，这就需要更换质量好稳定性高的压力开关来满足要求，并定期进行检查维护。

1.2 冷却水压不满足

冷却水采用化学的除盐水，水质合格。通过专用的等离子冷却水泵来供给阴极、阳极及线圈的冷却水，特殊情况下由于缺水、冷却泵本身故障等原因导致冷却水压不合格，及时调整处理即可，冷却水压条件在实际运行中基本满足且很稳定。

1.3 MFT 条件

锅炉MFT 条件未复归或者强制，锅炉FSSS 系统会自动闭锁等离子点火系统，只有MFT 条件消失才会开放等离子点火系统。

1.4 控制电源故障

等离子热工总电源和通讯及风扇电源故障都会导致控制电源故障，拉弧条件不满足。合理标注各路电源，便于及时查找处理和更换。还有通讯故障、遥控位不满足等原因都可导致拉弧条件不满足。

2 拉弧条件满足，拉弧时电流电压都不变化的原因及处理方法

2.1 拉弧电机损坏

对电机机械部分及控制回路进行检查，找出确切原因，进行检修更换。

2.2 阴极杆卡涩

检修人员处理阴极导杆。

2.3 阴阳极不接触

需要检修安装人员打开固定螺丝，手动推进阴极，做好标记，根据间隙设定，重新固定位置。

2.4 整流柜内部故障

整流柜的整流器损坏、接触器触点脏污、继电器烧损等是常见的原因，需要根据实际情况检查处理更换相关元件。

3 拉弧条件满足，拉弧时电流变化电压不变化的原因及处理方法

3.1 拉弧电机损坏，只能进不能退

对电机机械部分及控制回路进行检查，找出确切原因，进行检修更换。

3.2 载体风调得过高

压力表损坏，惰性很大，显示的压力远远高于实际压力。此时不能只根据压力表数值进行判断，要实际的检查阀门开度进行实时调节，或者更换压力表和压力开关。

3.3 阴阳极接触不良或损坏

极头烧损不均匀，阴阳极污染，阴极行程不够，都可能导致阴阳极接触不良。此时需要检修人员退出等离子点火装置，对阴阳极头进行检查，手动调节阴阳极接触后，做好标记，重新进行位置固定，再次进行拉弧确认故障是否消除。

4 等离子点火常见故障判断及处理方法

4.1 等离子启动前电压显示为20-24V，这个是间隙电压

启动条件满足，根据程序设定，启动后阴极前进，当与阳极接触后电压变为0V，交流合闸，实际电流逐渐上升至设定电流后，阴极开始后退，电压开始上升至250-340V 之间，启弧成功，电弧稳定。但是在实际运行中遇到最多的问题就是电压无变化，画面显示正在启动，之后发出断弧信号，其故障原因主要是因为阴阳极污染，阴阳极接触上了但是不导通；另一个原因是阴极行程不够，阴阳极接触不上。针对以上情况，只需抽出阴极，用砂纸打磨掉阴极表面的污染物和氧化物，同时用厂家提供的钢刷清扫阳极，处理后恢复；行程不够则需要调整行程，松开电机支架与阳极支架之间的固定螺丝，将电机固定支架向前移动，手动进阴极，能接触上，再重新进行固定即可。

4.2 运行中断弧

极头随着拉弧时间的增加，阴阳极头的损耗也在增加，由于材质及作用的差别，阳极的使用时间远远超过阴极，阴极损耗相比非常严重(一般阴极头设计使用寿命100 小时，实际使用时间大约70-80 小时)，在拉弧过程中直接体现在电压的变化上。（以某90KW 等离子点火器为例）如果新换阴极头，电流设定300A，初始拉弧电压只有260V左右，随着运行时间在增加，阴极损耗在增加，维持电弧的间隙电压也就逐渐上升，电压到330V 以上时，就会出现出现电流较大波动（270-330A 之间），电弧不稳定而容易断弧。

5 阴极和阳极作为等离子点火器的作用部件，它们都是由经过特殊处理的高导电率高导热率抗氧化的金属材料制成，它们的寿命直接关系等离子的使用

5.1 阳极寿命短的原因和处理方法

1）载体风压力低，提高载体风压力。载体风作为等离子的电离介质，它同时起到一定的冷却和吹弧作用，当电弧拉起后，直流线圈的磁偏转将电弧集中在阳极内，载体风过低，电弧不够长，阳极内部单位面积的电弧功率较高，阳极损耗增大，从而缩短寿命，但同时，载体风压力过高则容易断弧。

2）冷却水压力低或温度高，调整冷却水参数；冷却水有空气，放气处理。等离子冷却水作为等离子点火器的主要冷却手段，它如果不能及时将阳极的电弧热量及时带走，将直接导致极头损耗加剧，甚至损坏阳极。定期清洗滤网，检查水管，控制冷却水温是最常用的手法。

5.2 阴极寿命短的原因和处理方法：

1）冷却水问题，和阳极一样的处理。

2）拉弧电流过高。降低拉弧电流在300A 左右，过高的电流将加剧阴极损耗。

3）阴极头烧损不均匀。阴极头冷却不均匀或者风压及间隙设定不合理，将导致阴极烧损形状不好，应调整拉弧间隙和风压到最佳值，阴极杆脱落也是造成阴极头烧偏的原因。

6 结束语

等离子运行时遇到问题，应先根据数据曲线初步判断原因，从简单原因入手，不要一味的盲目拆卸或只会更换阴极头，等离子为大电流高电压高热部件，检修时要停电挂牌，做好安全措施。开停机时，等离子各部应该调整到最佳，数据在额定范围内，并做好记录，以便以后对比查证；拉弧功率不能超过额定值，否则将加速阴阳极的烧损，各级变压器发热量大增，对等离子的长期运行不利；定期工作检查等离子拉弧时，不能只根据当时启弧是否成功来判断等离子是否可靠备用，实际电压和电流的大小及波动，都可以反映出等离子的工作状态，进而决定是否需要检查维护及更换；每次检查更换阴极头，一定要顺便检查清理阳极，用砂纸打磨去掉阴极的污染物和氧化物，检查阴阳极是否漏水，检查中心筒是否结焦，阳极支架里是否有脏东西，密封水圈是否完好，每一个小细节都可能导致等离子出问题，维护时多一份细心，拉弧运行时就多一份保障。等离子还算一个比较新的东西，需要广大运行人员和检修人员共同努力，在运行和检修过程中不断积累，一起提高，使等离子点火技术不断完善。

［1］宋浩.等离子点火装置讲课[Z].2005,6.

［2］烟台龙源等离子点火系统应用维护手册[Z].