宝钢电厂STOCK给煤机控制系统升级改造
一、其改造前设备概况
它钢电厂1、2号350MW机组于20世纪80年代初投人运行，其制粉系统中的10台给煤机是由美国STOCK设备公司于70年代末制造的第1代机械称量式给煤机，它的控制系统采用继电器回路，驱动电机采用滑差调速方式，经20a运行，电气和机械部分趋于严重老化，原有的给煤机控制性能也不适应锅炉分散控制系统(DCS)的精度控制和速度响应的要求，原机械式称重装置的称重调整和计量精度更显落后，因此需采用先进的控制技术及计量方式对其进行技术改造，以适应锅炉系统DCS控制的速度响应、控制精度和接口匹配的要求，并使原给煤机没备各项性能指标达到当前先进水平。
二、改造选型
改造前，先后与国内、国内合资和国外的数家公司进行了多方面的技术交流，经对各公司方案中的设备技术性能、质量、可靠性和改造费用等综合比较，最后确定采用原制造商STOCK设备公司最新的技术和设备进行技术改造。其控制原理见图1。
2.1 采用STOCK设备公司的设备和技术的优点
(1) 原有给煤机本体、前后皮带驱动轮、清扫链等设备可保留使用，将大大降低改造的投资费用。
(2) STOCK设备公司所提供的设备和技术在国内外电力行业是可靠和先进的。
(3) 可按用户点菜式改造。
(4) 本厂给煤机控制系统的备件型规统一，可减少备件种类和数量。
2.2 技术指标和要求
(1) 电气控制系统采用STOCK设备公司的196NT型控制装置，与DCS各子系统的信号接口须拒电厂提出的具体回路形式配置，达到完全匹配。(2)电气控制系统的响应和特性符合锅炉燃料自动控带要求。(3)符合给煤机原工艺参数(给煤率:5.5~32.0t/h连续，计量精度:±5%)。(4)拆除原设在计算机房的控制盘，改为在现场给煤机旁设置新控制盘。控制盘要适应现场温度、振动、粉尘相滴水等环境因素。控制柜防护等级为IP65。(5)针对现场情况,要采取有效的电磁兼容技术措施，并经受抗干扰试验和3个月的运行考核。(6)原给煤机卧式变速齿轮箱改为立式。
3.1 控制系统
原控制系统为继电器构成的简单控制回路，现采用内置16位微处埋器的STOCKl96NT型数宇式控制装置，菜单式数字操作，具有各参数的设定、调整、显示、称重校验判断、故障诊断、事件记录和各种运行状况显示等功能，大大提升了原有给煤机的控制技术水准。
3.2 变频调速
原给煤机驱动电机为带有滑差线圈的交流电动机，效率低，维修多。现采用可变频调速电机，与变频器组成变频调速系统后，给煤率调节响应速度快。变频电动机能在最低给煤率下连续运行。既能获得明显的节电效果，又可大大减少电动机的维护工作量。外置式变频器也采用1P65防护等级，具有良好的防尘防水性能，且适用-10~40℃的环境温度。
3.3 称重装置
将原来的机械式称重装置改为电子式连续称重装置，配以电动机变频调速控制，灵敏度和响应速度有很大提高，实时的计量积算精度比原来有质的提高。当电子称重传感器故障时，自动转到容积式计量方式运行并报警。其定期称重校验时间短，人为偏差少，校验正确率大大提高。
拆除机械式称重装置调整用的平煤门(又称调整挡板)，使皮带上煤流消除了阻碍，不会再因平煤门压住煤块或杂物而撕破皮带，可避免给煤机由此引起的频繁故障，减少抢修和皮带更换费用。
3.4 电磁兼容
给煤机采用变频器调速后，输入输出主回路含有的谐波分量和辐射可能干扰附近弱电信号电缆，亦可能受到附近其它变频器输出回路电缆的辐射干扰，因此，要有技术措施避免可能出现的电磁兼容问题，并须在现场经过考核试验。
3.5 煤流和堵煤开关
根据20a的实际运行经验，原挡板式 皮带上有无煤 信号开关始终动作可靠，因而保留使用，给煤机出口落煤管从未发生堵塞故障，也不再增设落煤管堵塞开关。
3.6 机械传动
原给煤机变速齿轮箱为卧式，由于轴封经多年磨损后常年漏油，备品消耗量和日常维护工作量均较大，现采用立式变速齿轮箱，使传动结构更合埋，不易漏油，且噪音低，使用寿命长，立式齿轮箱接口尺寸应与原设备匹配。
四、改造和调试
2009年7月和2003年11月，分别对1、2号炉共10台给煤机进行了技术改造。经过精心地策划准备，由本厂负责项目的总体方案设计、技术要求及配置方式的制定、制造商电气凹路图的审核及修改、改造的安装施工和投人运行后的性能考核试验。制造商须确保其所供货设备的各项技术指标符合用户方制定的技术要求，并负责现场的安装、调试指导和承担从调试结束正式投运起的1a保质期，在合同范围内经双方通力合作，从改造施工、调试到投人运行获得了圆满成功。
4.1 新控制盘的安置
根据现场设备和系统配置情况，将新控制盘分别安置在给煤机本体旁增设的平台上。其好处是:震动小;控制盘到设备的距离近，配置的动力和控制电缆短;称重装置校验时临时接插线和校验观察方便;点检和运行人负的日常维护和操作也方便。
4.2 遥控指令
DCS遥控指令有多种方式，接线方式有2线、3线和4线制。指令信号有脉冲和连续方式。根据原上位控制接口方式，采用脉冲指令信号和3线制，具有较强的抗干扰能力。给煤率指令和反馈信号均选用4~20mA标准信号。
4.3 报警功能
196NT型控制器将给煤机故障报警分为2类: Thip(跳机)、Alarm(异常)。原变频电动机定子线圈温度高Trip报警信号作为外部信号未输入控制器History(故障记录)中，当该报警信号动作后，给煤机即跳机，待线圈温度自冷到低于动作值时，信号会自动复置，不利于故障判别。对此，增设了1个电动机定子线圈温度高跳机保持回路、1个故障复置按钮和1个报警指示灯，将定子线圈温度高Trip报警信号在盘面上报警并自保。只有经点检或运行人员确认故障情况并复置后，才能重新启动运行，消除了这个故障盲点。
4.4 皮带倒转
启用了196NT型控制器本身具备的皮带倒转操作功能，为机械方面的故障维护或清空给煤机入口段剩煤提供了迅即、便利的手段。
4.5 电磁兼容保障措施
由于现场周围有其他设备的弱电信号电缆和较大功率的变频器输出回路电缆，在改造设计阶段，间制造商提出要采取相应的技术措施来解决可能出现的电磁干扰问题，在变频器输入输出主回路上均增设滤波电抗器。在施工阶段对不同电压等级的电缆分别穿管、分开布置，做好电缆屏蔽和接地的每个环节，通过一系列技术保障措施，在现场距控制盘lm处用较大动率对讲机通话，在控制盘安装底座平台上直接电焊作业试验和经la多的现场运行考核，没有出现异常情况，具备良好的防辐射和抗干扰能力。
4.6 与DCS接口回路的校验
给煤机调节控制回路与DCS的模拟量控制系统(MCS)是一个闭环系统，并与燃烧管理系统(BMS)、数据采集系统(DAS)之间有多个接口和联锁，所以，在改造前与DCS各接口的配置作了全面核查，尽量减少DCS接口的占用量。在给煤机控制回路中留存了一定的备用信号接口，在联动调试校验时，如发现问题，有进行回路调整或修改的余地，经机组启动冷、热态试验，系统响应和功能均符合控制和联锁要求。
4.7 节能
给煤机电动机的功率改造后仍采用1.5kW，在常规24.5t/h给煤率(76.5%给煤率)工况下改造前后的三相负载电流值见表1。由表1可见，采用变频器调速后，与原给煤机相比，每台给煤机电流约降低2/3，经测算衬台给煤机每天可节电约26kW.h，la以300天的计算，10台给煤机共可节电78000kW.h。
4.8 电动机温升试验
电动机绝缘等级为F级，由变频器控制的电动机在6.5t/h最低给煤率(22%给煤率)下连续稳它运转2.5h，至温度不再上升，其间每隔15min测量电动机负载侧端盖和机壳中部的温度，检验电动机在风扇冷却效果最差和低频噪音条件下的温升，在环境温度32冗时测得温升19℃，符合电动机技术指标，
4.9 称量校验
称量校验标准为6个月进行1次。凡更换新皮带投用1周后需再校验卫次，以消除新皮带松驰引起的称量误差。
五、建议
5.1 恢复煤仓煤闸门段的煤流检测器信号
本厂1、2号机组往每台给煤机上部的煤仓下段均装有煤仓振动器，其控制分自动和手动2种方式，目前自动方式的启停取自给煤机的 皮带上无煤 信号，这个形式对制粉系统正常稳定运行不能起到有效作用，因为当煤仓发生堵塞、搭桥或走洞等异常情况时，给煤机以提高转速来补偿煤流不足，最终给煤机因指令与反馈信号出错而跳闸。由给煤机的 皮带上无煤 信号来启动煤仓振动器运转，往时序上已是事后所为，因此，建议取用在煤仓煤闸门上段的煤流检测器 无煤流 信号作为启动信号，这样，在给煤机尚未断煤前就自动启动煤仓振动器，则在工艺流程上提高了制粉系统运行的可靠性，煤闸门到给煤机人口这段落煤管内的剩煤还可防止磨煤机内热风返上到煤仓。
5.2 给煤机驱动变频器需具有 电源瞬停再启动 功能
STOCK目前配套的AC Tech公司变频器不完全具备 电源瞬停再启动 功能。对于给煤机变频器的供电电源带有电源瞬停切换的系统，当停电切换时间较长(如400ms)时，运行中的变频器因 低电压运行 故障信号而全停，此刻，会引发锅炉主燃料切断(MFT)动作，因此，对选用STOCK配套变频器的用户，应明确配套的变频器需具有完善的 电源瞬停再启动 和 电源瞬停延时时间设定 等功能，由用户根据实际电源停电切换时间进行设定。同时也需对STOCK给煤机的196NT控制系统的内部控制逻辑和控制回路作相应修改，以避免由其在瞬时停电切换时引发锅炉MFT动作。
六、结束语
目前，国内火电厂给煤机驱动电动机大多使用滑差调速电机，电能效率很低，如改用变频调速驱动与电子连续称重装置组合，不但调速响应快，还具有明显的节电效果，并可大大减少电机维修工作量。
给煤机控制系统改造涉及上位控制系统和本体机械部分，改造前对现场设备运行状况全面了解，对电气控制系统的接口及配置形式、控制功能和机械传动等技术要求的熟悉都至关重要。在与改造设备制造商的供货技术协议书中，技术参数、配置设备、配置形式、供货范围、技术服务支持和质量保证等条款要详细明确，避免遗漏，这是保证改造工程成功的重要一环。本厂1号炉5台给煤机改造后经1a多的运行，改造设备运行稳定、可靠，未发生引起控制系统故障的情况，操作功能和与DCS新系统的联锁功能满足运行要求，使运行了20a的给煤机老设备重新焕发青春，其各项性能指标达到了本世纪初的先进水平。