摘 要：詳細地介紹了等離子點火器陰極壽命計算系統的意義，理論依據及實現方案。 關 鍵 詞：等離子點火器；陰極；陽極；電??；燒損規律；時間基準 煙臺龍源電力技術有限公司成功的開發研制出DLZ-200型工業性等離子點火器，直接點燃煤粉。1999年該裝置安裝于煙臺發電廠1#鍋爐進行機組啟動和穩燃試驗，2000年10月通過國家電力公司組織的專家組的鑒定，建議在全國適用機組大規模推廣。 2000年12月佳木斯發電廠13#爐中儲式制粉系統鍋爐1#、3#角采用專設等離子點火器進行工業性試驗，獲得無油點火成功。此后，等離子點火改造迅速在全國范圍內的電廠廣泛推廣，現已完成等離子點火改造并投產的電廠有30多個，預計明年要進行等離子點火改造的機組要達到100多臺。隨著等離子點火裝置在現場的廣泛使用，裝置本身的一些問題也逐漸的暴露出來，燒損件陰極的使用壽命短，陰極的使用壽命無法準確的估計，已成為問題的焦點，電廠運行人員和公司調試人員都強烈要求給等離子點火器設計一套準確的陰極壽命計算及預警系統來準確掌握陰極的使用情況。 一、 陰極壽命計算及預警系統的意義 等離子點火裝置主要應用在電廠鍋爐啟動階段、低負荷穩燃階段和機組滑停階段，用來替代油槍，達到節能增效的目的。這三個過程都需要點火器有很好的穩定性，能夠長時間穩定運行，不能在中間出現因陰極燒損而斷弧情況。特別是在機組汽機沖轉、發電機并網等關鍵時機，機組大修后各種試驗的關鍵時間都要求點火器有絕對可靠的穩定性。否則，將會給整個機組帶來不可估量的損失。因此，通過陰極壽命計算系統準確掌握陰極使用壽命情況，可采取提前更換新陰極頭等手段避免在機組啟動等重要的運行過程中發生斷弧現象。 二、 陰極壽命計算系統的理論、實驗依據 等離子電弧的基本原理是電極接觸引弧，即陰極與陽極接觸后通過特定的直流電源給陰陽極加大電流，當陰極離開陽極時引燃電弧，同時電弧在線圈磁力的作用下被拉出噴管之外，壓縮空氣在電弧的作用下被電離為高溫等離子體，形成等離子電弧。跟據等離子電弧的工作原理，陰極作為等離子發生器發射電子的高溫部件，燒損是該電極的工作特點。影響陰極使用壽命的因素很多，其中主要因素有電極材料、電極形狀、電弧工作電流、冷卻條件、使用氣體種類。DLZ-200型等離子點火裝置為磁穩空氣載體等離子發生器，它由線圈、陰極、陽極組成，其中陰極、陽極材料均采用高導電率的金屬合金材料制成，并且用水冷方式以承受電弧高溫。根據DLZ-200型等離子點火裝置的工作特點，使用的電極材料、電極形狀，使用氣體種類都是一定的。所以，在保持冷卻水流量恒定、水溫恒定的條件下，陰極燒損規律是電弧工作電流的單值函數。在實際應用中，也主要是靠調節電流來調節電弧功率。 通過理論分析得出陰極燒損規律是電弧工作電流的單值函數，如何得到電弧工作電流與陰極燒損規律的關系就成為問題的關鍵。為此，在煙臺發電廠作了大量的、各種工作電流下的陰極使用壽命試驗。通過總結實驗數據，得出在一定的工作電流的條件下陰極燒損質量與時間的關系曲線。見圖1。 圖1 陰極燒損質量與時間的曲線 通過實驗曲線，可近似得出陰極燒損質量與使用時間的線性關系。 I=300A時，陰極壽命97.1小時，共燒掉了38.0g，燒損規律2.555h/g； I=320A時，陰極壽命88.3小時，共燒掉了44.45g，燒損規律1.987h/g； 取平均值(2.555+1.987)/2=2.271h/g， 得出300A<= I <=320A時，燒損規律約為2.271h/g。 考慮到每個陰極頭的加工誤差及所用材料的純度誤差，按最保守的計算， 每個新的陰極頭可以燒掉30g而不斷弧，得出陰極頭的使用壽命30X2.271=68h。為再進一步的確保陰極頭在使用壽命內可靠使用，在300A<= I <=320A的情況下，將陰極使用壽命定為50小時。電弧工作在電流300A<= I <=320A的范圍內，其功率完全可以滿足在燃燒器內直接點燃煤粉的要求，是推薦的等離子點火裝置的最佳電流工作范圍，也是電廠實際應用中最長時間使用的電流范圍。 還有兩種工況也經常使用。1，在冷爐啟動剛開始點火時，可適當增加 電流（在320A340A和I<280的情況，因為I<280A時，電弧功率低不容易點著煤粉，而且電弧不穩定容易斷??；I>340A的情況下，增加電流電弧功率增加不大，但陰極損耗太快。 三、 陰極壽命計算系統程序設計思路及流程 通過實驗總結出陰極燒損規律后，要想在工程實際中應用這些規律，需要通過可編程序控制器編程來實現。陰極壽命計算系統即在等離子點火系統上位機監控畫面中能實時顯示陰極所剩下的可以正常使用的時間，當使用時間低于一定的值時（如5小時）PLC通過程序判斷，發出聲光報警信號，提醒運行人員注意要提前準備更換陰極頭。通過陰極壽命的時間顯示的監視，運行人員可以比較準確的掌握陰極的使用情況。 程序設計的主體思路是利用可編程序控制器內部的時鐘，來做出不同的時間基準，通過程序判斷電弧不同的電流工作范圍來為陰極壽命計算選擇不同的時間基準，來實現陰極壽命的準確計算。具體設計方案如下： 時間基準，即脈沖發生器。不同的時間基準，可用可編程序控制器內部的不同定時器編程來獲得。為確保計時準確，需要盡量采用毫秒級分辨率的的定時器。用推薦的、電弧最長工作的電流范圍下的陰極壽命50小時作為點火器陰極的基準壽命。陰極壽命50小時即180000秒相當于數180000，放在可編程序控制器內存的一個雙字地址中，可以通過通訊在上位機上顯示該雙字地址中的數，即為陰極壽命，顯示時通過程序將陰極壽命換算為以分鐘為單位的數。每次更換一個新陰極頭時，可通過上位機的簡單操作將這個雙字地址中的數恢復為180000。電弧工作時，根據數據采集上來的電弧電流的大小選擇不同的時間基準，每過一個時間基準，將該地址中的數減1。因為電弧電流工作在在300A<=I<=320A范圍內，陰極壽命為基準壽命50小時（180000S），所以時間基準為1S，即電弧每工作1S將代表陰極壽命雙字地址中的數減1。根據前面總結的實驗得出的陰極燒損規律，可推算出電弧電流工作在280A<=I<300A范圍內，時間基準為1÷0.78≈1.3S，即電弧每工作1.3S將陰極壽命雙字地址中的數減1。以此類推，電弧電流工作在I<280A時，可近似的得出時間基準為1÷0.78÷0.78≈1.6S；電弧電流為320A340A時，時間基準近似為1X0.78X0.78≈0.6S。 陰極壽命計算系統程序流程如圖2所示。 四、 結束語 陰極壽命計算系統是建立在通過大量工業性試驗總結出來的陰極燒損規律的基礎上，通過可編程控制器采用科學的編程方法來準確計算出陰極的使用壽命，并能通過數據的通訊方式在上位機實時的顯示出來，供電廠運行人員隨時來監控陰極的使用情況。通過煙臺發電廠的現場實際應用，該系統能夠比較準確的計算出陰極的使用壽命，在陰極壽命低于5小時后，能發出報警提醒運行人員注意，達到了陰極壽命計算及報警的效果，受到電廠運行人員的歡迎。 參考文獻： [1] DLZ-200型等離子點火器使用說明書V1.0 .煙臺龍源電力技術有限公司，2000。 [2] 空氣等離子弧切割機的原理和設計.趙家瑞等編著.北京:機械工業出版社，1996。