某工程輸煤電動三通控制問題及解決方案分析

盧艷林，李 辰

(中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071)

0 引言

目前，電動三通裝置在火力發電廠輸煤系統中大量應用，三通擋板可實現物料的輸送通道切換，使上游輸煤系統中的物料能夠分配到下游雙路受料系統中的任意一路膠帶機上，實現物料的交叉運行。

某工程為海外工程，按照合同約定采用中國設計標準。其中輸煤系統根據GB 50660—2011《大中型火力發電廠設計規范》要求，采用一路運行、一路備用，并具備雙路同時運行條件的雙路膠帶機[1]，在轉運站實現通道轉運切換，部分輸煤流程圖如圖1 所示。1A 膠帶機可通過1 號轉運站的電動三通A 裝置將物料分配到2A 和3A 任意一路膠帶機上，1B 膠帶機可通過1 號轉運站的電動三通B 裝置將物料分配到2B和3A 任意一路膠帶機上，最終均可以卸煤到1 號煤場或2 號煤場，從而實現該工程卸煤系統物料的交叉運行。

圖1 部分輸煤系統工藝流程圖

1 某工程電動三通設備電氣配置

某工程電動三通裝置采用中國設備，主要由三通管、轉軸、擋板、電動推桿、電機及電控箱(選配)等組成，如圖2 所示。電動三通裝置的工作原理為：電動機接受來自遠方控制系統—輸煤程控或分散控制系統(distributed control system，DCS)—或就地電控箱的指令而轉動，驅動電動推桿向前或向右運動，在連桿的作用下，擋板繞著轉軸向后或向左轉動，當推桿運動到觸發行程開關動作的位置時，擋板轉動到相應的極限位置，三通管內形成左側或右側的通路，來控制物料的流動方向。

圖2 電動三通裝置

該工程電動三通裝置未配置成套電控箱，配電設備采用工程所在國當地某品牌塑殼加雙接觸器3RT202 正反轉回路，配電及控制原理圖如圖3 所示。

圖3 電動三通配電及控制回路圖

2 現場問題

根據該工程低壓柜制造商提供的電氣圖紙，電動三通設置雙接觸器，可通過遠程DCS 或三通裝置就地控制站按鈕實現三通正轉或反轉，即左側或右側通的功能。當電動三通切換左側或右側通時，電機無法通過推桿到位信號連鎖實現自動停止，三通設備就地和開關柜沒有到位顯示，且三通裝置推桿成套提供的到位開關類型為適用電源交流24 ～240 V 的感應開關。

三通擋板若無推桿到位信號，會導致推桿電機堵轉，極易燒毀，嚴重影響輸煤系統的正常運行，增大檢修工作量[2]。本工程中三通裝置廠家提供的位置檢測元件為接近開關，且為無觸點開關，無法為低壓開關柜內電氣控制回路提供到位接點以連鎖停止推桿電機達到保護作用。

3 問題分析

現場出現開關柜與電動三通裝置電氣控制無法配合的問題，經查主要原因如下：

1)在訂購三通裝置時，由于某些原因業主方取消了電動三通裝置廠家自帶的具備完整控制功能的電控箱。

2)該低壓開關柜制造商對其供電的三通設備特性不了解，簡單地認為其為正反轉設備，開關柜內電氣回路僅提供正轉、反轉回路接口而無電動推桿行程到位控制及超位聯停推桿的保護回路。

3)各方對接近開關、行程開關以及限位開關的區別認識不清。設備供貨協議中出現“采用接近開關，接近開關提供一對常開、一對常閉接點”的要求。實際上接近開關又稱為無觸點行程開關，以電磁信號(非接觸式)作為輸入動作信號，適用于“通過信號”。接近開關大多由一個高頻振蕩器和一個整形放大器組成。振蕩器振蕩后，在開關的感應面上產生交變磁場，當金屬物體接近感應面時，金屬體產生渦流，吸收了振蕩器的能量，使振蕩器減弱以致停振。振蕩與停振是兩種不同的狀態，由整形放大器轉換成二進制的開關信號，從而達到檢測位置的目的。行程開關主要由類似按鈕的觸頭系統和接受機械部件發來信號的操作頭組成。行程開關用來反映工作機械的位置變化(行程)，生產機械運動部件模塊撞擊行程開關時，行程開關觸點動作用以發出指令改變電動機的工作狀態。如果把行程開關安裝在工作機械行程的終點處，以限制其行程，就稱為限位開關。限位開關不僅是控制電器，也是實現終端保護的保護電器。

行程開關為有觸點開關，適合進行單方向位置檢測，當物體接近預先設置的限位位置物體時，開關的連桿驅動開關接點引起接點位置的變位。由于有觸點，其相對壽命更短。行程開關和限位開關都是位置開關，行程開關用來檢測行程，可作為輸入信號控制電路在一定距離動作。而限位開關檢測限制位置的信號，起停止、保護的作用。在了解三類開關特性后，才能選擇合適的類型用于三通電氣控制回路以達到預期功能并保護設備。

4 解決方案探討

為解決電動三通推桿電機左、右側到位無法停止造成電機燒毀以及現場無到位指示等問題，考慮以下幾個方案。

方案一：由電動三通裝置廠家提供具有一對常開、一對常閉接點的行程及限位開關，并將該接點接入低壓開關柜內電氣回路中實現，如圖4 所示。

圖4 中取消了原就地緊急跳閘回路，增加行程及限位開關連鎖回路。ZXK 為行程開關，XW1、XW2 為限位開關，通過在正反轉回路中增加串接行程開關及限位開關的常閉輔助結點，實現超位后常閉接點斷開聯停電動推桿電機運行功能，達到保護推桿電機的作用，并將ZXK、XW1、XW2 到位及超位接點信號送至DCS 顯示。

圖4 改造后的三通電氣控制接線圖

方案二：由電動三通裝置廠家提供繼電器擴展接近開關到位接點，并將該接點接入低壓開關柜內正反轉運行及停止的電氣控制回路中。

方案三：由電動三通裝置廠家提供具備完整電氣控制回路的電控箱，箱內含塑殼開關以及正反轉雙接觸器動力回路以及完善的電氣控制回路如圖5 所示，低壓柜廠家柜內僅提供塑殼饋線開關。

圖5 三通電氣控制箱原理圖

控制箱中分別設置了三通擋板右開位置行程開關SQ1、左開位置行程開關SQ2 以及左開限位開關SQ3、右開限位開關SQ4，通過繼電器KA1、KA2、KA3、KA4 分別擴展行程開關和限位開關接點，將相應的行程開關及限位開關信號串接在右開和左開控制回路中，完成行程控制和限位保護，并在控制箱上設置了就地左開到位和右開到位的指示燈回路。

5 現場采用的解決方案及原因

對于以上三個解決方案，綜合考慮成本、工期以及現場設備改造的可行性，最終選擇了方案一，即由電動三通裝置廠家提供符合要求的行程及限位開關，并對低壓開關柜內電氣回路進行修改以解決問題。而另外兩個解決方案中，方案三由于需要重新向國內三通設備廠商購置配套電氣控制箱，箱內需配套完整的塑殼開關、雙接觸器以及配套控制及信號元器件，成本最高。且該工程為海外工程，設備采購周期長被首先否決。方案二受限于現場輸煤轉接端子箱尺寸，箱內設備布置較為緊湊，已不便安裝擴展繼電器而未被采用。

6 結語

該工程因各方對接近開關、行程開關以及限位開關認識不清導致三通設備控制及保護電氣回路出現問題，受現場具體情況以及工期所限選用了方案一作為解決方案。實際上，行程開關和限位開關作為接觸式的檢測裝置，存在可靠性較差、使用壽命短、操作頻率低等缺點，現場長期使用過程中容易出現損壞的情況。接近開關作為非接觸式的檢測裝置具備工作可靠、壽命長，功耗低操作頻率高以及適應輸煤系統相對惡劣的工作環境等多項優點，因此建議在三通設備訂貨時成套訂購配置采用接近開關作為行程及到位控制。對于限位開關，因其僅作為到位行程開關失靈時運行超限的備用，動作幾率較低，可采用有輔助觸點的普通行程開關或接近開關。對于犁煤器等需要到位連鎖停止的同類設備，也適用于此建議方案。