火电厂SOFA风门控制典型故障分析与处理

岑斌，全鸿伟，陈炳森

（广西水利电力职业技术学院，广西南宁530023）

火电厂SOFA风门控制典型故障分析与处理

岑斌，全鸿伟，陈炳森

（广西水利电力职业技术学院，广西南宁530023）

结合火电厂燃煤锅炉SOFA风门及其角行程电动执行控制器的结构特点，介绍SOFA风门控制中常见典型故障及其分析处理办法，提出日常运行维护注意事项，可供火电厂运行维护人员借鉴。

电动执行器；SOFA；故障分析；故障处理

SOFA是火电厂锅炉分离燃尽风的简称。在火电厂燃煤锅炉中，为降低燃烧时生成的NOx（氮氧化物，约95%NO和5%NO2），在锅炉炉膛内采用分级送风方式，由主燃烧器上部单独送入热风并与炉膛内风形成反切，消除炉膛出口的残余旋转，减少偏差，加强燃烧后期扰动，使燃烧完全，降低飞灰含碳量，减少NOx的生产。广西田东电厂2013年将两台420 t/h燃煤锅炉进行了低氮燃烧技术改造，更换了燃烧器，在锅炉炉膛上部燃烧区新增加了四层SOFA风管道，并在SOFA风管道上安装了风门角行程电动调节执行器用于调节进入炉内的风量和风向，远方调节控制则在火电厂中控的DCS上完成，运行人员可在中控室监控屏上实时观察到各个SOFA风门的开度及分离燃尽风量的大小。

由于两台机组低氮燃烧技术改造共安装了40台SOFA风门，每台SOFA风门角行程电动执行器均安装在离锅炉只有1 m的通风管道上，属高温、多尘环境，此外，运行过程中风量较大，风管振动也大，在如此恶劣工作环境下，SOFA风门的监控经常出现各种故障，成为日常运行维护工作的重点，如果不能及时迅速排查并处理SOFA风门的故障，直接影响锅炉排放，无法满足环保部门对电厂排放实时在线监管的要求，甚至停机整改，对电厂经济效益影响较大，因此，了解SOFA风门常见故障，掌握故障排查及处理办法，对火电厂的运行维护人员具有重要的意义。

1 SOFA风门常见故障分析与处理办法

SOFA风门因其处于高温、多尘、振动大的工作环境，使用过程中各电气元件受影响较大，经常出现的故障有：SOFA风门开度值在DCS上无显示；SOFA风门调节指令已发出但风门拒动；SOFA风门开度在DCS上显示为跳变状态；SOFA风门开度值在DCS上显示与现场实际值存在较大偏差；SOFA风门电动执行器驱动电机频繁烧毁；SOFA风门在没有任何操作，也没有投入自锁情况下自动开启或自动关闭动作。以下选择两个典型故障进行分析和处理。

1.1 SOFA风门开度值在DCS上无显示

（1）故障现象

SOFA风门开度值在DCS上无显示或在DCS上显示为-25%.

（2）SOFA风门开度检测原理

SOFA风门的开度是由安装于风门执行机械机构处的位置反馈电位器进行检测，其将执行器机械机构的转角转变成一个与风门开度对应的0~5 V电压信号，并送至电动执行器控制电路板进行信号处理后转换成标准的4~20 mA（对应于风门全关~全开的位置）输出电流信号，再接入DCS的模拟量采集AI模块，由DCS测出电流信号并换算成SOFA风门开度值（用百分数表示）在主控室监控界面显示出来并记录到运行数据库中。图1为SOFA风门开度信号检测示意图。

图1 SOFA风门开度信号检测示意

（3）故障原因分析

锅炉运行过程中，SOFA风门开度值在DCS上无显示，可判断风门处于失控状态。当风门全关时，对应的开度值应为0%，如开度值显示为-25%，可认为是开度信号断线状态，这均可能引发停机事故。根据图1的风门开度检测原理，引起故障的原因大致有：

①SOFA风门角行程电动执行器的位置反馈电位器损坏导致无信号输出。

②SOFA风门角行程电动执行器的控制电路板的反馈输出部分电路有电子元件损坏故障。

③SOFA风门角行程电动执行器与DCS的AI模块之间连接线断开。

④DCS系统的AI模块的角行程电动执行器开度反馈信号通道故障。

⑤SOFA风门角行程电动执行器的DCS系统的AI模块损坏。

（4）故障处理

根据上述可能存在的故障原因，可采用标准信号源加故障排除法按以下步骤处理此故障。

①现场观察风门位置反馈电位器与风门机械执行机构的连接及安装是否正确，机构动作与电位器的动作是否对应，确保无机械传动故障。

②使用万用表检测风门位置反馈电位器的工作电源电压及输出信号电压，并现场手动控制改变风门开度，根据所测的电压信号与现场机械指示的开度信号进行对应，判断风门位置反馈电位器工作是否正常，输出的开度信号是否正确。

③断开DCS系统的AI模块电动执行开度反馈信号通道的引入线，用标准信号源在此通道加入一个4~20 mA（具体数值可由维修人员自定，最好采用多个试验值来进行比对）电流信号来检测判断AI模块及后续的DCS监测系统是否正常。如果DCS监控还是没有开度显示数据或一直显示为-25%，说明AI模块损坏，需要更换AI模块；如果DCS监控开度显示数据正确，说明AI模块是完好的。

④同上方法，拆下电动执行器控制电路板风门开度反馈输出信号的连接线并用标准信号源在此处加入一个4~20 mA电流信号用来检查并判断风门开度反馈信号线是否完好。因为此连接信号线很长，弯折较多，易产生信号电缆折断等故障。

⑤如上述检查均正常但故障仍未排除，则可推断是风门电动执行器控制电路板故障，需进行更换处理。实际工作中，也多次发现该电路板因工作环境较为恶劣引起电子元件损坏导致的故障。

1.2 SOFA风门开度在DCS上显示跳变状态

（1）故障现象

SOFA风门开度在DCS上显示为停止调节控制后仍在变化，有失控现象，现场查看发现风门角行程电动执行器动作有抖动现象。

（2）SOFA风门角行程电动执行器电气控制原理

图2为SOFA风门角行程电动执行器电气控制原理图，执行器的电动机为普通三相交流异步电动机，其控制基本上采用的是带有互锁功能的电动机的正反转控制电路。由于电动机有惯性，在开度调整终了时，如不及时采用制动措施，电动机由于惯性的原因会继续转过一定角度，形成超调，直接影响到风门调节控制的质量，包括调节控制的时间和精度。为此，在电动机的控制回路中，增加了一个由L1、D1、C1以及KM1、KM2接点组成的制动回路。

图2 SOFA风门电气控制原理图

当运行操作人员从DCS操作员站发出风门开度调节指令时，其出口继电器K1或K2动作，接通KM1或KM2线圈，控制电动机主回路接通，风门角行程电动执行器控制风门增加开度或减小开度。在KM1或KM2动作、风门开度调节期间，380 V交流电经阻尼电感L1、二极管D1进行半波整流后给制动电容器C1充电，直至C1充满电为止。

当风门调节控制指令结束，K1、K2均复归，KM1、KM2也断电复归时，电动机主回路断电，此时，充满电的电容器C1经KM1、KM2常闭辅助触点、电动机V、W两相线圈放电，实现直流能耗制动，让电动机转子迅速停下来，从而提高风门开度调节控制的精度。

（3）故障原因分析

根据故障现象及对电气控制原理图的分析，电动执行器能动作，方向也正确，说明电动机的电源相序正确，远方控制K1、K2回路正常，KM1、KM2能够动作，出现SOFA风门开度在DCS上显示为跳变值，变化不连续，不平稳，应该跟电动机的制动回路有关。

风门开度控制的电动机采用电容充放电实现的能耗制动，结构简单，占空间小，成本低，常用于需要制动的普通三相交流异步电动机控制回路中。但由于SOFA风门每调节动作一次，电容C1就被大电流充放电一次，同时工作环境也较为恶劣，温度高，长时间的使用，很容易损坏，容量变小甚至已击穿短路或膨胀爆裂失效而无法再充放电，此外，充电二极管D1也因电容器C1的损坏而过流击穿短路，失去整流作用充电功能失效，最后导致电动机制动回路失效，在DCS风门调节控制指令结束后，电动机由于惯性原因，转子仍在转动，导致风门开度仍在变化，出现失控现象。或者电容器C1充电回路短路，造成V、W相间并接L1运行，电动机转动异常出现角行程电动执行器抖动现象。

（4）故障处理

检查电动机制动回路各元件状态，更换损坏的电容器和二极管。

2结束语

SOFA风门是火电厂燃煤锅炉的重要控制部件，其调整的精确度和使用的可靠性直接关系到锅炉烟气排放合格率，影响到电厂的运行效益。本文通过两例SOFA风门控制典型故障的分析与处理，介绍了其结构特点和控制原理，可供火电厂的运行维护人员参考和借鉴。

Typical Failure Analysis and Processing Controlof SOFADam per in ThermalPower Plant

CEN Bin，QUAN Hong-wei，Chen Bing-sen
（Guangxi Hydraulic and Electric Polytechnic，Nanning 530023，China）

Based on the structural characteristics of the thermal power plant coal-fired boiler SOFA damper and rotary electric actuator controller，introduces the typical fault and its analysismethod for common SOFA damper control，put forward the daily operation and maintenance considerations for power plant operation and maintenance personnel for reference.

electric actuator；SOFA；fault analysis；fault handling

TM621

A

1672-545X（2016）12-0202-03

2016-09-05

岑斌（1982-），男，助理工程师，本科，现从事电力类专业教学工作；全鸿伟（1983-），男，工程师，本科，主要从事机电类专业教学工作。