抓斗卸船機振動給料器的故障分析與改進

摘要：常熟發電公司抓斗卸船機原電磁式振動給料器在大車改變頻后出現出力不穩、電流失控等現象并在一段時間內難以根除，經過摸索，找到了根本原因并改進控制和動力元件，改進后卸煤出力平穩，生產穩定。文章對抓斗卸船機振動給料器的故障分析與改進進行了探討。

關鍵詞：高頻干擾；觸發電壓；軟擊穿；反電勢；抓斗卸船機；振動給料器 文獻標識碼：A

中圖分類號：U653 文章編號：1009-2374（2017）08-0048-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.023

位于長江下游的常熟發電公司安裝的是燃煤型機組，全部煤炭靠海輪運輸至輸煤碼頭，輸煤碼頭配置的2臺1500t/h的橋式抓斗卸船機負責公司的全部發電用煤，年卸煤量約450萬t，而振動給料器的可靠穩定性將直接影響卸船機的工況，因此保證抓斗卸船機特別是振動給料器工作的可靠和穩定對卸煤安全及海輪運輸等其他商務合同的嚴格執行具有積極意義。

1 使用中的現狀調查

1.1 運行狀況觀測

常熟發電公司的2臺抓斗卸船機各配置1套GZ系列的電磁線圈式振動給料器，現場由2個線圈構成動力源，控制箱內主要由可靠硅、控制變、觸發模塊構成。在港機大車行走沒有技術改造成變頻的時候振動給料器工作中沒有暴露出大的問題，但大車行走改造后在導倉中振動給料器有時出現電流激增或失控，使得出力不穩，有時煤量激增壓死機內帶，造成系統急停后重啟，嚴重影響卸煤安全和二次啟動的能源浪費，而為了控制煤量又只能調節傾角板的角度，卸煤效率低下，所以找出振動給料器的問題迫在眉睫。

1.2 平時檢修狀況

檢修中發現，在大車不動作其他港機電氣部分動作時振動給料器的工作并無故障，只有導倉才有時出現電流劇增或失控。因不清楚具體原因現實中檢查往往兵分兩路：一路現場察看；一路察看控制箱。現場線圈裝置出于防潮防塵的考慮所以密封較好，固定螺絲較多，拆解費時，一般持續幾十秒大電流通過而沒有及時斷電的話現場線圈絕緣和相關填充料會有股焦味或線圈繞線匝的確燒毀，而更換此線圈需要機務配合，從拆鐵心螺絲開始到裝好線圈后恢復原狀一般要一天左右，非常費力；在2年左右的實際工作中控制箱部分更換觸發模塊或可控硅較為頻繁，因此備品消耗較快，而且在卸煤過程中沒有充分的檢修時間，為了盡快卸煤離船，不適合修理后有足夠的時間試驗，只在導倉時才能徹底看出檢修效果，所以時間上也難以把握，這個故障對卸煤安全和檢修人力都是一個比較大的考驗。

2 改造檢修過程

2.1 修前理論分析

現場工作原理如圖1所示：交流電經過SCR半控可調整流后送至現場線圈，電流產生的主磁力大于兩邊彈簧的作用力和摩擦力后鐵心吸引銜鐵，在電源到負半波時SCR阻斷，電源壓降全部作用在SCR的A、K兩端，鐵心中沒有磁力，在彈簧作用下銜鐵復位，由此完成了一個往復運動，在50Hz電源作用下銜鐵不停來回運動帶動機構振動完成物料出力。

那么為何在大車電機改為變頻驅動控制后會出現振動給料器電流失控而燒毀現場線圈及可控硅等元件的問題呢？檢查中發現在正常作業中振動給料器電流較為穩定，說明控制部分和可控硅是沒有問題的，大車來回導倉時電流會晃動，偶然出現電流滿偏，且停止大車動作后，振動給料器電流仍然滿偏，說明可控硅已經擊穿（后來檢測是軟擊穿），待電源切斷再恢復后又可以使用，由此考慮可能是綜合性的干擾問題。

控制變BK將母線A、B相電源轉為觸發模塊的工作電源，在調節電位器位置一定的時候輸出脈沖至可控硅G、K端，如果電源恒定和脈沖控制角恒定，則輸出到現場振動線圈的電壓一定，電流（出力）穩定。由于大車電機輸出電纜在大車改變頻器時沒有更換，仍然使用的是普通非屏蔽電纜，并且和振動給料器的動力電纜在同一管子中平行施放且距離較長（約75米），在大車來回導倉作業時，2根電纜間產生電磁感應，如上圖虛線框示意，高次變頻諧波在振動給料器的電纜上產生交變感應電勢EM=M*di/dt，式中：M為電纜間的互感系數，與形狀、尺寸、媒質和相對位置有關，電纜形狀是一定的，尺寸為2根電纜的有效同行距離，媒質為空氣，相對位置是平行的（這種走向最為不利）；i為大車電纜中流過的電流，它的變化越快，在振動給料器輸出電纜上的感生電壓Em越大。振動線圈本身是個儲能元件，在線圈內電流變化時會產生自感電勢EL=L*di/dt，線圈選型一定時L是固定不變的，則EL在控制箱內電位器調好后基本是個固定值，所以關鍵取決于EM，且EM的數值和相位是躍變和無規律的，這2個感應電勢在某個時間上重合使得母線A、B端電壓畸變，脈沖控制角位移，可控硅除了在A、K兩端因為電壓躍變可對可控硅造成損壞外，其控制端觸發信號也有躍變，造成輸出不穩定。以相量圖2做簡要說明：

Ugk是觸發模塊輸出的觸發脈沖，其脈寬△T基本不變，在脈沖寬度和幅值足夠的情況下，在電源電壓A相>B相時，其輸出如圖2中t1與t0間的陰影部分Uab（t1-t0），調節觸發模塊的電位器Rw可以控制電壓導通角的移相，如將觸發脈沖Ugk從原來的t1處移至t2處（幅值和脈寬均不變），則輸出幅值相應增加，如圖2中t2與t0間的陰影部分Uab（t2-t0）表明輸出增加了很多。根據可控硅的工作特性，在A、K端電壓小于截止電壓時，不管是否有觸發脈沖，可控硅都截止，觸發脈沖在調制好后是根據一定的相角出現的，所以當電源波形到了t0時刻，由于Uab≈0V，盡管觸發脈沖可能在此時依然產生，但是可控硅仍可靠截止，輸出電壓為0V。

在實際現場，由于EL和EM的存在，使得作用于可控硅A、K端的電壓Uak=Ua-（Ub-EM-EL），在大車導倉作業時，大車電纜內流過的是高頻脈寬方波，該方波通過對地寄生電容產生脈沖型干擾電流，如果脈沖型干擾電流通過統一正確的方式回到高頻干擾源（變頻器），則幾乎不會對其他設備產生大的干擾，但是前述已知，該電纜是非屏蔽老電纜，沒有在大車改變頻時同時更換，這樣脈沖型干擾電流就沒有以確定的路線回到高頻干擾源，而是通過框架、管道等以不確定的方式回到變頻器，這種高頻分量通過上述路徑產生電壓降，使得EM處于不可控的狀態，由于EM的不可控使得Uak的幅值和相位均有不確定性的躍變，假設在t'0時刻可控硅應該關斷的時候因為EM和EL的共同作用將B相電位下拉，使得Uab（t'0）不為0V甚至較大于0V，此時盡管可能沒有觸發信號，但可控硅仍然導通，如圖2中Uab（t'0-t"0）部分，該截止的時候沒有截止，一直延續到下一個導通波形產生時持續導通，除了電動力輸出大增外，可控硅也發熱嚴重直至燒毀。通過對上述一些外在問題的分析后，嘗試用現有的元件對電路做一些小改動來判斷是否主要為干擾問題，如圖2中虛線引出線所指。

2.2 首次改動

通過RC和RV首先對可控硅進行兩端電壓畸變保護，在控制變端通過電阻性燈泡和電容對電源側的躍變進行高次諧波濾波，這個小改造后電流晃動的情況稍有好轉，電流滿偏的情況也稍微變少了，但仍然有失控現象，在實際應用中意義不大，由此也可以斷定EM對控制變壓器的一二次電壓和可控硅兩端Uak的影響是很

大的。

2.3 主要元件重新選型

通過查閱參數，發現該可控硅為KP型，其觸發電壓僅0.5V，耐流和抗干擾能力均不強，與之配套的集成觸發模塊的抗干擾能力也不強，所以很容易在電源波動或者外來無線電磁等綜合干擾下使得可控硅軟擊穿。在港機第一次改造后淘汰下來的原GE產品中有部分大功率直流動力回路上使用的動力可控硅，此產品為美國GE公司的PRX系列，外形側面如圖3所示：

3 效果調查

班組中的試驗表明，在觸發電壓為2.0V左右該可控硅才完全打開（試驗中使用的觸發電源是干電池，故未檢測觸發信號的寬度），由于對大車運行設備的動作頻率和響應速度沒有精細的要求，所以主要考慮配置可控硅的抗干擾能力而非響應速度，這種可控硅的交、直流面均可以安裝散熱片（如圖4下圖中可控硅的兩側），散熱能力大為增強，且原來拆下的備用數量也較多，可以滿足備品數量安全，另外原集成觸發模塊上只有一個外接電位器用以調整輸出電流，無法調整內部電子元件間和集成電路的匹配情況，所以重新設計觸發板如圖6上圖，板內右側的兩個藍色內接電位器分別可以調制輸出脈沖的靈敏度和觸發脈沖的發生頻率，適當降低板件觸發脈沖的靈敏度對抗干擾能力的綜合提高在試驗中發現有非常明顯的幫助。

由于該可控硅的觸發電平和耐流能力均比KP型的提高了，觸發板的信號處理功能也比原來集成觸發模塊的增強，抗干擾能力提高，在現場的試運行中沒有出現電流晃動的現象，經過幾條海輪的來回導倉作業考驗，電流輸出平穩，未有失控現象，并且不需要頻繁啟動傾角電機來調節傾角板角度以控制煤量，也沒有再次出現卸煤皮帶被突變煤量壓死導致系統重新啟動的現象，所以極大地提高了卸煤系統的安全可靠性和工作的時效連續性，降低了卸煤段的廠用電消耗。

4 結語

這次處理過程給筆者的體會有以下四點：（1）卸船機電氣設備較綜合，線路排布一定要清晰、規范；（2）與變頻相關的元件參數選擇要可靠，各種改造要充分考慮到相互間的干擾問題；（3）響應節能利廢號召，通過技術革新，充分利用舊有物資，用最小的代價解決生產缺陷；（4）加強工作中的再學習，加強理論和現場實際的結合，工作中要善于總結分析，專業技術需要不斷努力。

作者簡介：吳軍（1973-），男，江蘇常熟人，華潤電力（常熟）有限公司燃料專工，工程師，高級技師，研究方向：輸煤電氣控制、輸煤施耐德程控、卸船機電控及西門子PLC

程控。

（責任編輯：蔣建華）