国产化改造（精选9篇）
国产化改造 篇1
1 问题的提出
某厂全自动注药生产线其核心就是对各种注药温度的自动控制,可是注药现场近20个关键温控点使用的进口温度控制器,自引进起长达25a一直国外、国内无法找到可替换元件。
时至2012年近20个关键温控点的进口温控器已全部损坏,急需更换,仍然无法找到可更换件。积攒25a的难题再不解决,所有关键温控点的注药温度参数即将全部不能自动控制将使注药生产受到严重威胁,甚至因产生大量废品而被迫停产。
2 原进口温度控制器控制原理
温度控制器对注药生产至关重要,例如A浇注锅锅温低于低温设定值时,A锅低温控制器TSL控制薄膜阀100%加热,锅温迅速上升。当锅温高于低温设定值时,A锅低温控制器控制停止100%加热并进入PID调节。当温度高于高温设定值上限,A锅高温控制器马上停止PID调节,启动降温薄膜阀全速降温。始终控制锅温在给定值±0.2℃范围内。
而A锅低温控制器损坏后如果不能更换,造成A浇注锅实际锅温超低许多仍保持PID调节,锅温不能迅速上升或锅温超高许多仍100%加热,A浇注锅锅温都将无法自动控制。不仅注药质量将无法保证,如果废品过多注药生产将因此无法进行。同样,高温控制器损坏后如果不能更换,造成锅温超高许多却不能迅速下降,或锅温超低许多却始终处于100%降温状态,A浇注锅锅温将无法自动控制。注药生产也将无法进行。
3 国产化改造的主要难点
3.1 控制原理复杂
原国外设计的加里加温度自动控制原理非常独特、复杂,难以准确制订出采用国产件替代所需的各种技术参数和替代方案。
该自动温控系统采用PID控制,并有模拟输入、输出信号于集散程控系统相互传递信息。特别执行元件靠输出模拟4m A～20mA电流信号控制汽动薄膜阀,这种独特控制方式与常用的继电器PID输出截然不同,找不到可借鉴的资料。
3.2 需要重新编程
国产新式温度控制器区别于原进口老式温控器,需要编程和设置参数,几十个参数,哪怕有一个参数设置错误,都无法替代成功,且首次替代进口没有可参考物。所以选用国产件必须摸索出一套参数组合方式,重新编程,否则难以替代成功。
3.3 改动内部电路
原国外设计的原理图绘图标准看似与国内一样,购买后实际替代时才发现大相径庭。我们替代时曾遇到厂家提供的接线图,看起来与原国外设计图纸一模一样,可到现场替代后却发现实际控制状态完全相反,明明需要几个常开、一个常闭功能,实际却只能提供一个常开、几个常闭功能。当时我们曾担心采用国产温度控制器不能用于替代进口温度控制器。后来发现国外设计标准与国内标准并不一致,需要通过改动国产温控器内部电路,并重新编程实现对输出功能按照需要重新设计(见图1)。
4 设计和创新
4.1 采用PID温度控制器
选用一台新式微电脑PID温度控制器替代原进口两个低温、高温控制器。
4.2 内部电路重新设计
新型国产温度控制器上我们把AL1、AL2设为同一低温设定值,替代原低温控制器,把AL3设为高温设定值。改动国产温度控制器内部电子电路把,原PID输出OUT改装高温报警输出,把AL3和OUT设为同一高温设定值替代原高温控制器。通过修改参数后重新编程,终于用一台国产件同时替代原进口两个低温、高温控制器,并对改造原国外设计的外部控制电路获得成功。
4.3 采用编程器设置设定值
原进口温度控制器,高低温设定值靠指针式显示。一个格15℃,高低温设定值需要查清多少个格才能确定,既繁琐又不直观,还容易设定错误(见图2)。而经过重新设计,温度控制器通过编程器设置设定值,避免了设定错误,并且温度设定值可在编程器上数字显示(见图3)。
4.4 采用插拔式编程器
原进口温度控制器手拧旋钮即可改变温度设定值,而新式国产微电脑温度控制器采用插拔式编程器编程,插上编程器专业人员才能对控制器编程。程序编完后拔下编程器,非专业人员无法对其进行编程,避免了误操作的可能。
4.5 增加报警提示
原进口温度控制器,高低温报警后从调节器外表上无任何反映,看不出变化。而新型国产控制器超高温或低温报警后都有指示灯亮,随时可以观察到国产温度控制器处于报警状态还是处于非报警状态,有利于及时处理自动状态异常时快速用手动控制,使温度控制精准。
4.6 采用数值直观显示
原进口温度控制器不能直观显示各关键温控点实际温度值,而国产温度控制器实际温度值可以清晰显示等。总之,用此办法替代原进口温度控制器极具创新性。
5 启示
通过对浇注站现场全部20多个关键温控点的进口温度控制器进行了国产化替代改造,获得了成功,解决了进口温度控制器长达25a无法更换替换的难题。此后又用国产控制器替代了原进口处理窑高低水位控制器,又为某科研注药线设计加装了高、低温度控制器。实践证明,此技术极具推广价值。
此次改造的成功,为今后涉及到热交换系统的技术改造提供了强有力的技术支持,下一步可以为加热系统、热处理系统以及各行业需要对温度、水位、速度、压力等参数进行PID精确控制的新旧设备上普及、推广。
摘要：介绍了采用国产元件替代注药生产过程中关键温控点所使用的进口温度控制器,并对原国外设计电路进行改造的设计实践进行了总结。
关键词：PID调节,进口温度控制器,国产化改造
港口进口牵引车发动机国产化改造 篇2
1 必要性分析
南沙公司进口牵引车的所有发动机已于2008―2009年完成第一次大修；之后，20多台发动机进行第二次大修；近1年，部分已大修发动机的重大部件出现损坏，导致发动机维修费用大大增加（见表1）。
进口牵引车发动机的维修保养费用极高，如：高压油泵总成2.15万元/个，调校费用1.20万元/次，打气泵0.95万元/个，发动机控制模块1.8万元/个，增压器0.92万元/个，飞轮室0.64万元/个。2013年，南沙公司进口牵引车发动机的维修保养费用共172.50万元，平均每台2.5万元，达到发动机总成费用的17%。
发动机每大修1次，其额定功率下降约10%。若有某个重大部件损坏，则发动机大修1次的费用将高达7万元以上。在进口牵引车高强度使用（平均每年超过）的情况下，发动机缸体、曲轴、缸盖的使用寿命接近报废周期。若在第二次或第三次大修时，只更换某个重大部件，则无法保证发动机大修后的质量；若更换多个重大部件，则单台发动机大修费用必然更高。
南沙公司70台进口牵引车的驱动桥已于近几年逐步改成国产重汽车桥，变速箱也已于近2年大修，其性能均较好，发动机性能成为制约整机性能的“短板”，而购置1台发动机总成的费用超过15万元。为解决发动机维修保养费用较高、故障率较高、大修后使用寿命无法保证等问题，将进口发动机改为国产发动机势在必行。
2 可行性分析
根据发动机功率、转速、输出扭矩、外形尺寸等参数，南沙公司提出3种方案对发动机进行更换：方案一，购置全新的进口CUMMINS QSB5.9-205发动机；方案二，改用东风康明斯6BTAA5.9-C205发动机；方案三，改用南沙公司同类牵引车发动机。发动机3种改进方案优缺点比较见表2。
通过对比分析，选用东风康明斯6BTAA5.9-C205发动机进行可行性分析。
2.1 额定功率、最大功率、最大扭矩比较
通过对比进口CUMMINS QSB5.9-205发动机与东风康明斯6BTAA5.9-C205发动机的额定功率、最大功率、最大扭矩可知，6BTAA5.9-C205发动机可满足南沙公司进口牵引车使用要求（见表3）。
2.2 转速-功率匹配
QSB5.9-205发动机和6BTAA5.9-C205发动机的转速-功率曲线分别见图1和图2。2种发动机的功率单位不同，分别为马力和kW，而1马力=735 W，因此，在一定转速下两者最大功率基本相同，6BTAA5.9-C205发动机的转速-功率曲线满足要求。
2.3 转速-扭矩匹配
QSB5.9-205发动机和6BTAA5.9-C205发动机的转速-扭矩曲线分别见图3和图4。2种发动机的扭矩单位不同，分别为lb ft和N m，而1 lb ft=，因此，两者最大扭矩差小于10 N m，6BTAA5.9-C205发动机的转速-扭矩曲线满足要求。
2.4 安装位置
6BTAA5.9-C205发动机地脚安装位置，飞轮、飞轮壳和变速箱连接方式及尺寸等与QSB5.9-205发动机一致，无须改动。
3 主要改造工作
2014年6月，南沙公司组织技术人员对其中1台进口牵引车进行改造，以保证其改造后的性能。
（1）更换1台东风康明斯6BTAA5.9-C205发动机总成，其吸气方式为涡轮增压，空空中冷，直列六缸，缸径，冲程，转速/min，额定功率。
（2）改造发动机线路、油门踏板，连接水温表、发动机机油压力表等。
（3）更换发动机散热器、中冷器等。
整机安装完毕后，调试发动机，空车运转试验和负载运转试验均正常。大修后发动机与改造后发动机的优缺点比较见表4。
4 改造效益分析
即使不包括缸盖、缸体、曲轴等重大部件，大修1台发动机的费用也需约6万元，而改造1台发动机的费用约6.5万元，同时可保证发动机使用3年以上。南沙公司进口牵引车的变速箱和驱动桥已于近年大修或整改，性能和可靠性较好，因此，若将发动机进行改造，势必可延长整机寿命3年以上。另外，改造所需费用较为合理，换下发动机的控制模块、高压油泵、空气压缩机等可作为其他牵引车的备件。若每年改造约10台进口牵引车发动机，则不仅可降低其他进口牵引车发动机维修费用，而且改造后发动机的维修费用大大降低，经济性十分可观。
5 结束语
港口进口牵引车发动机改造为部分超龄且长期高强度作业的港口牵引车找到一条延长整机寿命的有效途径，同时也为解决港口其他设备（如正面吊、堆高机、龙门吊）多次大修后发动机性能下降问题提供可借鉴的方法。
（编辑：谢尘 收稿日期：2015-01-21）
抽水蓄能电站机组保护国产化改造 篇3
1 原有保护情况介绍
原有机组保护采用分列式元件配置, 由多个厂家的保护继电器组合而成, 机组保护柜面布置如图1所示。部分保护功能采用了双重化, 保护功能配置、继电器型号和厂家如表1所示。
2 原有保护问题分析
依据国家电网公司反事故措施要求及国内各相关国标和行业标准, 结合已有运行情况分析, 原有机组保护装置在保护配置、设计和运行等多方面存在一定缺陷。
2.1 部分保护未双重化配置
原有机组保护仅部分保护功能实现双重化, 多种重要保护功能仍为单套配置, 包括发变组差动保护、失步保护、转子接地保护、断路器失灵保护、负序过流保护、相序保护、轴电流保护、励磁变过流保护、励磁过负荷保护等。当单套配置的保护继电器异常退出后, 机组将失去该保护功能, 影响机组的安全可靠运行, 不符合国家电网公司十八项反事故措施要求和相关标准[1]。
2.2 保护功能投退依靠监控
原保护装置各工况下保护功能投退均由监控系统完成, 监控系统将相应的控制信号 (闭锁或开放) 通过中间继电器接入相应的保护装置。监控系统和保护系统大量采用中间继电器, 二次回路复杂, 开停机流程复杂, 增加了开机不成功率和保护误动概率。同时保护功能的闭锁不是由保护装置内部逻辑实现, 而是闭锁跳闸出口回路, 因此机组启停机过程中大量出现保护装置动作而实际未出口的报文, 严重干扰运行值班人员监盘及事故分析。
2.3 保护继电器硬件结构可靠性低
原有保护继电器硬件结构采用单CPU系统, 低通滤波、A/D采样、DSP任一环节损坏都将引起装置动作停机, 近几年多次发生SR489保护继电器A/D采样异常引起的非计划停运事故, 而国内保护厂家主流设计采用双CPU系统, 两个CPU系统之间进行完善的自检和互检, 任一CPU板故障, 立即闭锁保护装置并发报警信号。
2.4 部分保护原理不符合国内技术规范
原有机组保护部分保护原理不符合国内技术规范, 主要有以下几个方面: (1) 任一保护装置电源丢失或电源模块损坏, 保护动作出口, 改造前发生过SR489保护继电器电源模块损坏和定子接地保护继电器TOV电源模块故障引起的两起非计划停运事故。 (2) 断路器失灵保护所用电流错误取自中性点侧, 且断路器失灵保护的电流判据只采用相电流元件, 缺少负序电流元件。 (3) 发电电动机差动保护和发变组差动保护没有电流互感器 (TA) 断线闭锁功能, 在机端或中性点TA任一相发生断线时, 装置会出口。 (4) 单元件横差保护未滤除三次谐波分量, 靠抬高定值躲过三次谐波, 灵敏度低。
2.5 保护元件和中间继电器多
原有机组保护由11个保护继电器和61个中间继电器以及2个出口继电器组合而成, 元件众多, 二次回路复杂, 不便于维护, 并且保护继电器和中间继电器来自于多个生产厂商, 备件采购困难, 且采购周期长、费用高。因抽水蓄能机组启停机频繁, 工况较多, 每次开停机过程中, 涉及到保护功能闭锁开放和机组工况状态判别的23个中间继电器频繁动作, 导致这部分中间继电器故障率较高, 最近几年因中间继电器原因引起很多次的开机不成功和非计划停运事故。
3 国产化后的技术改进
3.1 完全双重化保护配置
本次改造严格参照国内技术规程和反措要求, 按照保护功能完全双重化配置原则, 每台发电电动机组设置2套保护装置[2]。每套保护装置实现一台机组的所有电气量保护, 包括主保护、后备保护和异常运行保护, 2套保护实现完全双重化。保护配置如图2所示。
保护装置从电源、电压互感器 (TV) 和TA接入、开入量、出口继电器和断路器跳闸回路等均完全独立, 任一元件或回路损坏不影响另一套装置的正常运行。该配置原则大大提高了抽水蓄能机组保护的可靠性, 降低了机组的运行风险。另外完全双重化保护配置还具有设计简洁、二次回路清晰、运行和维护方便等优势。
3.2 保护功能投退内部实现
沙河电站机组电动工况以SFC启动方式为主, 以背靠背同步启动作为备用。抽水蓄能机组需要根据运行工况的判别, 进行保护功能投退和相序转换, 工况的正确判别是保护改造成功实施的前提。本次改造将发电换相开关、抽水换相开关、启动开关、拖动开关、并网开关、电制动开关和导水叶位置即7个辅助接点直接接入保护装置, 保护装置根据各开入量实现内部逻辑闭锁, 尽量避免单一条件判断运行工况, 同时增加完善的换相开关、启动和拖动开关、并网开关、电制动开关即4个开关异常判据, 在开关异常时, 闭锁与运行工况相关的保护功能, 防止保护的误动。改造后机组启停机过程中不再出现原有保护装置动作而实际未出口的大量报文, 同时由于辅助接点直接接入, 取消了原有大量中间继电器, 极大简化了二次回路, 提高了保护系统的安全性。
3.3 可靠的保护硬件结构设计
抽水蓄能机组对保护装置可靠性要求很高, 而硬件结构的可靠性则是基础。本次改造选用的南瑞继保RCS-985保护装置采用了一种新型的“双CPU系统, 与门出口方式”系统结构, 较好地解决了硬件可靠性问题。该硬件系统结构如图3所示, 分为两个CPU系统 (启动CPU和保护CPU) , 低通滤波、AD采样、CPU等完全独立, 各自进行保护计算。双CPU系统采用“与”门出口方式, 启动CPU作用于开放跳闸继电器正电源, 保护CPU作用于跳闸矩阵, 只有两块CPU板同时动作, 保护装置方可出口, 杜绝了任何硬件损坏导致的误动。两个CPU系统之间还进行完善的自检和互检, 任一CPU板故障, 立即闭锁保护装置并发报警信号。
3.4 先进的保护原理应用
3.4.1 变斜率和工频变化量比率差动保护
由于大型机组短路电流水平相对下降, 非周期电流衰减变慢, 常规差动保护灵敏度降低, 所以对差动保护要求在不失可靠性的前提下具有更高的灵敏度。SR489继电器中差动保护为常规的两折线、三折线比率差动, 灵敏度较低。本次改造采用近年来在大型机组上应用较多的变斜率稳态比率差动和工频变化量比率差动的新原理, 更适合抽水蓄能机组差动保护的要求[3]。
3.4.2 注入式定子和转子接地保护
发电机定子单相接地和励磁回路一点接地是发电机较为常见的电气故障, 抽水蓄能机组造价昂贵, 对定子和转子绕组的对地绝缘检测要求较高。原有定子接地保护采用常规“基波零序电压+三次谐波”原理, 转子接地保护采用乒乓式原理, 在静止状态下无法检测绝缘情况。改造后采用高性能的注入式定子、转子接地保护原理, 可满足无励磁状态下的检测要求, 且保护灵敏度高[4]。
3.4.3 高灵敏横差保护
单元件横差保护是发电电动机匝间短路故障的主保护, 原有横差保护仅为简单的过流元件, 未滤除三次谐波, 依靠抬高定值躲过最大三次谐波不平衡分量, 灵敏度很低。新型的高灵敏横差保护采用相电流比率制动原理, 只需躲过正常运行时的不平衡横差基波电流即可。其基本原理为发生外部短路故障时故障电流增加很大, 而横差电流增加较少, 取电流增加量作为制动量, 保护能可靠制动;定子绕组轻微匝间故障时横差电流增加较大, 而相电流几乎没有变化, 有很高的动作灵敏度。
3.5 其他的改进措施
断路器失灵保护电流取自发电电动机机端TA, 并增加负序电流元件, 完善保护逻辑。原断路器失灵保护用电流取自中性点, 在发电电动机内部故障保护动作后, 由于励磁系统灭磁需一定的时间, 故障电流仍将持续供给, 可能导致断路器失灵保护误动, 不满足国家电网反事故措施要求。发电电动机差动保护和发变组差动保护设置TA断线闭锁功能, 在机端或中性点TA发生断线时, 可根据需要选择是否闭锁差动保护, 灵活性更高。
4 应用情况
1号机组保护改造于2010年5月完成, 改造后保护装置运行良好, 未发生任何异常, 并正确动作1次。2010年6月27日, 1号机组处于发电运行状态, 15时23分01秒, A套注入式定子接地保护和B套基波零序电压保护动作并跳闸出口, 其录波图如图4所示。波形从左至右分为三段, 第一段为保护启动时刻波形, 第二段为跳闸时刻波形, 第三段为跳闸后波形, Ufa, Ufb, Ufc为机端三相电压波形, Uf0, Un0分别为机端和中性点零序电压, I0为中性点零序电流, U20, I20为中性点20 Hz注入低频电压和电流, Rs为定子接地过渡电阻值。从图4可看出, 启动时零序电压Uf0和零序电流I0出现, 定子接地过渡电阻一段时间落至0 kΩ, 为故障初发阶段;跳闸时零序电压和零序电流分量很大, 20 Hz电压明显降低, 20 Hz电流明显增大, 定子接地过渡电阻稳定于0 kΩ, 机端电压C相明显降低, 故障特征明显且稳定, 初步怀疑为机端发生定子C相接地故障。
经仔细排查, 找到故障点为发电电动机机端电制动开关C相单相接地。查明原因是由于空调冷凝水排水管堵塞, 导致冷凝水溢出, 滴落至电制动开关, 造成发电电动机机端引线定子接地故障。在对故障点进行紧急处理后, 机组正常投入运行, 避免了可能造成的发电电动机机端相间短路的严重故障。
5 经济效益
综合考虑设备费、辅材费 (主要为增加的控制电缆) 、安装调试费, 每台机组保护国产化改造费用约20万元, 低于抽水蓄能行业机组保护改造百万级别标准 (据调研潘家口蓄能电厂和广州蓄能电厂机组保护改造费用都在百万元以上) , 在保障技术的前提下建立了机组保护改造费用的新标准。机组保护改造完成后, 新保护装置生命周期内的备件费用和厂家服务费用为0, 只需每年4万元的常规校验外包费用, 克服了原有进口保护装置后期维护费用高 (年均超过20万元) 和售后服务不到位等缺点。
6 结束语
本次改造工程严格参照国内技术规程和反事故措施要求, 克服原有机组保护缺陷, 实现了机组保护主后备一体化、双重配置的成套保护配置方案, 成功应用了注入式定子、转子接地保护原理、变斜率比率差动原理、工频变化量差动原理、高灵敏横差保护等先进技术, 极大地提高了机组保护性能。改造后二次回路简洁清晰, 维护方便, 现场应用安全可靠。
参考文献
[1]GB/T 14285—2006, 继电保护和安全自动装置技术规程[S].
[2]沈全荣, 何雪峰, 沈俭, 等.大型发变组微机保护双重化配置探讨[J].电力系统自动化, 2002, 26 (10) :69-72.
[3]严伟, 陈俊, 沈全荣.超超临界机组发电机变压器组保护探讨[J].江苏电机工程, 2008, 27 (S1) :61-63.
国产化改造 篇4
【关键词】锅炉；循环流化床；缺陷；改造
The Reform of Early Home 35t/h CyclicFluidized bed boider
Yang Xian -Kui
(HnDan Design Engineering Chinacoal CO.,LTD HanDan Hebei 056031)
【Abstract】Cycle fluidized bed boider Produced at hone during the 80s,twentieth Century was the first one designed and manufacted by ourselves.The faults existing in the early home cyclic fluidized bed boider are pointed out inthis passagt.Tuo causes resulting from are analysed and the ways of improvement are presented.
【Key words】Boider;Cyclic fluidizer bed boider;Fault;Reform
1. 引言
（1）20世纪80年代中期，济南锅炉厂生产的35t/h循环流化床锅炉（型号为YG-35/3.82-M2）是首批国产循环流化床锅炉。
（2）由于当时对循环流化床锅炉的规律认识深度不够，设计、制造经验不足，造成早期35t/h循环流化床锅炉存在着出力严重不足，效率低下等多项重大缺陷。
（3）这批早期循环流化床锅炉若继续使用，不但浪费能源，而且还影响用户的生产，给用户造成负担；若将其拆除更新，用户必须重新投入数百万元的资金，而且重建周期也长，影响使用，这不论对企业，还是对国家都是一笔不小的损失。
（4）因此，能否和如何对早期循环流化床锅炉进行完善改造，就成为一个急需解决的问题。
2. 早期35t/h循化流化床锅炉存在的问题
2.1 蒸发量不足。正常运行蒸发量只有21t/h。相当于设计蒸发量的60%。
2.2 锅炉效率低。锅炉实际效率只能达到77~78%，比设计效率81.5%低4个百分点。
2.3 漏灰，漏烟，漏风严重。锅炉运行时，周围环境很差。
2.4 运行周期短，维修工作量大。早期35t/h循环流化床锅炉一般运行周期只有30天至45天，根本无法做到计划检修。这不仅影响了用户的正常供汽，而且增加了维修工作量和维修费用。
3. 对早期35t/h循化流化床锅炉存在问题的分析
3.1 蒸发量不足的原因。与现在制造的35t/h循环流化床进行对比，可以发现早期循环流化床锅炉蒸发量不足主要是蒸发受热面面积不够造成的。早期35t/h循环流化床锅炉蒸发量受热面面积为120m2。而现在生产的35t/h循环流化床锅炉蒸发受热面面积为155m2，两者相差20%。
3.2 锅炉效率低的原因。
3.2.1 飞灰含碳量高。早期的35t/h循环流化床锅炉飞灰含碳量高达16~18%，比现在生产的同规格锅炉的飞灰含碳量7%约高出10个百分点。飞灰含碳量高的原因是进入锅炉的微细煤粒在炉膛内的燃烧时间不够。计算发现其在炉膛内的燃烧时间只有3秒。而现在生产的同规格锅炉为4秒。锅炉分离器的分离效率只有90~95%，那些微细的煤粒分离不下来，不能参加循化，随烟气排出炉外，因此，要求极细煤粒一次经过炉膛就基本燃烬。显然燃烧时间过短，极细煤粒来不及燃烬就排出炉外，造成飞灰含碳量高，使固体未燃烧损失（q4）增大。造成极细煤粒在炉膛内停留时间短的原因是炉膛高度不够，。现在生产的同规格锅炉炉膛高度为15m，早期锅炉的炉膛高度只有10.5m。
3.2.2 漏风严重，过量空气系数过高。由于漏风严重，运行中氧量表（安装位置在过热器后）指示在9%左右，（折算过量空气系数1.4）不能降到正常值5~6%（折算过量空气系数1.3）过量空气系数过大使排烟量增大，烟气带出的热量增加，使排烟损失（q2）增加，降低了锅炉效率。
3.2.3 旋风返料器的返料效果差，锅炉漏灰严重。该种炉型旋风返料器采用风帽式流化床布置方式，由于流化效果不好，返料效果差。另外，锅炉密封不好，漏灰严重。对于以热灰循环方式工作的循环流化床，返料效果不好和漏灰严重必然造成锅炉效率的下降。
图13.3 漏烟、漏灰、漏风的原因。
3.3.1 膨胀间隙造成泄漏。与炉膛连接的个别部件，在锅炉运行中，由于热膨胀与炉膛产生间隙，从而引起泄漏。例如：在早期锅炉设计方式是床体向上膨胀，而水冷壁向下膨胀，这样他们之间必须产生泄漏间隙，其它如惯性返料器，旋风返料器，炉膛穿墙管，给煤机和二次风喷嘴等部件与炉膛的联接部件都存在膨胀间隙。
3.3.2 炉膛裂纹引起泄漏。早期锅炉的下部炉墙，惯性分离器外墙和炉顶等处都没有水冷壁保护，运行中容易受高温影响而产生裂纹，引起泄漏。
3.4 锅炉运行周期短的原因。
3.4.1 管壁磨损速度高。循化流化床锅炉的卫燃带与膜式水冷壁交界部位，由于炉内循环灰的贴壁下流作用。在此产生涡流，水冷壁磨损速度高，管壁在不长时间内就会磨穿，造成停炉。
3.4.2 炉墙破坏。前面3.3.2条提到早期锅炉下部。惯性分离器外墙和炉顶容易产生裂纹，运行中这些裂纹逐渐扩大，严重时引起炉膛破坏，造成停炉。
4. 改造措施（见图1）
4.1 加高炉膛。
4.1.1 保持原来的布风板面积不变，将布风板连同风室一起下移3.2m，使炉膛向下增长1.5m。
4.1.2 将炉顶上移1.5m，使炉膛高度向上增长1.5m。
炉膛高度向上和向下增加后，由原来的10.5m增加至15.2m。炉膛高度的增加使燃料的燃烧时间得以延长，燃烧更充分，减少了飞灰含碳量，降低了锅炉的固体未完全燃烧损失（q4）。
4.2 增加蒸发受热面面积。
4.2.1 炉膛加高给增加蒸发受热面面积提供了条件。改造时将原来布置在运转层以上3m处的膜式水冷壁向下延长与布风道相连，将布风板四周以焊接方式吊在水冷壁下端。这样不但增加了蒸发受热面面积，而且整个炉膛形成箱体结构，运行时整体向下膨胀，避免了原先床体向上膨胀，水冷壁向下膨胀造成的密封缺 陷。
4.2.2 炉顶增加膜式水冷壁，水冷壁后弯进入新增加的中间集箱。这样不但增加了蒸发受热面面积，而且还保护了顶墙，同时使炉膛箱体结构达到封闭。
4.2.3 惯性分离器的后墙增加膜式水冷壁。水冷壁上部和炉顶水冷壁一起进入中间集箱。这样在保护和封闭其后墙的同时，又增加了蒸发受热面面积。改造后锅炉的蒸发受热面面积由原来的120m2增加到146m2。
4.3 解决密封问题。除炉膛全部采用膜式水冷壁焊接成整体的箱式结构外，惯性返料器，旋风返料器，炉顶穿墙管，给煤机和二次风喷嘴等部件与炉膛连接处，全部采用金属膨胀节与水冷壁焊接相连的结构形式。这种结构既保证了水冷壁的自由膨胀，又起到了完全密封的作用。
4.4 解决旋风返料器返料效果差的问题。分析其原因是流化效果不准引起的。旋风返料器采用风帽式的流化床布置方式。改造时将风帽孔径扩大，以增加返料器风板开孔率，从而提高流化强度，改善返料效果。
4.5 解决管壁磨损问题。在卫燃带与膜式水冷壁交界部位，采用向炉墙侧让弯的水冷壁形式。同时用镍铬合金对该部位长度200mm的水冷壁管段进行喷涂，以提高防磨效果。在惯性分离器内部，用耐火材料对水冷壁进行覆盖，防止浓度较大的灰流直接冲刷管壁。
5. 改造效果
采用上述方案，分别对河北省赵县热电厂、永年焦窑电厂河南省临颖化肥厂自备热电厂、博爱化肥厂自备热电厂等单位多台早期35t/h循环流化床锅炉进行了改造，效果都很令人满意。现将改造后的几台锅炉运行参数汇总后与改造前进行比较：锅炉出力由改造前21t/h，改造后上升为38t/h；锅炉效率由77%上升到84~85%（原设计效率81.5%）；飞灰含碳量由16~18%降到7~8%；运行中氧量表指数由9%降至5~6%；漏灰、漏烟、漏风情况由严重到不漏；运行周期由30~45天提高到150天以上。其中最早按此方案改造的一台锅炉，已运行4年多，运行参数仍能达到改造设计要求。
6. 结束语
早期国产循环流化床锅炉是可以改造的。改造后的效果是令人满意的，从而证明本文所述改造方案是行之有效的。该方案对改造早期循环流化床锅炉有参考价值。但锅炉改造要因炉而异，需根据被改造锅炉的安装，运行情况和燃用煤种特性，制定有针对性的改造方案
国产化改造 篇5
电力是现代煤炭的动力, 首先应该保证供电的可靠性和安全性, 并要做到技术和经济方式相结合, 以满足生产的需要。
由于露天煤矿生产条件和工艺流程的特殊性, 对供电系统有特殊的要求, 尤其是露天矿坑下供电系统作为整个煤矿供电的核心, 其对整个煤矿供电的安全、可靠、经济具有举足轻重的作用。
本论文是以哈尔乌素露天煤矿供电系统为背景, 浅析高压重型矿用拖拽橡套动力电缆和电缆连接装置国产化改造及改造后的优缺点。
2 露天矿基础资料
哈尔乌素露天煤矿位于内蒙古准格尔煤田, 于2008年1月9日正式成立, 煤矿采用工作帮移动-端帮半固定坑线多出入沟联合开拓方式, 各剥离工作台阶采用水平分层, 端工作面平装车工艺流程。岩土剥离采用单斗挖掘机-卡车间断工艺, 采煤采用单斗挖掘机-卡车-破碎站胶带运输半连续工艺。设计年产2000万吨, 可采原煤储量17.3亿吨, 煤层平均厚度为21.01米, 全矿平均剥采比为6.626立方米/每吨, 设计服务年限79年。2011年进行扩能改造, 提高产能到3000万吨。哈尔乌素露天煤矿按照“高起点、高质量、高技术、高效益”的建设方针, 引进、吸收、消化国内外露天煤矿先进开采技术经验, 建设成为一支现代化露天矿队伍。
露天矿有一座110KV/35kV变电所, 负责为采场周围架空线路提供电源。采场供电方式采用多条35kV环坑架空线路, 线路T接多台35/6.3KV移动变电站, 6.3kV配出向采掘场内各台阶用电设备供电, 采场供配电由移动式变电站、移动式高压开关柜、分线箱和电缆线路组成。
由于露天矿场工作条件特别恶劣, 加之电缆在地面频繁拖动、放炮和石块掉落等原因, 造成电缆砸伤损坏, 消耗量大, 供电生产成本高。
露天矿供电主要材料配件费用消耗, 发生在供电电缆和电缆连接接头上。
哈尔乌素露天煤矿供电电缆采用美国虎牌高压重型矿用拖拽橡套动力电缆, 电缆附件-即电缆连接接头装置采用加拿大UEE公司设计生产的电缆耦合器装置。
3 研究背景
由于哈尔乌素露天煤矿所用矿用拖拽电缆及电缆附件均为进口, 因此造成生产费用成本高、配件到货周期长等困难。
为提高供电质量和经济性, 在保障安全供电的前提下, 经研究决定开展矿用拖拽电缆的国产化改造, 以降低生产成本、节约材料配件费用和周转时间, 从而确保了露天矿坑下大型生产设备正常运作。
哈尔乌素露天煤矿坑下电缆连接装置采用加拿大UEE公司生产的电缆耦合器装置, 该装置包含两个电缆头 (均为插头) 、一个中间连接的电缆耦合器 (均为插座) , 型号与所用矿用拖拽电缆相匹配, 其中电缆头平均价格约为8500元/件, 年平均消耗245件左右, 电缆耦合器平均价格10200元/件, 年平均消耗120件左右, 总材料消耗费用约为330.65万元 (不包含日常维修配件) 。严重影响着我矿供电类材料费用发生成本。
( 1、动线导 ;2、导屏蔽 ;3、绝缘 ;4、 绝缘屏蔽;5、接地线芯导体;6、接地线芯屏;7、内护套;8、高强度编织层;9、外护套)
4 高压重型矿用拖拽橡套动力电缆
4.1 进口电缆与国产化电缆基本参数比较
4.1.1 进口电缆基本数据
矿内坑下矿用拖拽电缆采 用美国虎 牌电缆, 具有矿用, 抗拉、抗压、抗扭性, 电缆芯数6芯, 额定电压8KV, 额定电流400A, 规格型号分为3×120mm2+2×50mm2+1×35mm2、3×70mm2+2× 25mm2+1x25mm2、3×50mm2+2×25mm2+1×25mm2。
高压重型矿用拖拽橡套动力电缆结构如图1所示。
绝缘层材质采用EPR;绝缘屏蔽采用柔性镀铜编织网屏蔽;护套材质采用CPE;护套层数采用内外双层护套, 护套层之间用加强型Polyester (聚酯) 编织带;护套颜色采用内护套为黑色, 外护套为橙色;外护套处理工艺采用加强型聚氯乙烯处理;电缆芯线采用柔软的包锡铜导线;地线和检测线都使用束状扁平镀锡铜导线;导线的最高工作温度≤90℃。导线短路时, 允许的最高温度为250℃。
4.1.2 国产化电缆基本数据
国产化电缆执行标准Q/XH045-2006。
国产化电缆型号与进口电缆型号相同。
绝缘采用乙丙橡胶为基料的绝缘橡胶;导体屏蔽采用半导电挤包或半导电带包加挤包的结构形式;外护套采用TPU为基料的护套橡胶;电缆长期允许工作温度90度。
4.1.3 电缆性能对比
国产化电缆外护套采用TPU为基料的护套橡胶制成, 与进口电缆外护套材质CPE相比, 有一缺点, 即在冬季气温低使用时, 该国产化矿用拖拽电缆外护套变硬, 对制作电缆连接接头带来一定影响, 但不影响电缆卷放铺设与使用。
其他性能均符合矿内电缆使用条件。
4.1.4 国产化电缆后经济效益分析
至2012年, 已为坑下投入使用进口矿用拖拽电缆51600米。
为了降低电缆成本, 矿内于2008年6月份开始进行矿用拖拽电缆国产化试验及试用, 至目前已投入使用国产化电缆12300米, 比全部使用进口电缆降低成本费用约550余万元。
在节约成本方面, 国产化电缆在冬季使用时带来的外皮变硬的影响显得微不足道。
随着扩能改造的进行, 哈矿由设计2000万吨产能变为3000万吨产能, 设备数量也增加了40%左右, 矿用拖拽电缆的使用量和日常消耗量显著增加, 预计2012年电缆将增加投入和消耗量总量约18000米, 其进口电缆费用约1440万, 而国产化电缆费用约630万, 若全部使用国产化电缆将可以使费用降低810万元, 对矿内节约生产成本起到很大作用。
5 电缆连接装置国产化改造
5.1 进口电缆连接装置与国产化电缆连接装置简述
进口电缆连接装置与国产化电缆连接装置相同, 技术性能指标也相同。
进口电缆连接装置名称为电缆耦合器装置, 国产化电缆连接装置名称为电缆头, 如图2。
电缆连接装置三联套结构:中间双侧为电缆插座, 即中间节的左右两侧均为插座形式, 其他两节均为插头, 使用时两个插头与即将连接的两根电缆连接, 两个插头从左右两侧插入中间节。
该装置可确保坑下供配电工作快速、高效、安全的完成任务, 在加减电缆、电缆铺设对接等任务上, 大大减少设备停电影响时间, 最快可将停送电时间减少至10分钟, 对全矿设备顺利完成生产任务提供了有力保障。
5.2 电缆连接装置三联套与两联套优缺点浅析
在露天矿供电系统中, 供电线路故障往往是由电缆耦合器装置内部故障和电缆损坏造成, 电缆耦合器装置因放炮、石块滑落等原因造成的损坏无法人为控制, 但电缆耦合器装置内部故障却可人为的减少故障率, 如提高员工制作电缆耦合器装置技术, 严格按照标工艺流程制作电缆耦合器装置, 每年在雨季来临前进行电缆耦合器装置检查, 及时更换损坏部件及绝缘胶垫等, 移动该装置时严禁磕碰和生拉硬拽, 从而减少设备故障率。
至目前, 哈矿年消耗电缆头245件左右, 若用三联套装置, 则需要中间的电缆耦合器120套左右, 年消耗量与日常修理需增加费用180万元。从2008年至今需增加费用750余万元。
5.2.1 电缆连接装置三联套
优点浅析:由于电缆连接装置中两端电缆头均为“插头”, 中间连接的电缆耦合器均为“插座”, 因此, 在矿用拖拽电缆对接过程中不用考虑“插头、插座”方向问题, 使用电缆卷放车直接收放电缆铺设即可, 可有效避免电缆铺设方向错误导致的无法进行对接问题, 从而降低影响设备生产时间。
缺点浅析:首先, 电缆连接装置三联套结构, 增加了设备投入数量, 提高了设备故障率, 例如, 大雨季节, 连接装置发生漏水现象, 从而降低该装置绝缘性能, 造成不必要的机电人身事故的发生;其次, 增加了坑下电缆连接装置日常维护、保养及消耗所需配件成本费用;第三, 该装置的使用、安装数量增多, 导致工作任务量明显加大, 劳动人数随之增加, 该装置的使用可使劳动人数增加30%。
5.2.2 电缆连接装置两联套
优点浅析:首先, 省去了中间连接的电缆耦合器, 降低了供电故障率;其次, 减少了工作任务量, 减少了耦合器的组装、维护、排故等工作;第三, 降低了材料费用, 进一步省去了日常消耗的配件费用;设备连接数量减少, 增加设备安全性能。
缺点浅析:在铺设电缆过程中, 电缆卷放车卷放电缆需考虑电缆插头、插座的方向, 才可避免铺设正确。若现场指挥得当, 电缆卷放顺利正确, 则可有效避免铺设方向错误, 该缺点也可忽略不计。
5.3 研究内容
5.3.1 电缆连接装置由三联套改为两联套
经过部件研究, 发现可将电缆连接装置中电缆耦合器前壳体进行改造, 将其螺栓和整体大小进行调整, 代替原有电缆头装置上的电缆头前壳体, 以满足对接条件。
电缆连接装置两联套结构:一节为插头, 一节为插座, 使用时将所要连接起来的两根电缆分别与插头插座相连接, 再把插头插入插座, 两根电缆即被耦合器连接起来。如图3所示。
由上图我们可以看到, 只需要将电缆耦合器的插座经过改造后安装到电缆头上, 即可满足两者对接条件。
电缆头前壳体是以插头形式和电缆耦合器前壳体是以插座形式, 见图4。
其内部装有绝缘瓷套管, 如图5, 以保障绝缘性能。
6 使用方向探讨
国产化矿用拖拽电缆, 其主要特点为可拖拽, 方便在大型露天等场地进行供电, 如露天煤矿、露天铁矿等。它具有良好的抗拉、抗压、抗扭性、抗腐蚀性、防水性、防火性等, 是露天煤矿大型设备供电首选。
国产化电缆连接装置, 其主要特点是电缆线路快速进行连接, 同时使安全性能得到很大提升。可为一级、二级负荷提供电缆连接。例如, 需要临时发电使用的箱变, 可将发电车出线口和箱变进行口进行改造, 在用发电车进行临时供电时, 可用短电缆将发电车与箱变进行连接, 使停送电时间间隔缩短至5分钟, 并且拆装方便、确保安全。图6 (a) 为箱变进线改造, 图6 (b) 为发电车出线口。
7 结论
本论文以哈尔乌素露天煤矿供电系统为原则, 结合现场实际情况, 围绕露天矿高压重型矿用电缆和电缆连接装置国产化改造优缺点展开分析讨论, 主要完成以下结论:在近几年的试验、使用过程中, 国产化矿用拖拽电缆在安全性、质量方面均达到要求, 在经济效益方面表现尤为突出, 可以替代进口矿用拖拽电缆在露天煤矿中的使用。
8 结束语
由于哈尔乌素露天煤矿是新建露天矿, 且是全国设计产能最大、设备和系统最先进的大型露天煤矿, 其主要设备均为进口, 年消耗材料配件费用较大。国产化改造迫在眉睫。
露天煤矿矿用拖拽电缆和电缆连接装置国产化改造成功, 具有重要意义。同时该国产化设备均已在国内多个露天煤矿得到广泛的应用。
从技术层面考虑, 使露天煤矿供电系统有了一定的提升, 使得我国露天煤矿供电电缆和电缆连接装置不再依赖进口, 使国内企业掌握世界领先露天煤矿坑下供电先进技术, 促进国有企业发展, 逐步使我国露天煤矿向国际接轨。同时在经济节约方面, 深入贯彻落实了国家开展的“双增双节”、“节能降耗”有关文件精神, 有效降低了供电系统的生产成本、提高生产效率、减少设备故障率, 为生产任务顺利完成奠定了供电基础。
随着科技的不断进步和国家对露天煤矿的进一步要求, 各进口设备国产化改造尤显重要。
摘要：哈尔乌素露天煤矿供电电缆连接采用电缆头耦合方式连接, 其整套供电设备均由加拿大UEE公司生产, 由于是进口配件, 给哈矿带来了材料配件购置费用大、到货周期长等困难, 制约着矿内生产任务的顺利完成。本文浅述了高压重型矿用拖拽橡套动力电缆和电缆连接装置国产化改造及改造后带来的经济效益和使用方向。
关键词：露天矿供电,电缆耦合器,电缆头,国产化
参考文献
[1]国家煤炭安全监察局.煤矿安全规程.煤炭工业出版社, 2011年02月第一版。
[2]陈天翔、王寅仲等.电气试验.中国电力出版社.2008年11月第二版
[3]张仁豫等.高电压实验技术.北京:清华大学出版社.1984.
[4]速水敏幸.电力设备的绝缘诊断.北京:科学出版社, 2003.
国产化改造 篇6
关键词：励磁变压器,PID控制,励磁调节装置
1 发电机组概述
神华宁煤集团煤基甲醇项目余热利用电站, 是在原首钢引进的气化装置配套一台25MW发电机组, 该发电机组为意大利NUOVO PIGNONE公司1989年生产的无刷励磁三相同步发电机组。由于该机组原有控制系统使用电磁式继电器控制, 已经落后淘汰, 元器件老化严重等问题, 无法满足发电机的正常运行控制, 因此需要对励磁系统进行国产化改造。
25MW同步发电机是配有旋转二极管整流的三相同步发电机, 其励磁方式是由永磁发电机、励磁机、旋转二极管整流等装置构成的无刷三机励磁系统。其发电机主要参数如下:
型号:GSCR10 ZZ 4, 额定容量:33.73MVA, 定子电压:10.5k V, 定子电流:1855A, 转速:1500rpm, 极数:4, 生产厂家:意大利NUOVO PIGNONE公司, 生产日期:1981年。
2 励磁系统组成
具有交流励磁机的发电机励磁系统, 由于交流励磁机时间常数太大, 直接影响发电机转子电压的上升速度, 也就是说, 对发电机的暂态稳定有直接的影响, 不利于发电机及系统的暂态稳定。因此为了减小励磁机的时间常数, 将原有三机励磁系统改造为两机励磁系统, 改造中直接去消永磁发电机, 采用励磁变压器进行自励, 提高励磁系统可靠性。励磁变压器采用环氧浇注干式变压器, Y/Δ-11接线, 励磁变容量为1KVA, 变比为10500V/95V。
通过励磁系统改造之前、之后的对比, 可以看出, 改造采用励磁变压器的两机励磁系统简单、可靠, 减少交流励磁机的时间常数, 使励磁系统运行控制更加稳定、可靠。
3 励磁调节装置数学模型
众所周知, 发电机励磁控制系统是一个闭环的调节系统, 如何保证此系统的稳定及具有优良的动态调节品质是衡量励磁调节装置性能好坏的首要指标, 也就是说, 对于励磁调节装置, 它的灵魂及核心所在是采用何种控制理论及其数学模型。
为了解决发电机组的励磁系统普遍存在开环放大倍数小, 不能满足调节的快速和灵敏, 我们选用采用比例-积分-微分调节即PID调节的数学模型。配有励磁机的PID调节系统的数学模型如下:
4 励磁调节装置的配置
为了提高励磁系统的可靠性, 本次改造采用双微机励磁调节装置, 由两台微机励磁调节器及两套可控硅三相全控桥功率单元组成, 配上交直流开关, 组成两套调节装置。每台微机励磁调节器控制一组可控硅三相桥, 组成一套调节装置, 在直流输出侧并联。正常时互为热备用, 并处于跟踪状态, 即正常时A套调节装置工作, B套调节装置处于跟踪状态, B套功率单元无输出, 如A套调节装置故障则能自动无扰动地切至B套调节装置自动运行, B套功率单元输出, A套功率单元关闭。如B套调节装置再有故障, 则自动切至手动运行, 反之则B套工作, A套跟踪, 每个自动通道还含有手动部分, 运行方式灵活, 确保可靠性。每个自动通道含有手动部分, 运行方式灵活。
灭磁采用交流励磁机逆变灭磁;在可控硅三相桥的直流输出侧装设可机械闭锁的施耐德直流接触器1台, 当保护跳闸时, 计算机发出逆变灭磁信号, 将可控硅的开放角移至150度延时0.4秒后自动跳开调节器输出直流接触器, 这时交流励磁机励磁电流迅速降为零, 进行灭磁。
另外, 对于旋转二极管配有旋转二极管故障检测器, 对无刷励磁系统的旋转二极管进行故障检测, 当二极管整流桥缺臂或缺相时发出报警信号。
5 PWL-2W励磁调节装置
通过以上励磁系统改造的可行性探讨, 我们决定对发电机励磁系统进行改造, 将带有永磁发电机的三机励磁系统改造为由励磁变压器进行自励的两机励磁系统, 励磁调节装置采用南京凯源公司生产的PWL-2型微机励磁调节, 其采用PID调节和转子电压负反馈功能的数学模型完全满足励磁系统调节的控制要求, PWL-2型微机励磁调节在2007年7月通过华北电网励磁系统入网检测, 控制性能稳定、可靠。
6 PWL-2W励磁调节装置的控制要求
(1) 当发电机的励磁电压和电流不超过其额定值的1.1倍时, 励磁系统应保证能连续运行。
(2) 励磁系统强励倍数为1.8, 励磁系统允许强励时间应不小于50S。
(3) 频率特性:发电机空载运行状态下频率每变化1%, 发电机端电压变化不大于额定值的±0.1%。
(4) 发电机空载阶跃响应特性, 5%阶跃响应试验:超调量不大于20%, 振荡次数不大于2次, 上升时间不大于0.8秒, 调整时间不大于5秒。
(5) 发电机突甩额定无功负荷时, 发电机电压超调量不大于10%额定值;振荡次数不超过2次;调节时间不大于10S。
(6) 发电机零起升压时, 自动压调节器应保证发电机电压稳定上升, 其超调量不大于额定值的5%。
(7) 发电机端电压调差率整定范围为±15%, 级差0.1%。
(8) 自动部分保证能在发电机空载额定电压的0~110%范围内进行稳定、平滑地调节, 电压分辨率不大于额定电压值的0.2%。
(9) 手动调节发电机励磁电压能在空载额定励磁电压的0%~130%范围内进行稳定、平滑地调节。
(10) 在发电机空载运行情况下, 频率每变化额定值的±1%, 发电机电压的变化不大于额定值的0.25%。
7 结束语
本次通过发电机励磁系统的国产化改造, 采用励磁变压器进行自励的励磁方式, 大大简化了励磁系统, 提高了励磁系统的稳定性和可靠性, 同时采用南京凯源公司生产的PWL-2型微机励磁调节, 完全满足发电机组励磁调节控制的需要, 自改造后, 发电机组一次并网成功, 运行稳定。
参考文献
[1]PWL系列微机励磁调节装置技术说明书.南京凯源电气自动化有限责任公司
[2]同步发电机励磁及其控制.水利电力出版社.戴克健
国产化改造 篇7
东部电厂一期3×390 MW联合循环机组,采用三菱SFC系统作为启动设备。SFC系统由两套SFC和一套COLP组成,两套SFC可分别拖动三台机组,而无论使用哪一套SFC,COLP都参与了控制,这就使得COLP的作用尤其重要。倘若COLP出现故障而无法及时排除,则会影响任何一台机组的启动。因此,如何保证COLP的低故障率是燃气轮发电机电厂应该考虑的问题。
2 COLP的控制原理和功能[1]
静态变频(SFC)在燃机启动过程中,电源取自6 k V厂用电,系统将大小与频率不变的交流电,变成大小与频率变化的交流电,加在发电机定子绕组上,使发电机在启动过程中以同步电动机的方式运行。转速从0到700 r/min后,进行高盘吹扫,再降转速至570 r/min,燃机点火,加速上升至2 000 r/min后,延时80 s,SFC退出运行,燃机将发电机拖至3 000 r/min。这是目前主流燃气轮发电机由SFC拖动的正常启动流程。
透平控制系统(TCS)与SFC之间的指令传递与执行反馈通过COLP来完成,这样,COLP作为中间桥梁,不但承担了指令及信号的传递作用,而且本身还配备了PLC,其控制程序用以安全实现机组参与启动的各个开关的分合配合和逻辑闭锁。
三菱COLP的控制PLC硬件连接图[2]如图1。
从图1可以看出,COLP采用两套PLC实现双重化配置,两套PLC的CPU之间通过光纤互联,实现互相监听,在一套故障时切换至另一套运行;两套PLC共用一套PIO组件。用光纤进行通信。PIO组件采用双电源配置,最高具备32×6路DI和32×6路DO扩展接入,I/O口配置十分丰富。DI、DO采用干接点输入、输出,为了实现强弱电隔离,每路DI接入独立的DC110V中间继电器,每路DO接入独立的DC48V中间继电器。DI信号来自现场开关的分合闸位置反馈、TCS指令、SFC指令执行反馈、各种保护跳闸输入;DO信号主要是COLP指令执行反馈至TCS、至现场开关分合指令和逻辑闭锁信号、报警信号输出、TCS指令送至SFC。
3 COLP国产化改造的必要性和可行性
3.1 COLP国产化改造必要性分析
鉴于COLP在燃机电厂机组启动过程中的重要性,单套配置的COLP如果出现故障而无法及时排除,将影响电厂所有机组的启动,造成的损失是巨大的。因此,如果COLP能够实现双重化配置或冗余配置,将大大提高COLP的可用率。
从三菱COLP设计上看,采用双PLC配置可以解决由于PLC故障导致COLP不可用的问题,PIO组件双电源配置也可以提高设备的可用率,但仍然存在一系列自身难以克服的缺点,主要有以下几个方面。
(1)DI、DO用到大量中间继电器,不但设备故障率增加,也大大增加了检修工作量。每路DI或DO都有独立的中间继电器,这种插拔式继电器可能由于接触不良或触点表面氧化,导致信号无效。
(2)CPU之间、CPU与PIO之间、PIO与中间继电器底座之间采用光纤或数据线连接,存在受干扰或接触不良的情况,也会影响通信。
(3)缺乏事件记录功能和录波功能,一旦出现故障,故障原因很难查找,对于故障的快速处理非常不利。
另外,三菱COLP中使用了大量进口元件,备件采购价格高昂、供货周期长,售后服务跟不上,所以将其国产化改造势在必行。国内也有将三菱COLP国产化的先例,但只是局限于国内组装,设计没有变化,重要控制元件仍采用进口元件。要真正实现国产化改造,必须对整个控制系统进行重新设计,运用国内新技术和新控制平台,在沿用原设计逻辑的基础上进行规划,使系统简化、可靠。在国产化改造方案制定前,必须对原设备工作原理和控制方法完全吃透,部分控制策略上的缺陷应该加以改进。
3.2 COLP国产化改造可行性分析
由于全厂共用一套COLP,改造工作需在保证COLP可用的条件下进行,这将大大增加改造的难度。在制订改造方案时,应重点考虑以下问题:
(1)为保证改造过程中COLP可用,是否只能新增一套功能一致的国产COLP;
(2)两套COLP只能有一套投入使用,另一套备用,如何实现切换;
(3)在尽量少增加电缆的前提下,原DI、DO信号如何实现两套COLP共用而不互相影响;
(4)对TCS来说,控制系统中只能有一个控制对象,如何实现原有控制信号可以控制两套COLP;
(5)原三菱COLP控制逻辑能否在国产控制系统中完全实现。
针对上面的几个问题,可以有以下处理方法:
(1)由于两套COLP原理不同,因此无法实现自动切换,可以通过手动切换实现;
(2)为简化设计,减少控制电缆使用量,DI、DO信号可以采用并接方式实现;
(3)为不影响两套COLP输出信号互相影响,当使用一套时,另一套需屏蔽信号输出;
(4)两套设备报警信号根据信号产生类型,采用并接或串接方式。
4 一种COLP冗余配置改造方案
为减少改造过程对原COLP的影响,以及保证改造调试过程中由于各种因素导致改造无法顺利运行,原COLP能够快速恢复接线并投入使用,笔者经过与国内一家知名继电保护厂家研发人员深入研究,制订出一种切实可行的改造方案,设计连接图如图2。
(1)两套COLP的开入、开出信号采用并接方式,为了保证原有连接电缆有足够长度,并接位置放在原COLP屏柜内,将原有端子排改为双层端子排。图2只画出了主要DI、DO信号,转子位置传感器信号、报警信号并未画出,但实现方式与其相同,这里不再累述。通过这种方式,TCS逻辑不需作任何改动,其控制对象只有一套COLP,另一套COLP必须作停电处理。
(2)新COLP控制逻辑与原COLP控制逻辑一致。
(3)两套COLP之间的连接电缆(DI和DO)均在新COLP柜内经过刀闸式可分断端子排连接。刀闸式端子排可在原COLP柜与新COLP柜之间提供隔离断点,方便新COLP柜调试。
(4)开入回路和开出回路均采用并联方式,开入及开出回路接线见图3、图4。
对于开入回路,需要特别注意的是:原COLP开入继电器和新COLP开入光隔使用的直流电源必须是同一直流源,这是为了避免出现直流合环导致短路的发生;另外,原柜内采用的是共阴极接线方式,新柜内采用的是共阳极接线方式,接线时必须特别注意。
5 结束语
进口SFC系统的国产化改造进程,最先需要解决的就是逻辑控制盘(COLP)的国产化改造。虽然COLP国产化改造技术难度不高,但工程实施上却有相当难度,一是信号多,接线复杂;二是必须沿用原来的控制逻辑,以确保TCS系统不需作改动,需要深入研究并理解原控制逻辑。如果能够成功实现COLP的国产化改造,并经过长时间运行考验,则可为SFC系统国产化改造奠定坚实基础。
摘要：介绍了静态变频(SFC)系统逻辑控制盘(Control of Logic Panel,以下简称COLP)的基本功能,阐述了其在燃机电厂中的重要作用,分析了逻辑控制盘国产化改造的必要性和可行性,并介绍了一种冗余配置方案。
关键词：SFC,COLP,国产化改造,冗余配置
参考文献
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[5]林伟.考虑燃气轮机变频启动的发电机保护系统研究[D].保定:华北电力大学,2014.
国产化改造 篇8
1方案设计
(1) 改造原则:
①电控系统的改造应采用先进控制技术与控制设备, 完成提升系统的运行控制, 并提高主井提升系统的安全性与可靠性;②改造要充分利用现有设备, 在保证系统功能及安全性的前提下, 降低改造成本;③控制设备的选用应经过严格的检验, 必须确保提升系统的质量;④电控系统的改造要尽可能在不影响煤矿安全生产的前提下完成, 改造时间应尽可能短, 以减小矿井提升的压力。
(2) 具体方案:
①更换原有油开关高压开关柜为KYGC型高压真空开关柜;②更换2台电枢变压器、1台励磁变压器及直流快速开关, 新安装2台光电编码器、1台测速发电机;③将原有模拟控制系统更换为全数字直流电控系统;④更换提升机控制台与液压站, 并配置上位机监控系统。
2电控系统结构
2.1高、低压电源系统
高压电源设备主要包括4台KYGC型高压开关柜, 其中2台为高压电源进线柜, 作为6 kV高压双回路电源;2台为高压电源出线柜 (为电枢整流变压器供电) 。高压开关柜设有电流、电压、有功、无功等测量仪表, 并可提供线路短路、过流、欠压和接地绝缘等保护, 同时高压开关柜的运行状态可以由PLC系统进行监测。
低压电源设备同样采用双回路供电, 为提升机的励磁、通风、控制、测量和保护等电路提供380 V和220 V电源, 同时通过变压、整流和滤波后提供高质量的24 V直流电源。各支路电源配置了短路、过流等保护器件, 各电源开关的状态也由PLC进行采集。同时, 低压电源系统还包括2台UPS, 在意外断电情况下为用于保护的PLC及安全回路提供应急电源。
2.2电气传动系统
电枢回路包括2台干式整流变压器、1台直流快速开关、1台平波电控器、两台整流柜及1台切换柜, 其连接电路如图1所示。2台电枢整流变压器连接组分别为△/△-0、△/Y-11, 采用风扇冷却方式, 并配置了温度传感器和温度保护仪器, 将报警和跳闸信号接点送入PLC。
电枢整流电路采用串联12脉动电枢换向方式, 并可通过切换柜的切换刀闸切换为6脉动方式, 以实现2台整流柜正常时提升机全载全速运行;而单台高压出线柜、整流变压器、整流柜故障或检修时实现提升机全载半速运行, 以降低对煤矿生产的影响。
2.3励磁回路
励磁电源取自低压380 V电源, 经1台干式磁场变压器变压后进入励磁整流柜。整流电路采用反并联的2组6脉动可控硅整流桥, 功率模块采用意大利进口可控硅, 并设有快熔保护、温度保护和阻容吸收装置。
2.4PLC控制系统
主井提升机是煤矿运输的关键设备, 为了满足其安全性及可靠性, 电控系统采用多PLC冗余及网络冗余方案, 多台PLC之间通过Profibus和MPI工业网络进行通信, 用于完成提升机的运行操作、行程控制、故障检测与处理等功能。
PLC系统共由4台PLC组成, 如图2所示, 分别是位于低压柜的低压监测PLC, 位于操作台的人机接口PLC和位于控制柜的行程控制PLC与操作保护PLC。最为关键的2台PLC为行程控制PLC与操作保护PLC, 行程控制PLC接收位于滚筒和导向轮上的2台增量型光电编码器的信号, 将提升机运行的速度以高速脉冲的方式输入PLC, PLC将操作信号、保护信号和其他设定的参数等进行逻辑与算术运算, 产生提升机运行所需的速度给定信号及故障信号。而操作保护PLC采集井筒信号与系统运行信号, 生成运行信号, 实现各种故障保护及闭锁。同时2台PLC均可对部分重要信号进行采集, 实现输入信号线路的冗余配置。2台PLC还可以相互监视、相互保护, 当一台PLC发生故障时, 另一台PLC可以保障提升机紧急停车, 以实现硬件冗余。
4台PLC系统之间采用双网络连接, 即通过Profibus工业现场总线和MPI工业网络进行控制系统信号的通信。4台PLC功能既相互独立, 同时它们之间也需要进行控制信号的传递, 实现资源的共享和硬件冗余。由于Profibus与MPI网络相互独立, 当其中一个通信网络发生故障时, 另一个正常的通信系统仍然可以保证系统的正常工作。
2.5安全保护回路
在PLC系统对提升系统进行安全保护的同时, 还存在继电器电路构成的一个提升机安全回路。继电器安全回路与PLC系统的安全功能相互冗余备用。根据故障发生的严重程度, 安全保护回路对不同的故障采用不同的操作处理方式。故障分为立即施闸类故障 (发生故障时, 系统立即进行安全制动并停车) 、井口施闸类故障 (发生故障时, 允许一次提升循环结束后再停车) 、电气制动类故障 (发生故障后, 系统自动降低速度到0.5 m/s, 然后再施闸停车) 及报警类故障 (仅发出声光报警, 并不制动停车) [2]。所有故障信号均接入PLC, 经过处理后在操作台和监视器上显示故障类型并进行相关保护动作;对于立即施闸类故障除输入至PLC外, 还送入继电器安全回路, 由继电器控制液压制动系统进行立即施闸操作。
2.6监控系统
上位机监控系统采用一台研华IPC 610L型工业控制计算机作为监控计算机, 配置液晶显示屏, 对提升系统的运行工况进行实时采集与显示。显示界面有系统框图、监控界面、报警界面、历史曲线及故障记录等。在监控界面上可显示提升机箕斗的运行高度及速度、井筒开关的状态、电枢电流及磁场电流的大小、实时给定速度与测量速度的大小等, 并可以显示过去一段时间内的电枢电流、励磁电流及运行速度曲线。当系统出现故障时, 显示故障类型及故障点。
3结语
主井提升机进行数字直流电控系统改造后, 每一提升周期可实现加速、匀速、减速、爬行、停车、反向运行, 能按设计在四象限提升速度图中稳定工作;控制精度较原有电控系统有很大提高, 工作可靠性、安全性提高;系统具有很强的自诊断能力, 方便维护人员排查系统故障, 缩短了处理故障时间;运行效率较以前系统有很大提高, 能耗降低。由于采用多PLC控制系统结构, 易于扩展和与其他监控系统组网, 从而实现了全矿远程监控及集中化、信息化、自动化管理。
摘要：结合平煤天安八矿主井提升机直流电控系统国产化改造项目, 介绍了该提升机的电气传动主回路与控制回路的改造方案。改造后的直流电控系统与原有的西德进口SCR—D电控相比, 硬件结构简单, 故障点少, 可靠性高, 控制精度高, 工作稳定性好, 应用了先进的控制算法, 故障自诊断能力强, 大大降低了使用维护成本, 并具有较高的可购置性, 扩展方便, 可与其他系统联网, 实现现代化管理, 其全数字控制技术彻底改变了模拟控制的不足。
关键词：多绳摩擦轮提升机,PLC,提升机直流电控,直流提升机
参考文献
[1]王清灵, 龚幼民.现代矿井提升机电控系统[M].北京:机械工业出版社, 1996.
国产化改造 篇9
1996年本公司引进了英国Holton公司制造的铝管外导体挤压生产线,其主要用于生产物理发泡射频同轴电缆的铝管外导体。经过十几年的运行,该生产线的电气控制系统中已有部分元件老化,需要更换,但随着近十几年电气自动化技术的进步,许多备件已停产,使得采购符合要求的备件变得越来越困难,这种状况已成为影响公司正常生产的隐患。为改变上述被动的局面,本公司决定对铝管外导体挤压生产线的电气控制系统进行国产化改造。
1 改造前设备状态的评估
图1示出了铝管外导体挤压生产线的电气控制系统,其主要由中央控制系统(即主控系统)、操作界面(包括计算机和按钮台)、执行单元、检测单元等组成。主控制系统由Reliance Electric公司生产的PLC及其输入、输出模块组成,这些模块中的许多元件已经老化,时常随着环境温度、湿度的变化及设备的振动而出现故障,使生产线不能正常运行。由于此型号的PLC及其输入、输出模块基本上已经淘汰,在国内市场上已很难采购到,但从设备生产厂家购买,不但价格昂贵,而且采购周期非常长,难以保证生产线正常运行的需要,因此必须采用新型PLC代替旧的PLC。操作界面由按钮台、PC486计算机及人机界面软件组成,其中按钮台工作稳定,不需进行改造,但PC486计算机的元件老化及板卡的松动时常造成造成生产线不能正常运行。此型号计算机早已淘汰,必须用新型计算机代替,且运行于PC486计算机上的人机界面软件不能与新购PLC通讯,需重新设计。执行单元及检测单元中的接触器、中间继电器、电机、气缸、空气开关、熔断器、加热管、电磁阀、温度传感器、压力传感器、流量表、转速表、液位传感器等工作稳定,故不对其进行改造。
2 改造方案的设计及实施
针对改造前铝管外导体挤压生产线的电气控制系统设备状态的评估,我们对该控制系统拟定了改造方案。首先是控制系统的硬件设计,在满足控制系统性能要求前提下,考虑了可靠性、维护使用方便以及性价比等因素,我们采用市场上易于采购的西门子S7-300PLC系列中的CPU314及其输入、输出模块组成新的控制系统。在控制系统的硬件设计完成后,我们在消化、吸收原有控制程序的基础上,根据生产工艺及S7-300PLC的特点重新设计了控制程序。新的控制系统经程序调试后不但能保持原有控制系统功能,而且能在S7-300PLC中正常运行。
操作界面的改造是采用研华公司生产的IP610工控机及亚控公司组态王开发监控系统软件组成。IP610工控机是按工业标准设计,具有抗冲击、抗振动、抗电磁干扰的特点。组态王开发监控系统软件,是新型的工业自动控制系统,它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统,具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点[1]。由于原运行于PC486计算机上的人机界面程序是DOS系统程序,不能直接在组态王开发监控系统中运行,因此我们根据原来的操作界面说明书以及改造前记录下的温度传感器、压力传感器、流量表、转速表、液位传感器的原始参数重新设计了一套可在组态王开发监控系统上运行的人机界面程序,该程序的操作界面和功能与原程序相似,操作人员无需培训就可直接使用。
以上的改造工作已经完成了铝管外导体挤压生产线电气控制系统的主控系统及操作界面的改造,如图2所示。在随后的生产线运行调试中,应对挤压主机的速度、温度显示、压力显示、流量显示、张力显示、液位显示、牵引舞蹈轮和收线舞蹈轮的工作位置进行调整,使整条生产线的设备性能和操作方式与原有生产线大致相同。
3 结束语
进口设备电气控制系统的国产化改造是一项复杂和细致的工作。本公司此次对铝管外导体挤压生产线电气控制系统改造取得良好效果,主要基于以下原因:a.参与改造的电气技术员熟悉市场上各种型号的PLC和组态软件的性能,能根据控制系统改造的要求选择合适的PLC及组态软件,并熟练的对它们进行组态和编程。b.改造团队中有熟悉铝管外导体挤压生产线的生产工艺的技术人员及生产线操作人员,他们在改造过程中协助电气技术人员设计控制程序,使新的控制系统操作方式与原有的一致。c.改造前记录了生产线电气控制系统的详细原始数据。只要将这些参数运用到控制程序的设计之中,使显示的各种数据与原程序一致即可,减少了产品工艺调试过程。d.充足的备件供应(这并不是指仓库内存有大量的备品,而是指改造时选择的备件都是市场上易于采购的通用备件),需要时能够及时提供。e.有效的管理,利用企业现有条件,配置改造所需的人员、材料,最大限度地缩短了设备改造的时间。
参考文献