等離子點火器斷弧常見故障原因分析及處理

張 瑋 劉 斌 靳豐強 張俊超

（1.河南焦作電廠，河南 焦作 454000；2.山東龍口東海熱電廠，山東 龍口 265713）

0 引言

燃油和石油已成為影響我國經濟和能源安全的戰略物資，在國家電力公司電力規劃中提出，要加大力度抓好等離子點火技術的完善與推廣。近年來，等離子點火技術得到了廣泛的應用，無油點火的能源消耗僅為傳統燃油點火的15%-20%，對于新建電廠減少上千萬的投資和試運行費用，從根本上解決燃油點火機組在啟動初期對環境的污染，以及燃油對除塵設備的損害，取得了良好的節油效果和巨大的社會效益，等離子點火技術的發展與應用有著廣闊的前景和市場需求。

等離子拉弧點火的原理：

圖1 等離子發生器

等離子發生器利用直流電流（300A、300V）在介質氣壓（0.01-0.03MPa）的條件下接觸引弧，并在強磁場控制下，獲得穩定功率的直流空氣等離子體，等離子體被定義為除固、液、氣三態之外的第四態物質存在形式，內含有大量化學活性的粒子，形成溫度大于5000K 的，溫度梯度極大的局部高溫區。煤粉通過溫度高達4000℃、含有大量化學活性粒子的等離子體火核時，迅速破裂氣化，并可再造揮發分，以其較低的點火功率穩定地將煤粉直接點燃。等離子發生器為磁穩空氣載體發生器，它由線圈、陰極、陽極組成。其中陰極材料采用高導電率的金屬材料或非金屬材料制成，陽極采用高導電率、高導熱率及抗氧化的金屬材料制成，它們均采用水冷方式，以承受電弧高溫沖擊。線圈在高溫250℃情況下具有抗2000V 的直流電壓擊穿能力，電源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理為：首先設定輸出電流，當陰極前進同陰極接觸后，整個系統具有抗短路的能力且電流恒定不變，當陰極緩緩離開陽極時，一定壓力的空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體，其中帶正電的離子流向電源的負極形成電弧的陰極，帶負電的離子及電子流向電源的正極形成電弧的陽極，電弧在線圈磁力的作用下拉出噴管外部，其能量密度高達105-106W/cm2，為點燃不同的煤種創造了條件。

等離子的結構和原理決定了它的拉弧有諸多條件限制。冷卻水壓、載體風壓、控制電源、數據通訊、FSSS 限制、極頭的損耗、機械部分、間隙設置、電氣故障等諸多方面都可能導致無法拉弧、拉弧不成功或者運行中斷弧。

1 拉弧條件不滿足常見的原因及處理方法

1.1 載體風壓不滿足

等離子點火器的載體風一般取自廠用壓縮空氣母管，經過手動調門調節至規定值范圍內，風壓在小范圍內穩定波動，實際符合要求。但由于壓力開關元件本身故障或者質量問題導致風壓監測相關繼電器不動作，導致風壓條件不滿足，無法拉弧，這就需要更換質量好穩定性高的壓力開關來滿足要求，并定期進行檢查維護。

1.2 冷卻水壓不滿足

冷卻水采用化學的除鹽水，水質合格。通過專用的等離子冷卻水泵來供給陰極、陽極及線圈的冷卻水，特殊情況下由于缺水、冷卻泵本身故障等原因導致冷卻水壓不合格，及時調整處理即可，冷卻水壓條件在實際運行中基本滿足且很穩定。

1.3 MFT 條件

鍋爐MFT 條件未復歸或者強制，鍋爐FSSS 系統會自動閉鎖等離子點火系統，只有MFT 條件消失才會開放等離子點火系統。

1.4 控制電源故障

等離子熱工總電源和通訊及風扇電源故障都會導致控制電源故障，拉弧條件不滿足。合理標注各路電源，便于及時查找處理和更換。還有通訊故障、遙控位不滿足等原因都可導致拉弧條件不滿足。

2 拉弧條件滿足，拉弧時電流電壓都不變化的原因及處理方法

2.1 拉弧電機損壞

對電機機械部分及控制回路進行檢查，找出確切原因，進行檢修更換。

2.2 陰極桿卡澀

檢修人員處理陰極導桿。

2.3 陰陽極不接觸

需要檢修安裝人員打開固定螺絲，手動推進陰極，做好標記，根據間隙設定，重新固定位置。

2.4 整流柜內部故障

整流柜的整流器損壞、接觸器觸點臟污、繼電器燒損等是常見的原因，需要根據實際情況檢查處理更換相關元件。

3 拉弧條件滿足，拉弧時電流變化電壓不變化的原因及處理方法

3.1 拉弧電機損壞，只能進不能退

對電機機械部分及控制回路進行檢查，找出確切原因，進行檢修更換。

3.2 載體風調得過高

壓力表損壞，惰性很大，顯示的壓力遠遠高于實際壓力。此時不能只根據壓力表數值進行判斷，要實際的檢查閥門開度進行實時調節，或者更換壓力表和壓力開關。

3.3 陰陽極接觸不良或損壞

極頭燒損不均勻，陰陽極污染，陰極行程不夠，都可能導致陰陽極接觸不良。此時需要檢修人員退出等離子點火裝置，對陰陽極頭進行檢查，手動調節陰陽極接觸后，做好標記，重新進行位置固定，再次進行拉弧確認故障是否消除。

4 等離子點火常見故障判斷及處理方法

4.1 等離子啟動前電壓顯示為20-24V，這個是間隙電壓

啟動條件滿足，根據程序設定，啟動后陰極前進，當與陽極接觸后電壓變為0V，交流合閘，實際電流逐漸上升至設定電流后，陰極開始后退，電壓開始上升至250-340V 之間，啟弧成功，電弧穩定。但是在實際運行中遇到最多的問題就是電壓無變化，畫面顯示正在啟動，之后發出斷弧信號，其故障原因主要是因為陰陽極污染，陰陽極接觸上了但是不導通；另一個原因是陰極行程不夠，陰陽極接觸不上。針對以上情況，只需抽出陰極，用砂紙打磨掉陰極表面的污染物和氧化物，同時用廠家提供的鋼刷清掃陽極，處理后恢復；行程不夠則需要調整行程，松開電機支架與陽極支架之間的固定螺絲，將電機固定支架向前移動，手動進陰極，能接觸上，再重新進行固定即可。

4.2 運行中斷弧

極頭隨著拉弧時間的增加，陰陽極頭的損耗也在增加，由于材質及作用的差別，陽極的使用時間遠遠超過陰極，陰極損耗相比非常嚴重(一般陰極頭設計使用壽命100 小時，實際使用時間大約70-80 小時)，在拉弧過程中直接體現在電壓的變化上。（以某90KW 等離子點火器為例）如果新換陰極頭，電流設定300A，初始拉弧電壓只有260V左右，隨著運行時間在增加，陰極損耗在增加，維持電弧的間隙電壓也就逐漸上升，電壓到330V 以上時，就會出現出現電流較大波動（270-330A 之間），電弧不穩定而容易斷弧。

5 陰極和陽極作為等離子點火器的作用部件，它們都是由經過特殊處理的高導電率高導熱率抗氧化的金屬材料制成，它們的壽命直接關系等離子的使用

5.1 陽極壽命短的原因和處理方法

1）載體風壓力低，提高載體風壓力。載體風作為等離子的電離介質，它同時起到一定的冷卻和吹弧作用，當電弧拉起后，直流線圈的磁偏轉將電弧集中在陽極內，載體風過低，電弧不夠長，陽極內部單位面積的電弧功率較高，陽極損耗增大，從而縮短壽命，但同時，載體風壓力過高則容易斷弧。

2）冷卻水壓力低或溫度高，調整冷卻水參數；冷卻水有空氣，放氣處理。等離子冷卻水作為等離子點火器的主要冷卻手段，它如果不能及時將陽極的電弧熱量及時帶走，將直接導致極頭損耗加劇，甚至損壞陽極。定期清洗濾網，檢查水管，控制冷卻水溫是最常用的手法。

5.2 陰極壽命短的原因和處理方法：

1）冷卻水問題，和陽極一樣的處理。

2）拉弧電流過高。降低拉弧電流在300A 左右，過高的電流將加劇陰極損耗。

3）陰極頭燒損不均勻。陰極頭冷卻不均勻或者風壓及間隙設定不合理，將導致陰極燒損形狀不好，應調整拉弧間隙和風壓到最佳值，陰極桿脫落也是造成陰極頭燒偏的原因。

6 結束語

等離子運行時遇到問題，應先根據數據曲線初步判斷原因，從簡單原因入手，不要一味的盲目拆卸或只會更換陰極頭，等離子為大電流高電壓高熱部件，檢修時要停電掛牌，做好安全措施。開停機時，等離子各部應該調整到最佳，數據在額定范圍內，并做好記錄，以便以后對比查證；拉弧功率不能超過額定值，否則將加速陰陽極的燒損，各級變壓器發熱量大增，對等離子的長期運行不利；定期工作檢查等離子拉弧時，不能只根據當時啟弧是否成功來判斷等離子是否可靠備用，實際電壓和電流的大小及波動，都可以反映出等離子的工作狀態，進而決定是否需要檢查維護及更換；每次檢查更換陰極頭，一定要順便檢查清理陽極，用砂紙打磨去掉陰極的污染物和氧化物，檢查陰陽極是否漏水，檢查中心筒是否結焦，陽極支架里是否有臟東西，密封水圈是否完好，每一個小細節都可能導致等離子出問題，維護時多一份細心，拉弧運行時就多一份保障。等離子還算一個比較新的東西，需要廣大運行人員和檢修人員共同努力，在運行和檢修過程中不斷積累，一起提高，使等離子點火技術不斷完善。

［1］宋浩.等離子點火裝置講課[Z].2005,6.

［2］煙臺龍源等離子點火系統應用維護手冊[Z].