斗轮机电缆卷筒停转保护装置的研制

2016-08-12 16:38阅读：

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摘要：简要介绍了电厂斗轮机电缆卷筒存在的问题，阐述了电缆卷筒停转保护装置的工作原理、实施过程、使用效果。根据电厂设备实际·睛况，采用PLC研制了一套电缆卷筒停转保护装置。实际使用证明其有效确保了斗轮机安全稳定运行，具有经济实用、结构灵活、安全可靠等诸多优点。
关键词：斗轮机；电缆卷筒；操作原理；停转保护
O 前言
斗轮堆取料机是燃煤电厂主要堆、取煤设备，某电厂一期工程安装了两台哈尔滨重型机器厂生产的DQL 1000／1500·30型斗轮机．这两台斗轮机采用的长期堵转力矩电动机式电缆卷筒。与目前新出厂斗轮机常用的磁滞式电缆卷筒相比。力矩电机式电缆卷筒在具备结构简单、检修方便等优点的同时也存在力矩电机轴承寿命短。维护工作量较大的缺点，一旦电机出现故障斗轮机无法完成电缆的收放。另外．经过近l0年的使用电缆卷筒的机械结构和传动部分也存在老化变形等问题．加大了力矩电动机的负担．每年都会出现几次斗轮机行走过程中电缆卷筒停转缺陷。如发现不及时就会造成电缆损坏。在使用过程中多次由于卷筒电机故障，无法正常完成电缆的收放而造成电缆损坏，并影响生产。
根据该厂设备实际情况，在不更换电缆卷筒的情况下，为避免由于电缆卷筒停转造成电缆损坏，在安排电机定期检修的同时采用PLC研制了一套电缆卷筒停转保护装置，确保了斗轮机安全稳定运行。
1 电缆卷简停转保护的工作原理
根据现场工况可以确定斗轮机行走的速度与电缆收放的线速度基本一致，按以下公式：
V=ωR
式中 V — 斗轮机电缆收放

的线速度：
ω— 电缆卷筒旋转的角速度：
R — 电缆卷筒上的电缆缠绕半径。
可以得到以下结论：假设卷筒电缆缠绕半径不变，可以认为整个行走过程中(煤场中部电缆换向区域外）电缆卷筒旋转的角速度基本不变。
由于电缆卷筒框架圆周被l2 根辐条平均分为l2 部分，每相邻的两根辐条的夹角为 π/6．也就是：
ωt= π/6
　t=π/6ω
式中t — 电缆卷筒旋转π／6的时间；
ω— 电缆卷筒旋转的角速度。

由上式可知当电缆卷筒旋转的角速度ω恒定不变时．电缆卷筒旋转π/6 所需的时间t也恒定不变。在斗轮机尾车护栏靠近6 kV动力电缆卷筒和控制电缆卷筒辐条的适当位置各安装一个电感式接近开关．当辐条旋转经过接近开关时接近开关就会向PLC发出信号，依靠检测两个接近开关发出信号的间隔时间(亦即电缆卷筒旋转π/6的时间)t是否在规定的时间范围内来检测电缆卷筒旋转是否正常，具体判据如下：
(1)如t＜

，则判断卷筒收放正常；
(2)如t＞

，则认为电缆卷筒停转；
(3)如T＞

，则认为电缆卷筒停转。
式中t— 电缆卷筒旋转π／6的时间；

— PLC收到接近开关信号间隔时间的定值；
T— 接近开关发出信号的持续时间；

— PLC收到接近开关信号持续时间的定值。
由于斗轮机有高速行走和低速行走两种模式，相应电缆卷筒的电缆收放速度也不一样，而且电缆卷筒分6 kV电缆卷筒和控制电缆卷筒两种，因此上述时间定值也各不相同。
另外为防止电缆卷筒因力矩电机动力回路跳闸而无法收放电缆．在力矩电机动力回路内加装了卷筒电源检测回路。在行走过程中无论是电缆卷筒停转还是力矩电机动力回路失电．均禁止斗轮机大车行走并发报警指示。

2 改造后电气系统构成
根据市场上相关产品现状并结合该厂设备现场实际情况，改造采用西门子公司SIMATIC S7—200系列CPU224型PLC．并配合图尔克(TURCK)公司Ni20-M30-AD4X型电感式接近开关，来实现旋转检测功能。具体接线图如图1所示。

斗轮机电缆卷筒停转保护装置的研制

图1中Q0.0为无源接点(125、174)串入斗轮机行走回路，故障指示灯2HL5及停转保护投入旋钮6SB1均在斗轮机操作台上。
部分STL语句如下
LD 10.5
LPS
AN 10.1
TON T37,+30 //高速行走时6 kV电缆卷筒的

定值；
LPP
AN 10.3
TON T39．+15 //高速行走时控制电缆卷筒的

定值；
LD 10.5
LPS
A 10.1
TON T41,+15 //高速行走时6 kV电缆卷筒的

定值；
LPP
A 10.3
TON T43,+15 //高速行走时控制电缆卷筒的

定值；
LDN T37 //高速行走时6 kV电缆卷筒的

定值：
AN T39 //高速行走时控制电缆卷筒的

定值；
AN T41 //高速行走时6 kV电缆卷筒的

定值：
AN T43 //高速行走时控制电缆卷筒的

定值；
AN 10.6
LDN T45 //低速行走时6KV电缆卷筒的

定值；
AN T47 //低速行走时控制电缆卷筒的

定值；
AN T49 //低速行走时控制电缆卷筒的

定值；
AN T51 //低速行走时控制电缆卷筒的

定值：
AN 10.5
OLD
ON 10.7 //卷筒保护投入/ 解除：
A 10.0 //卷筒电源监测；
AN Q1.1 //故障指示：
= Q0.0 //斗轮机行走允许：
LD Q0.1 //高速时高压卷筒无信号超时故障：
O Q0.2 //高速时控制卷筒无信号超时故障；
O Q0.3 //高速高压卷筒一直有信号超时故障；
O Q0.4 //高速控制卷筒一直有信号超时故障；
O Q0.5 //低速时高压卷筒无信号超时故障；
O Q0.6 //低速时控制卷筒无信号超时故障；
O Q0.7 //低速高压卷筒一直有信号超时故障；
O Q1.0 //低速控制卷筒一直有信号超时故障；
A 10.7
= Q1.1 //故障指示：

3 调试过程和参数设置
应用S7—200 PLC编程软件STEP7-MICR INV3.2.1.29完成原始程序的设计、编写工作。根据斗轮机运行特点，采用了多个100 ms时基的接通延时定时器(TON)配合开关量输入、输出点完成斗轮机电缆卷筒旋转检测、故障判断及保护出口、故障指示工作。最后到现场根据斗轮机实际运行工况进行参数调整。具体流程图如图2所示。

斗轮机电缆卷筒停转保护装置的研制

首先在乙斗轮机上加装该保护，具体设置如下：
(1)根据斗轮机有高、低速两种行走方式这一情况。设置了两套时间定值(从斗轮机行走开始计时，停止后定时器复位)：高速行走时6 kV和控制电缆卷筒一直有信号的时间定值均为1.5 s，6 kV电缆卷筒没有信号的时间定值为3 s，控制电缆卷筒没有信号的时间定值设为1.5 s：低速行走时6 kV和控制电缆卷筒一直有信号的时间定值为2 s，6 kV电缆卷筒没有信号的时间定值为6.5 s。控制电缆卷筒没有信号的时间定值设为3.5 s。
(2)由于6 kV电缆为扁电缆且较厚(35 mm)，斗轮机在煤场两端和中部时缠绕半径相差很大。相应电缆卷筒角速度差别较大，为确保保护正常投用，因此时间定值均按角速度最小来设定。
(3)当电缆卷筒距地面电源转接箱前后10 m范围内行走时．会出现电缆卷筒短时旋转不规则甚至不转引起的行走跳闸。因此进入此区间前可将“卷筒保护”开关切至“退出”位置。待离开该区域后再重新投入该保护。
(4)考虑到斗轮机开始行走时电缆收放存在一定滞后性和不一致性，以上时间定值留有一定裕度。
(5)把各种导致电缆卷筒停转保护动作的原因在PLC上用Q0.1-Q1.0指示，以方便检修人员迅速判断故障原因。
(6)当某一个电缆卷筒实际工作正常但检测回路出现故障。现场又不具备检修条件时。在要求运行人员加强监护的前提下可以暂时把电缆卷筒停转保护退出使斗轮机能继续运行，但电源检测保护不能退出。

4 改造效果评估
乙斗轮机加装电缆卷筒停转保护完成调试工作并投入运行之后2个月。甲斗轮机也安装完成投入运行。至今，该保护准确动作过2次，确保了斗轮机运行安全，运行人员反映良好。整个改造项目投入不高，但设备运行的可靠性大大提高。效果显著，达到了预期的效果。尽管如此．我们也认识到该保护还有不足之处：由于6 kV电缆卷筒在煤场两侧和中间时电缆的缠绕半径相差太大。以现阶段条件暂时无法对其旋转的角速度进行准确判断，只能参照缠绕半径最大处的角速度进行设定：另外电缆地面转接箱前后10 m范围是电缆卷筒停转保护的死区，一定程度上对保护的准确性产生影响．以后还要设法完善。

5 结束语
随着设备使用年限的不断增加。现场各种问题必然不断出现，对于一个具体问题应该根据实际情况区别对待。检修人员应加大对现场设备的研究力度，加强对设备特性的了解，把握设备的“脾气”，让它更好地为生产服务。

本文摘自岳阳凯立信官网http://www.credsun.com

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