刮板式捞渣机断链保护优化简析

张 兴 万 帅 熊泽清 杨 磊

（国能宁夏大坝三期发电有限公司，宁夏 青铜峡 751607）

0 引言

国能宁夏大坝三期发电有限公司的锅炉采用东方锅炉股份有限公司设计制造的前后墙对冲燃烧、亚临界参数自然循环炉，型号为DG2070/17.5-Ⅱ6；捞渣机选用的是青岛阿尔斯通四洲电力设备有限公司设计生产的水浸式、液压驱动、水平可移动、可变速的刮板式捞渣机。该种刮板捞渣机的工作原理如下：渣井下来的高温炉渣落入捞渣机壳体内，通过壳体内的冷却水对高温炉渣进行冷却，同时保持炉膛与外界隔绝。

冷却后的炉渣通过捞渣机双马达驱动，带动刮板、链条运动，将其连续输送到炉膛外面的渣仓中，当除渣系统出现故障需要停运时，可暂时关闭捞渣机液压关断门，让炉膛充当渣斗，储存炉渣，待除渣系统恢复后，可再次投入运行。

在捞渣机运行过程中，链条因长时间运行导致疲劳变形或者磨损，会发生断链现象。在运行人员或检修人员未及时发现时，液压马达带动链条继续转动，最终链条会在局部卡住，一般情况下会造成捞渣机槽体变形损坏、驱动装置故障。

当设备受损不严重时可以隔离除渣系统紧急修复，严重时会造成设备严重变形，无法短时间修复，最终导致停运机组进行检修，同时还存在因设备持续受力，损坏崩出的高速物体飞出伤人的风险。

因此，合理设计捞渣机断链保护，提高捞渣机断链保护的可靠性在火电厂安全生产中发挥着重要作用。

1 原捞渣机断链保护设计方式及存在问题分析

1.1 原捞渣机断链保护设计方式

该电厂最初的捞渣机断链保护设计是由两个外供电AC220 V的接近开关检测装在捞渣机张紧轮两侧的锯齿，当捞渣机正常运转时，两个接近开关将得到的脉冲信号经4个时间继电器组成的信号判断回路做成保护。时间继电器分为两组，每个探头信号使用两个时间继电器，一个使用延时闭合节点，另一个使用延时断开节点，当任意时间继电器检测到在保护设定的延时时间内，接近开关检测到的开关量信号不翻转，认为捞渣机链条已经停止运行，并发出停止捞渣机液压马达运行的保护信号。接近开关的安装方式及分布情况如图1所示，捞渣机断链保护原理图如图2所示。

图1 捞渣机断链保护探头分布示意图

图2 捞渣机断链保护电气原理图

1.2 原捞渣机断链保护存在的问题

电厂检修人员针对2017—2018年捞渣机断链保护动作情况进行分析，造成断链保护动作的原因有捞渣机张紧轮轴蹿损坏探头、时间继电器故障、接近开关线缆损坏、捞渣机链条卡异物、捞渣机断链，经对捞渣机断链保护动作缺陷统计数据进行归纳整理，得到表1。

表1 捞渣机断链保护动作缺陷统计

对表1数据进行分析后发现，在运行过程中，因捞渣机链条出现严重磨损变形，捞渣机张紧轮轴频繁左右蹿动，频繁出现因断链保护误动造成的捞渣机跳停，每次误动后都需要热控人员耗费大量时间检查保护的各个环节，判断缺陷发生原因[1]。通过大量的故障处理，电厂检修人员分析引起捞渣机断链保护误动作的主要原因如下：

1）捞渣机断链保护为单点保护，不满足热控检修规程要求，任意侧探头故障后均会造成断链保护误动。断链保护接近开关安装在张紧轮两侧，就地安装环境非常恶劣，锯齿形圆盘上经常被灰渣覆盖，影响接近开关的检测，造成误动。因安装角度有限，无法安装多个接近开关，无法做到保护信号冗余。在运行过程中，张紧轮会随着张紧油压的波动上下蹿动，当蹿动范围较大时会拉断接近开关的信号线，造成断链保护误动。张紧轮的左右位置靠定位销固定，在长时间运行后，张紧轮上的定位销会出现断裂，张紧轮无法固定，就会出现左右蹿动，造成和接近开关的安装距离发生变化，离得太近会造成开关损坏，离得过远会造成开关检测不到，同样会造成保护误动。

2）中间继电器、时间继电器有使用寿命。经统计，在捞渣机持续运行期间，接近开关约7 s动作一次，中间继电器和时间继电器同步得电、失电，其触头24 h机械动作1.23万次，1个月动作37万次，按照规程要求一般继电器的可靠电寿命为105次，故在接收频繁翻转的开关量信号时，经时间继电器处理过后的信号存在一定的误动率和拒动率，会导致断链保护误动。由于在运行中无法通过正常的检测手段发现时间继电器存在的问题，无法可靠预防，不能制定可靠的防范措施，只能通过每月定期更换时间继电器和中间继电器来减少误动的概率，这就大大增加了现场维护人员的工作量和检修维护的材料成本。

3）断链保护的接近开关为交流220 V，电源取自捞渣机控制柜内控制回路，因控制回路在捞渣机正常运行时无法断电，在捞渣机运行过程中更换接近开关就存在人身触电的风险；在捞渣机运行过程中，张紧装置会上下蹿动，张紧轮一直跟随链条转动，在安装过程中检修人员存在机械挤伤的风险；接近开关的安装位置在捞渣机尾部上方的张紧轮处，距离地面超过2 m，检修工作存在着高处坠落的风险[2]。

4）因捞渣机设计为PLC控制方式，断链保护接近开关检测到的信号为中间量，无过程趋势，故每次捞渣机跳停后都需要耗费大量的时间和精力分析跳闸原因，当一些环境因素无法复现时，就无法准确分析确认真正的跳闸原因，一般处理方式为更换断链保护所有相关设备，包括接近开关和时间继电器，在增加了检修人员工作量的同时也增加了检修材料费用。

5）捞渣机断链保护靠继电器回路搭接而成，未摄取捞渣机运行信号，未能在远方实现保护逻辑的自动投切，每次启动捞渣机时因捞渣机停运过程中断链保护已动作，如果运行人员不在就地切除断链保护，捞渣机就无法正常启动，增加了运行人员的工作量。应靠逻辑判断实现捞渣机正常运行后断链保护方起作用，即在捞渣机运行正常后，断链保护自动投入，当捞渣机停运后，断链保护自动退出。

2 断链保护的改造内容

现场检修人员通过对捞渣机设计说明书、断链保护设计原理及现场设备运行情况的全方位研究，改进捞渣机尾导轮，对捞渣机断链保护进行优化设计，主要完成了以下工作：

1）对捞渣机尾导轮的轴系进行改造，加长了尾导轮，并安装一5 cm的锯齿盘。根据分析，除捞渣机的张紧轮能反映链条的运行情况以外，捞渣机的尾导轮及从动轮同样可以反映捞渣机的运行情况，且捞渣机的尾导轮靠轴承固定，安装更加可靠，运行期间的轴蹿较张紧轮更小，在接近开关的测点安装在锯齿盘的径向位置时（图3），可以有效减少轴向蹿动时造成的接近开关损坏问题，基本杜绝了因轴蹿动导致的接近开关损坏缺陷发生，同时降低了检修人员安装接近开关工作的危险性[3]。

图3 改造后捞渣机断链保护探头安装方式

2）将断链保护的信号由原来的“二取一”改造成三路信号，保护逻辑做成“三取二”（图4），接近开关的安装环境得到极大改善，从信号摄取方式上提高了信号的可靠性，降低了保护误动的可能。

图4 优化后捞渣机断链保护逻辑

3）将接近开关的信号送至DCS开关量卡件，由DCS控制器替代时间继电器的作用，由DCS控制器逻辑实现时间继电器硬接线回路控制功能，将保护动作信号发送至捞渣机就地控制柜中，大大提高了信号的正确率和保护逻辑的可靠性[4]。将捞渣机的运行信号送到DCS系统中，靠DCS逻辑实现断链保护投退的智能判断，当捞渣机启动运行正常后，断链保护自动投入，当捞渣机停运后，断链保护自动退出，减少了运行人员启停捞渣机时手动投退捞渣机断链保护的工作量。

4）将原来的交流220 V接近开关更换成直流48 V接近开关，由DCS开关量卡件直接供电，方便检修人员更换，杜绝了检修人员更换探头过程中人身触电的可能性，提高了检修人员维护设备的安全性。

5）将接近开关的信号、捞渣机运行信号及断链保护动作信号增加至DCS历史库中，在捞渣机事故跳闸后可以根据DCS历史趋势快速判断是否为断链保护动作导致的捞渣机跳闸，从而快速判断跳闸原因，及时处理设备问题，缩短了事故分析和事故处理的时间，同时大大减少了因故障原因无法判断时的大面积、多频次更换备件产生的维修费用。

3 结束语

电厂热控人员在对捞渣机断链保护优化改造的过程中，通过将摄取到的热工保护信号接入DCS并完成保护逻辑设计，克服了PLC和就地控制组合方式下断链保护设计上的先天不足，从根本上杜绝了因信号问题造成的断链保护误动，降低了检修人员的作业环境风险，减少了检修人员在捞渣机断链保护上的维护工作量、运行人员在启停捞渣机时的操作工作量，节省了捞渣机日常检修的维护成本，提高了捞渣机设备运行及保护逻辑的可靠性，为机组的安全稳定运行提供了强有力的保障。