廣州員村熱電廠是熱電并供的環(huán)保型發(fā)電廠，裝機(jī)容量3臺(tái)220t/h的鍋爐，2臺(tái)5萬(wàn)kW抽汽式凝汽機(jī)組。機(jī)爐的監(jiān)視控制全部由日本Y0KO-GAWA CENTUM-XL DCS完成，為了提高機(jī)爐設(shè)備運(yùn)行可靠性，給水、減溫水、蒸汽管道等重要部位的調(diào)節(jié)門(mén)裝置了美國(guó)LIMITORQUE電動(dòng)執(zhí)行器，但在實(shí)際運(yùn)行中卻不時(shí)發(fā)生故障，影響生產(chǎn)安全，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，找到該進(jìn)口產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理和元器件方面的薄弱環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)合理改造，解決了執(zhí)行器存在的問(wèn)題。

    1 存在問(wèn)題

    員村熱電廠機(jī)爐管道上安裝的LIM1TORQUE電動(dòng)執(zhí)行器共36臺(tái)，分析投產(chǎn)后的維修記錄，發(fā)現(xiàn)該類(lèi)執(zhí)行器的主要故障有：

    （1）機(jī)力矩不足，暫載率設(shè)計(jì)過(guò)低，自動(dòng)調(diào)節(jié)頻繁時(shí)電機(jī)過(guò)熱會(huì)引起拒動(dòng)。
    （2）執(zhí)行器內(nèi)電容選型不當(dāng)，耐壓低、介損大，電容器容易損壞。
    （3）執(zhí)行器內(nèi)~220V~~110V~~24V變壓器鐵芯和繞組過(guò)熱會(huì)燒壞。

    2 分析、解決問(wèn)題

    通過(guò)認(rèn)真查核圖紙資料和LIMITORQUE電動(dòng)執(zhí)行器說(shuō)明書(shū)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行反復(fù)的研究和試驗(yàn)，分步解決執(zhí)行器存在的各個(gè)問(wèn)題。

    2.1 解決執(zhí)行器電機(jī)過(guò)熱、拒動(dòng)的問(wèn)題

    單相交流異步電動(dòng)機(jī)中啟動(dòng)繞組的串聯(lián)電容器如果只在啟動(dòng)過(guò)程才接入的稱(chēng)電容啟動(dòng)式電動(dòng)機(jī)；如果是長(zhǎng)期接入的稱(chēng)電容電動(dòng)機(jī)。這兩種接線方式中前一種適用于一次性啟動(dòng)或不頻繁啟動(dòng)的場(chǎng)合，特點(diǎn)是啟動(dòng)力矩大，但啟動(dòng)電流也大，電機(jī)容易過(guò)熱；后一種適于多次性啟動(dòng)的場(chǎng)合，啟動(dòng)電流較小，但啟動(dòng)力矩也小，機(jī)械負(fù)荷不能太重，否則啟動(dòng)失敗，電機(jī)也會(huì)過(guò)熱。前一種接線方式中，啟動(dòng)完成后一般靠離心開(kāi)關(guān)切除串聯(lián)電容器。但LIMITORQUE電動(dòng)執(zhí)行器卻用普通繼電器代替離心開(kāi)關(guān)，難以保證啟動(dòng)成功。

    發(fā)電廠熱控自動(dòng)調(diào)節(jié)有兩個(gè)特點(diǎn)：a.對(duì)運(yùn)行參數(shù)連續(xù)跟蹤調(diào)節(jié)，要求電動(dòng)執(zhí)行器在一分鐘內(nèi)能多次連續(xù)正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)；b.執(zhí)行器所帶動(dòng)的閥門(mén)比較靈活，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大�？梢�(jiàn)采用電容式電動(dòng)機(jī)的接線方式更為合理。

    我們根據(jù)上述分析采取改進(jìn)措施：如圖1，拆除J1/J2啟動(dòng)繼電器的線圈和觸點(diǎn)，電容器與電動(dòng)機(jī)固定連接，使電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)轉(zhuǎn)全過(guò)程電容器不切出。

    經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)，達(dá)到初步目的：（1）降低電機(jī)啟動(dòng)電流，克服執(zhí)行器多次啟動(dòng)引起過(guò)熱的現(xiàn)象；（2）運(yùn)轉(zhuǎn)全過(guò)程提供足夠的轉(zhuǎn)矩，確保操作可靠；（3）簡(jiǎn)化接線，降低故障率；（4）降低運(yùn)行電流，克服過(guò)熱。

    2.2 解決移相電容選型不當(dāng)?shù)膯?wèn)題

我們參考特種微型電機(jī)計(jì)算理論，重新計(jì)算移相電容器的參數(shù)，達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程主繞組和副繞組的電壓數(shù)值相近，相角近90°的目的。

    2.2.1 電容器電壓計(jì)算

    按電容器耐壓水平大于工作電壓的原則，據(jù)矢量三角形可以計(jì)算出電容器的運(yùn)行電壓：U_C=1.414×240=339.4V，可以選用耐壓500V以上的電容器。

    2.2.2 電容器電容值計(jì)算

    參考LIMITORQUE電動(dòng)執(zhí)行器說(shuō)明書(shū)，合理選用容量匹配的電容器，用給水調(diào)節(jié)門(mén)4″做試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

    （1）串聯(lián)電容器：500V、50μF（電機(jī)串聯(lián)電容器繞組為副繞組）
    各元件的運(yùn)行參數(shù)如表1，圖3（主繞組有功功率ρ₁=U₁I₁cosβ）。
    （2）串聯(lián)電容60μF，運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2，圖4。
    （3）串聯(lián)電容40μF，運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表3，圖5。
    （4）分析比較串聯(lián)電容器容量對(duì)電機(jī)性能的影響（開(kāi)閥為例，同一電機(jī)在4″閥門(mén)上作測(cè)試比對(duì)），見(jiàn)表4。

    結(jié)論：C=50μF時(shí)，繞組電流：降至66%左右；發(fā)熱損耗降至43%。原理是用提高電機(jī)功率因數(shù)來(lái)提高有功出力，達(dá)到既降低電機(jī)電流，又提高轉(zhuǎn)矩的雙重目的。

    用試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)選購(gòu)500V、50μF的優(yōu)質(zhì)電容器，更換LIMITORQUE電動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)的移相電容，取得明顯效果：

    ① 所選的電容器連續(xù)通電半小時(shí)以上無(wú)明顯溫升。
    ② 電機(jī)啟動(dòng)力矩可以滿足閥門(mén)的要求，啟動(dòng)平穩(wěn)快速，啟動(dòng)電流明顯降低（從原來(lái)15A降至8A）。
    ③ 可帶電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，電容器未發(fā)生過(guò)擊穿、過(guò)熱等故障，電機(jī)無(wú)過(guò)熱。

    2.3 執(zhí)行器內(nèi)部變壓器的改進(jìn)

    LIMITORQUE電動(dòng)執(zhí)行器是進(jìn)口設(shè)備，其電機(jī)標(biāo)牌上標(biāo)明使用的交流電源頻率是60Hz，60HVz變壓器用50Hz交流電源供電時(shí)將出現(xiàn)鐵芯磁密升高（甚至飽和）；繞組空載電流激增的現(xiàn)象，造成鐵芯和繞組過(guò)熱，這是變壓器燒壞的直接原因。

    針對(duì)變壓器設(shè)計(jì)不當(dāng)：根據(jù)安裝空間較小的特殊要求，參照電工手冊(cè)重新設(shè)計(jì)變壓器。

    （1）變壓器變比K=220V/110V=2（初級(jí)電壓=220V，次級(jí)電壓=110V）。
    （2）實(shí)測(cè)現(xiàn)變壓器次級(jí)負(fù)載電流=0.19A實(shí)測(cè)初級(jí)空載電流=0.3A（注：比常規(guī)大6倍以上）
    （3）核算變壓器容量：
    P=115×0.19=21.9W
    為提高可靠性按30W設(shè)計(jì)I₂=30/115=0.26A
    （4）擬選用厚0.35mm、GEIB-19，D310高磁密優(yōu)質(zhì)硅鋼片作鐵芯、鐵芯截面（如圖6，圖7）。

表1

表2

表3

表4

    （5）查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)，可知參數(shù)，見(jiàn)表5。

表5

    （6）查手冊(cè)：初級(jí)用QZ 0.28，次級(jí)用QZ 0.38漆包線（外徑分別為0.32及0.42mm）。
    （7）每伏匝數(shù)N₀=4.5×10⁵/13000×6.4=5.4匝/V，初級(jí)匝數(shù)N₁=5.4×220：1188匝，次級(jí)匝數(shù)N₂=1.1×80×110=968匝。
    （8）初級(jí)每層可繞88匝，共14層，每層墊0.05mm厚牛皮紙，初級(jí)繞組共厚14×0.37=5.2mm。
    （9）初次級(jí)絕緣及靜電屏蔽層共厚0.35mm，其中初級(jí)與靜電屏蔽層之間墊0.05mm聚脂薄膜兩層，0.05mm牛皮紙1層，靜電屏蔽用0.05mm厚的銅片，靜電屏蔽與次級(jí)間墊0.05mm聚脂薄膜和牛皮紙各一層。骨架用0.5mm環(huán)氧板制作，外包兩層0.05mm聚脂薄膜和兩層0.05mm牛皮紙，加上線包，*外層包兩層0.12mm牛皮紙共0.94mm。
    （10）次級(jí)每層可繞67匝，共10層，每層墊0.05mm厚牛皮紙一層，共厚4.7mm重新設(shè)計(jì)的變壓器體積比原來(lái)的小，初級(jí)空載電流只有原來(lái)的l/27，空載溫升從原來(lái)的30℃降至5℃，滿負(fù)載工作8小時(shí)，溫升從原來(lái)的60℃降至25℃，連續(xù)72小時(shí)運(yùn)行正常。

    LIMTORQUE電動(dòng)執(zhí)行器更換新設(shè)計(jì)的變壓器后，完全杜絕了由于執(zhí)行器內(nèi)部變壓器過(guò)熱而燒壞的現(xiàn)象。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    員村熱電廠在2000~2001年間，對(duì)廠內(nèi)36臺(tái)LIMTORQUE電動(dòng)執(zhí)行器全部進(jìn)行上述技術(shù)改造，取得了明顯的效果，設(shè)備故障率大幅度下降，熱控自動(dòng)投入率顯著提高，電廠的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性也有相應(yīng)的提高，這說(shuō)明所進(jìn)行的改造是成功的。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司