抓斗卸船機(jī)振動(dòng)給料器的故障分析與改進(jìn)

摘要：常熟發(fā)電公司抓斗卸船機(jī)原電磁式振動(dòng)給料器在大車(chē)改變頻后出現(xiàn)出力不穩(wěn)、電流失控等現(xiàn)象并在一段時(shí)間內(nèi)難以根除，經(jīng)過(guò)摸索，找到了根本原因并改進(jìn)控制和動(dòng)力元件，改進(jìn)后卸煤出力平穩(wěn)，生產(chǎn)穩(wěn)定。文章對(duì)抓斗卸船機(jī)振動(dòng)給料器的故障分析與改進(jìn)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高頻干擾；觸發(fā)電壓；軟擊穿；反電勢(shì)；抓斗卸船機(jī)；振動(dòng)給料器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

位于長(zhǎng)江下游的常熟發(fā)電公司安裝的是燃煤型機(jī)組，全部煤炭靠海輪運(yùn)輸至輸煤碼頭，輸煤碼頭配置的2臺(tái)1500t/h的橋式抓斗卸船機(jī)負(fù)責(zé)公司的全部發(fā)電用煤，年卸煤量約450萬(wàn)t，而振動(dòng)給料器的可靠穩(wěn)定性將直接影響卸船機(jī)的工況，因此保證抓斗卸船機(jī)特別是振動(dòng)給料器工作的可靠和穩(wěn)定對(duì)卸煤安全及海輪運(yùn)輸?shù)绕渌虅?wù)合同的嚴(yán)格執(zhí)行具有積極意義。

1 使用中的現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 運(yùn)行狀況觀測(cè)

常熟發(fā)電公司的2臺(tái)抓斗卸船機(jī)各配置1套GZ系列的電磁線圈式振動(dòng)給料器，現(xiàn)場(chǎng)由2個(gè)線圈構(gòu)成動(dòng)力源，控制箱內(nèi)主要由可靠硅、控制變、觸發(fā)模塊構(gòu)成。在港機(jī)大車(chē)行走沒(méi)有技術(shù)改造成變頻的時(shí)候振動(dòng)給料器工作中沒(méi)有暴露出大的問(wèn)題，但大車(chē)行走改造后在導(dǎo)倉(cāng)中振動(dòng)給料器有時(shí)出現(xiàn)電流激增或失控，使得出力不穩(wěn)，有時(shí)煤量激增壓死機(jī)內(nèi)帶，造成系統(tǒng)急停后重啟，嚴(yán)重影響卸煤安全和二次啟動(dòng)的能源浪費(fèi)，而為了控制煤量又只能調(diào)節(jié)傾角板的角度，卸煤效率低下，所以找出振動(dòng)給料器的問(wèn)題迫在眉睫。

1.2 平時(shí)檢修狀況

檢修中發(fā)現(xiàn)，在大車(chē)不動(dòng)作其他港機(jī)電氣部分動(dòng)作時(shí)振動(dòng)給料器的工作并無(wú)故障，只有導(dǎo)倉(cāng)才有時(shí)出現(xiàn)電流劇增或失控。因不清楚具體原因現(xiàn)實(shí)中檢查往往兵分兩路：一路現(xiàn)場(chǎng)察看；一路察看控制箱?，F(xiàn)場(chǎng)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(fèi)時(shí)，一般持續(xù)幾十秒大電流通過(guò)而沒(méi)有及時(shí)斷電的話現(xiàn)場(chǎng)線圈絕緣和相關(guān)填充料會(huì)有股焦味或線圈繞線匝的確燒毀，而更換此線圈需要機(jī)務(wù)配合，從拆鐵心螺絲開(kāi)始到裝好線圈后恢復(fù)原狀一般要一天左右，非常費(fèi)力；在2年左右的實(shí)際工作中控制箱部分更換觸發(fā)模塊或可控硅較為頻繁，因此備品消耗較快，而且在卸煤過(guò)程中沒(méi)有充分的檢修時(shí)間，為了盡快卸煤離船，不適合修理后有足夠的時(shí)間試驗(yàn)，只在導(dǎo)倉(cāng)時(shí)才能徹底看出檢修效果，所以時(shí)間上也難以把握，這個(gè)故障對(duì)卸煤安全和檢修人力都是一個(gè)比較大的考驗(yàn)。

2 改造檢修過(guò)程

2.1 修前理論分析

現(xiàn)場(chǎng)工作原理如圖1所示：交流電經(jīng)過(guò)SCR半控可調(diào)整流后送至現(xiàn)場(chǎng)線圈，電流產(chǎn)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(fù)半波時(shí)SCR阻斷，電源壓降全部作用在SCR的A、K兩端，鐵心中沒(méi)有磁力，在彈簧作用下銜鐵復(fù)位，由此完成了一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在50Hz電源作用下銜鐵不停來(lái)回運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)完成物料出力。

那么為何在大車(chē)電機(jī)改為變頻驅(qū)動(dòng)控制后會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)給料器電流失控而燒毀現(xiàn)場(chǎng)線圈及可控硅等元件的問(wèn)題呢？檢查中發(fā)現(xiàn)在正常作業(yè)中振動(dòng)給料器電流較為穩(wěn)定，說(shuō)明控制部分和可控硅是沒(méi)有問(wèn)題的，大車(chē)來(lái)回導(dǎo)倉(cāng)時(shí)電流會(huì)晃動(dòng)，偶然出現(xiàn)電流滿偏，且停止大車(chē)動(dòng)作后，振動(dòng)給料器電流仍然滿偏，說(shuō)明可控硅已經(jīng)擊穿（后來(lái)檢測(cè)是軟擊穿），待電源切斷再恢復(fù)后又可以使用，由此考慮可能是綜合性的干擾問(wèn)題。

控制變BK將母線A、B相電源轉(zhuǎn)為觸發(fā)模塊的工作電源，在調(diào)節(jié)電位器位置一定的時(shí)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(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)線圈的電壓一定，電流（出力）穩(wěn)定。由于大車(chē)電機(jī)輸出電纜在大車(chē)改變頻器時(shí)沒(méi)有更換，仍然使用的是普通非屏蔽電纜，并且和振動(dòng)給料器的動(dòng)力電纜在同一管子中平行施放且距離較長(zhǎng)（約75米），在大車(chē)來(lái)回導(dǎo)倉(cāng)作業(yè)時(shí)，2根電纜間產(chǎn)生電磁感應(yīng)，如上圖虛線框示意，高次變頻諧波在振動(dòng)給料器的電纜上產(chǎn)生交變感應(yīng)電勢(shì)EM=M*di/dt，式中：M為電纜間的互感系數(shù)，與形狀、尺寸、媒質(zhì)和相對(duì)位置有關(guān)，電纜形狀是一定的，尺寸為2根電纜的有效同行距離，媒質(zhì)為空氣，相對(duì)位置是平行的（這種走向最為不利）；i為大車(chē)電纜中流過(guò)的電流，它的變化越快，在振動(dòng)給料器輸出電纜上的感生電壓Em越大。振動(dòng)線圈本身是個(gè)儲(chǔ)能元件，在線圈內(nèi)電流變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生自感電勢(shì)EL=L*di/dt，線圈選型一定時(shí)L是固定不變的，則EL在控制箱內(nèi)電位器調(diào)好后基本是個(gè)固定值，所以關(guān)鍵取決于EM，且EM的數(shù)值和相位是躍變和無(wú)規(guī)律的，這2個(gè)感應(yīng)電勢(shì)在某個(gè)時(shí)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?yàn)殡妷很S變可對(duì)可控硅造成損壞外，其控制端觸發(fā)信號(hào)也有躍變，造成輸出不穩(wěn)定。以相量圖2做簡(jiǎn)要說(shuō)明：

Ugk是觸發(fā)模塊輸出的觸發(fā)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(shí)，其輸出如圖2中t1與t0間的陰影部分Uab（t1-t0），調(diào)節(jié)觸發(fā)模塊的電位器Rw可以控制電壓導(dǎo)通角的移相，如將觸發(fā)脈沖Ugk從原來(lái)的t1處移至t2處（幅值和脈寬均不變），則輸出幅值相應(yīng)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(jù)可控硅的工作特性，在A、K端電壓小于截止電壓時(shí)，不管是否有觸發(fā)脈沖，可控硅都截止，觸發(fā)脈沖在調(diào)制好后是根據(jù)一定的相角出現(xiàn)的，所以當(dāng)電源波形到了t0時(shí)刻，由于Uab≈0V，盡管觸發(fā)脈沖可能在此時(shí)依然產(chǎn)生，但是可控硅仍可靠截止，輸出電壓為0V。

在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，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(chē)導(dǎo)倉(cāng)作業(yè)時(shí)，大車(chē)電纜內(nèi)流過(guò)的是高頻脈寬方波，該方波通過(guò)對(duì)地寄生電容產(chǎn)生脈沖型干擾電流，如果脈沖型干擾電流通過(guò)統(tǒng)一正確的方式回到高頻干擾源（變頻器），則幾乎不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生大的干擾，但是前述已知，該電纜是非屏蔽老電纜，沒(méi)有在大車(chē)改變頻時(shí)同時(shí)更換，這樣脈沖型干擾電流就沒(méi)有以確定的路線回到高頻干擾源，而是通過(guò)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(guò)上述路徑產(chǎn)生電壓降，使得EM處于不可控的狀態(tài)，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(shè)在t'0時(shí)刻可控硅應(yīng)該關(guān)斷的時(shí)候因?yàn)镋M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(shí)盡管可能沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，但可控硅仍然導(dǎo)通，如圖2中Uab（t'0-t"0）部分，該截止的時(shí)候沒(méi)有截止，一直延續(xù)到下一個(gè)導(dǎo)通波形產(chǎn)生時(shí)持續(xù)導(dǎo)通，除了電動(dòng)力輸出大增外，可控硅也發(fā)熱嚴(yán)重直至燒毀。通過(guò)對(duì)上述一些外在問(wèn)題的分析后，嘗試用現(xiàn)有的元件對(duì)電路做一些小改動(dòng)來(lái)判斷是否主要為干擾問(wèn)題，如圖2中虛線引出線所指。

2.2 首次改動(dòng)

通過(guò)RC和RV首先對(duì)可控硅進(jìn)行兩端電壓畸變保護(hù)，在控制變端通過(guò)電阻性燈泡和電容對(duì)電源側(cè)的躍變進(jìn)行高次諧波濾波，這個(gè)小改造后電流晃動(dòng)的情況稍有好轉(zhuǎn)，電流滿偏的情況也稍微變少了，但仍然有失控現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中意義不大，由此也可以斷定EM對(duì)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(guò)查閱參數(shù)，發(fā)現(xiàn)該可控硅為KP型，其觸發(fā)電壓僅0.5V，耐流和抗干擾能力均不強(qiáng)，與之配套的集成觸發(fā)模塊的抗干擾能力也不強(qiáng)，所以很容易在電源波動(dòng)或者外來(lái)無(wú)線電磁等綜合干擾下使得可控硅軟擊穿。在港機(jī)第一次改造后淘汰下來(lái)的原GE產(chǎn)品中有部分大功率直流動(dòng)力回路上使用的動(dòng)力可控硅，此產(chǎn)品為美國(guó)GE公司的PRX系列，外形側(cè)面如圖3所示：

3 效果調(diào)查

班組中的試驗(yàn)表明，在觸發(fā)電壓為2.0V左右該可控硅才完全打開(kāi)（試驗(yàn)中使用的觸發(fā)電源是干電池，故未檢測(cè)觸發(fā)信號(hào)的寬度），由于對(duì)大車(chē)運(yùn)行設(shè)備的動(dòng)作頻率和響應(yīng)速度沒(méi)有精細(xì)的要求，所以主要考慮配置可控硅的抗干擾能力而非響應(yīng)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(cè)），散熱能力大為增強(qiáng)，且原來(lái)拆下的備用數(shù)量也較多，可以滿足備品數(shù)量安全，另外原集成觸發(fā)模塊上只有一個(gè)外接電位器用以調(diào)整輸出電流，無(wú)法調(diào)整內(nèi)部電子元件間和集成電路的匹配情況，所以重新設(shè)計(jì)觸發(fā)板如圖6上圖，板內(nèi)右側(cè)的兩個(gè)藍(lán)色內(nèi)接電位器分別可以調(diào)制輸出脈沖的靈敏度和觸發(fā)脈沖的發(fā)生頻率，適當(dāng)降低板件觸發(fā)脈沖的靈敏度對(duì)抗干擾能力的綜合提高在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有非常明顯的幫助。

由于該可控硅的觸發(fā)電平和耐流能力均比KP型的提高了，觸發(fā)板的信號(hào)處理功能也比原來(lái)集成觸發(fā)模塊的增強(qiáng)，抗干擾能力提高，在現(xiàn)場(chǎng)的試運(yùn)行中沒(méi)有出現(xiàn)電流晃動(dòng)的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)幾條海輪的來(lái)回導(dǎo)倉(cāng)作業(yè)考驗(yàn)，電流輸出平穩(wěn)，未有失控現(xiàn)象，并且不需要頻繁啟動(dòng)傾角電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)傾角板角度以控制煤量，也沒(méi)有再次出現(xiàn)卸煤皮帶被突變煤量壓死導(dǎo)致系統(tǒng)重新啟動(dòng)的現(xiàn)象，所以極大地提高了卸煤系統(tǒng)的安全可靠性和工作的時(shí)效連續(xù)性，降低了卸煤段的廠用電消耗。

4 結(jié)語(yǔ)

這次處理過(guò)程給筆者的體會(huì)有以下四點(diǎn)：（1）卸船機(jī)電氣設(shè)備較綜合，線路排布一定要清晰、規(guī)范；（2）與變頻相關(guān)的元件參數(shù)選擇要可靠，各種改造要充分考慮到相互間的干擾問(wèn)題；（3）響應(yīng)節(jié)能利廢號(hào)召，通過(guò)技術(shù)革新，充分利用舊有物資，用最小的代價(jià)解決生產(chǎn)缺陷；（4）加強(qiáng)工作中的再學(xué)習(xí)，加強(qiáng)理論和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的結(jié)合，工作中要善于總結(jié)分析，專(zhuān)業(yè)技術(shù)需要不斷努力。

作者簡(jiǎn)介：吳軍（1973-），男，江蘇常熟人，華潤(rùn)電力（常熟）有限公司燃料專(zhuān)工，工程師，高級(jí)技師，研究方向：輸煤電氣控制、輸煤施耐德程控、卸船機(jī)電控及西門(mén)子PLC

程控。

（責(zé)任編輯：蔣建華）