抓斗卸船机振动给料器的故障分析与改进

摘要：常熟发电公司抓斗卸船机原电磁式振动给料器在大车改变频后出现出力不稳、电流失控等现象并在一段时间内难以根除，经过摸索，找到了根本原因并改进控制和动力元件，改进后卸煤出力平稳，生产稳定。文章对抓斗卸船机振动给料器的故障分析与改进进行了探讨。

关键词：高频干扰；触发电压；软击穿；反电势；抓斗卸船机；振动给料器 文献标识码：A

中图分类号：U653 文章编号：1009-2374（2017）08-0048-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.023

位于长江下游的常熟发电公司安装的是燃煤型机组，全部煤炭靠海轮运输至输煤码头，输煤码头配置的2台1500t/h的桥式抓斗卸船机负责公司的全部发电用煤，年卸煤量约450万t，而振动给料器的可靠稳定性将直接影响卸船机的工况，因此保证抓斗卸船机特别是振动给料器工作的可靠和稳定对卸煤安全及海轮运输等其他商务合同的严格执行具有积极意义。

1 使用中的现状调查

1.1 运行状况观测

常熟发电公司的2台抓斗卸船机各配置1套GZ系列的电磁线圈式振动给料器，现场由2个线圈构成动力源，控制箱内主要由可靠硅、控制变、触发模块构成。在港机大车行走没有技术改造成变频的时候振动给料器工作中没有暴露出大的问题，但大车行走改造后在导仓中振动给料器有时出现电流激增或失控，使得出力不稳，有时煤量激增压死机内带，造成系统急停后重启，严重影响卸煤安全和二次启动的能源浪费，而为了控制煤量又只能调节倾角板的角度，卸煤效率低下，所以找出振动给料器的问题迫在眉睫。

1.2 平时检修状况

检修中发现，在大车不动作其他港機电气部分动作时振动给料器的工作并无故障，只有导仓才有时出现电流剧增或失控。因不清楚具体原因现实中检查往往兵分两路：一路现场察看；一路察看控制箱。现场线圈装置出于防潮防尘的考虑所以密封较好，固定螺丝较多，拆解费时，一般持续几十秒大电流通过而没有及时断电的话现场线圈绝缘和相关填充料会有股焦味或线圈绕线匝的确烧毁，而更换此线圈需要机务配合，从拆铁心螺丝开始到装好线圈后恢复原状一般要一天左右，非常费力；在2年左右的实际工作中控制箱部分更换触发模块或可控硅较为频繁，因此备品消耗较快，而且在卸煤过程中没有充分的检修时间，为了尽快卸煤离船，不适合修理后有足够的时间试验，只在导仓时才能彻底看出检修效果，所以时间上也难以把握，这个故障对卸煤安全和检修人力都是一个比较大的考验。

2 改造检修过程

2.1 修前理论分析

现场工作原理如图1所示：交流电经过SCR半控可调整流后送至现场线圈，电流产生的主磁力大于两边弹簧的作用力和摩擦力后铁心吸引衔铁，在电源到负半波时SCR阻断，电源压降全部作用在SCR的A、K两端，铁心中没有磁力，在弹簧作用下衔铁复位，由此完成了一个往复运动，在50Hz电源作用下衔铁不停来回运动带动机构振动完成物料出力。

那么为何在大车电机改为变频驱动控制后会出现振动给料器电流失控而烧毁现场线圈及可控硅等元件的问题呢？检查中发现在正常作业中振动给料器电流较为稳定，说明控制部分和可控硅是没有问题的，大车来回导仓时电流会晃动，偶然出现电流满偏，且停止大车动作后，振动给料器电流仍然满偏，说明可控硅已经击穿（后来检测是软击穿），待电源切断再恢复后又可以使用，由此考虑可能是综合性的干扰问题。

控制变BK将母线A、B相电源转为触发模块的工作电源，在调节电位器位置一定的时候输出脉冲至可控硅G、K端，如果电源恒定和脉冲控制角恒定，则输出到现场振动线圈的电压一定，电流（出力）稳定。由于大车电机输出电缆在大车改变频器时没有更换，仍然使用的是普通非屏蔽电缆，并且和振动给料器的动力电缆在同一管子中平行施放且距离较长（约75米），在大车来回导仓作业时，2根电缆间产生电磁感应，如上图虚线框示意，高次变频谐波在振动给料器的电缆上产生交变感应电势EM=M*di/dt，式中：M为电缆间的互感系数，与形状、尺寸、媒质和相对位置有关，电缆形状是一定的，尺寸为2根电缆的有效同行距离，媒质为空气，相对位置是平行的（这种走向最为不利）；i为大车电缆中流过的电流，它的变化越快，在振动给料器输出电缆上的感生电压Em越大。振动线圈本身是个储能元件，在线圈内电流变化时会产生自感电势EL=L*di/dt，线圈选型一定时L是固定不变的，则EL在控制箱内电位器调好后基本是个固定值，所以关键取决于EM，且EM的数值和相位是跃变和无规律的，这2个感应电势在某个时间上重合使得母线A、B端电压畸变，脉冲控制角位移，可控硅除了在A、K两端因为电压跃变可对可控硅造成损坏外，其控制端触发信号也有跃变，造成输出不稳定。以相量图2做简要说明：

Ugk是触发模块输出的触发脉冲，其脉宽△T基本不变，在脉冲宽度和幅值足够的情况下，在电源电压A相>B相时，其输出如图2中t1与t0间的阴影部分Uab（t1-t0），调节触发模块的电位器Rw可以控制电压导通角的移相，如将触发脉冲Ugk从原来的t1处移至t2处（幅值和脉宽均不变），则输出幅值相应增加，如图2中t2与t0间的阴影部分Uab（t2-t0）表明输出增加了很多。根据可控硅的工作特性，在A、K端电压小于截止电压时，不管是否有触发脉冲，可控硅都截止，触发脉冲在调制好后是根据一定的相角出现的，所以当电源波形到了t0时刻，由于Uab≈0V，尽管触发脉冲可能在此时依然产生，但是可控硅仍可靠截止，输出电压为0V。

在实际现场，由于EL和EM的存在，使得作用于可控硅A、K端的电压Uak=Ua-（Ub-EM-EL），在大车导仓作业时，大车电缆内流过的是高频脉宽方波，该方波通过对地寄生电容产生脉冲型干扰电流，如果脉冲型干扰电流通过统一正确的方式回到高频干扰源（变频器），则几乎不会对其他设备产生大的干扰，但是前述已知，该电缆是非屏蔽老电缆，没有在大车改变频时同时更换，这样脉冲型干扰电流就没有以确定的路线回到高频干扰源，而是通过框架、管道等以不确定的方式回到变频器，这种高频分量通过上述路径产生电压降，使得EM处于不可控的状态，由于EM的不可控使得Uak的幅值和相位均有不确定性的跃变，假设在t'0时刻可控硅应该关断的时候因为EM和EL的共同作用将B相电位下拉，使得Uab（t'0）不为0V甚至较大于0V，此时尽管可能没有触发信号，但可控硅仍然导通，如图2中Uab（t'0-t"0）部分，该截止的时候没有截止，一直延续到下一个导通波形产生时持续导通，除了电动力输出大增外，可控硅也发热严重直至烧毁。通过对上述一些外在问题的分析后，尝试用现有的元件对电路做一些小改动来判断是否主要为干扰问题，如图2中虚线引出线所指。

2.2 首次改动

通过RC和RV首先对可控硅进行两端电压畸变保护，在控制变端通过电阻性灯泡和电容对电源侧的跃变进行高次谐波滤波，这个小改造后电流晃动的情况稍有好转，电流满偏的情况也稍微变少了，但仍然有失控现象，在实际应用中意義不大，由此也可以断定EM对控制变压器的一二次电压和可控硅两端Uak的影响是很

大的。

2.3 主要元件重新选型

通过查阅参数，发现该可控硅为KP型，其触发电压仅0.5V，耐流和抗干扰能力均不强，与之配套的集成触发模块的抗干扰能力也不强，所以很容易在电源波动或者外来无线电磁等综合干扰下使得可控硅软击穿。在港机第一次改造后淘汰下来的原GE产品中有部分大功率直流动力回路上使用的动力可控硅，此产品为美国GE公司的PRX系列，外形侧面如图3所示：

3 效果调查

班组中的试验表明，在触发电压为2.0V左右该可控硅才完全打开（试验中使用的触发电源是干电池，故未检测触发信号的宽度），由于对大车运行设备的动作频率和响应速度没有精细的要求，所以主要考虑配置可控硅的抗干扰能力而非响应速度，这种可控硅的交、直流面均可以安装散热片（如图4下图中可控硅的两侧），散热能力大为增强，且原来拆下的备用数量也较多，可以满足备品数量安全，另外原集成触发模块上只有一个外接电位器用以调整输出电流，无法调整内部电子元件间和集成电路的匹配情况，所以重新设计触发板如图6上图，板内右侧的两个蓝色内接电位器分别可以调制输出脉冲的灵敏度和触发脉冲的发生频率，适当降低板件触发脉冲的灵敏度对抗干扰能力的综合提高在试验中发现有非常明显的帮助。

由于该可控硅的触发电平和耐流能力均比KP型的提高了，触发板的信号处理功能也比原来集成触发模块的增强，抗干扰能力提高，在现场的试运行中没有出现电流晃动的现象，经过几条海轮的来回导仓作业考验，电流输出平稳，未有失控现象，并且不需要频繁启动倾角电机来调节倾角板角度以控制煤量，也没有再次出现卸煤皮带被突变煤量压死导致系统重新启动的现象，所以极大地提高了卸煤系统的安全可靠性和工作的时效连续性，降低了卸煤段的厂用电消耗。

4 结语

这次处理过程给笔者的体会有以下四点：（1）卸船机电气设备较综合，线路排布一定要清晰、规范；（2）与变频相关的元件参数选择要可靠，各种改造要充分考虑到相互间的干扰问题；（3）响应节能利废号召，通过技术革新，充分利用旧有物资，用最小的代价解决生产缺陷；（4）加强工作中的再学习，加强理论和现场实际的结合，工作中要善于总结分析，专业技术需要不断努力。

作者简介：吴军（1973-），男，江苏常熟人，华润电力（常熟）有限公司燃料专工，工程师，高级技师，研究方向：输煤电气控制、输煤施耐德程控、卸船机电控及西门子PLC

程控。

（责任编辑：蒋建华）