黃萬武

摘 要：通過對(duì)電廠循環(huán)水液控蝶閥PLC控制系統(tǒng)、油路的研究，以及經(jīng)過DCS控制改造，有效地解決就地PLC及其他電氣設(shè)備故障率高的問題。通過對(duì)文章的分析，希望對(duì)相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：液控蝶閥；DCS控制；信號(hào)隔離

中圖分類號(hào)：TH318 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）07-0046-03

Abstract： Through the study of PLC control system and oil circuit of circulating water hydraulic butterfly valve in power plant， as well as the improvement of DCS control， the problems of high failure rate of local PLC and other electrical equipment are effectively solved. Through the analysis of the article， the author hopes to provide a reference for the work concerned.

Keywords： hydraulic butterfly valve； DCS control； signal isolation

引言

循環(huán)水系統(tǒng)是火電廠重要的輔機(jī)系統(tǒng)。由于液控蝶閥兼有截?cái)嗨骱椭够亻y兩種功能，閥門在關(guān)閉時(shí)具有二階段緩沖功能，有效防止由于突然停電或事故停泵時(shí)產(chǎn)生較大的水錘和壓力波動(dòng)，保護(hù)水泵和系統(tǒng)管路。由此，全液壓控制蝶閥在火力發(fā)電廠得到廣泛的應(yīng)用。但在由于液控蝶閥控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致的機(jī)組跳閘事故也是不少的。

福建省福能鴻山熱電廠地處福建省泉州石獅市，一期2臺(tái)超臨界600MW燃煤發(fā)電機(jī)組采用東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)超臨界抽汽凝汽式汽輪機(jī)，循環(huán)冷卻水采用母管制循環(huán)冷卻水供水系統(tǒng)，使用海水作為循環(huán)冷卻水水源，配有4*75%容量循環(huán)水泵，出口液控蝶閥為鐵嶺閥門廠全液控止回蝶閥HD7Q42X-6ZN DN2200。整個(gè)控制系統(tǒng)采用PLC對(duì)液壓控制裝置進(jìn)行控制。

1 出廠TWDIO PLC控制邏輯

1.1 預(yù)備動(dòng)作

閥門接通電源，油泵自動(dòng)啟動(dòng)，蓄能器補(bǔ)壓蓄能，當(dāng)壓力達(dá)到16MPa時(shí)，SP2動(dòng)作，油泵停止，蓄能器補(bǔ)壓結(jié)束。

1.2 開閥

按下開閥按鈕，電磁閥YV1獲電動(dòng)作，油泵啟動(dòng)，壓力油進(jìn)入油缸無桿腔，油缸帶動(dòng)蝶板轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)全開位置后，凸塊轉(zhuǎn)至接近開關(guān)SQ2，YV1失電復(fù)位，開閥結(jié)束。當(dāng)蓄能器壓力達(dá)到16MPa時(shí)，SP2動(dòng)作，油泵停止。利用油泵上節(jié)流調(diào)整手柄，可以得到預(yù)定的開啟速度，全開時(shí)間在35-120秒之間可調(diào)。

1.3 關(guān)閥

按下關(guān)閥按鈕，電磁閥YV2、YV3獲電動(dòng)作，蓄能器的壓力油進(jìn)入油缸的有桿腔，油缸帶動(dòng)蝶板轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)全關(guān)位置后，凸塊轉(zhuǎn)至接近開關(guān)SQ1，關(guān)閥結(jié)束。關(guān)閥分快關(guān)、慢關(guān)兩個(gè)階段。開始關(guān)閥為快關(guān)段，時(shí)間為3-20秒之間可調(diào)；然后為慢關(guān)段，時(shí)間為8-60秒之間可調(diào)?？?、慢關(guān)切換角在10-30度之間可調(diào)（在油缸端部）。

1.4 補(bǔ)壓

為保證閥門的正常運(yùn)行在全開和全關(guān)位置，當(dāng)蓄能器的壓力低于14Mpa時(shí)，油泵啟動(dòng)，給蓄能器補(bǔ)壓，當(dāng)蓄能器的壓力達(dá)到16MPa時(shí)油泵停止，蓄能器補(bǔ)壓結(jié)束。為保證閥門在全開和全關(guān)位置工作可靠，當(dāng)閥門在全開位置且無桿腔的壓力低于3MPa時(shí)，電磁鐵YV3、YV1得電動(dòng)作，蓄能器的壓力油進(jìn)入油缸無桿腔進(jìn)行全開保壓。當(dāng)閥門在全關(guān)位置且有桿腔的壓力低于3MPa時(shí)，電磁鐵YV3、YV2得電動(dòng)作，蓄能器的壓力油進(jìn)入有桿腔進(jìn)行全關(guān)保壓。

1.5 手動(dòng)操縱開、關(guān)閥門

本閥液壓站設(shè)有手動(dòng)油泵當(dāng)在故障狀態(tài)下或在無電源時(shí)，可用手動(dòng)油泵對(duì)蓄能器進(jìn)行補(bǔ)壓，利用手動(dòng)操縱YV3、YV2及YV1完成閥門的開啟或關(guān)閉。

2 存在問題

由于液控蝶閥遠(yuǎn)方、就地控制都得通過就地PLC控制器，PLC控制器無故障報(bào)警，可靠性差，一但故障會(huì)造成蝶閥無法操作，可能造成兩臺(tái)機(jī)組循環(huán)冷卻水倒流，嚴(yán)重危及雙機(jī)運(yùn)行。蝶閥動(dòng)力油路上控制電磁閥由一個(gè)整流器提供直流電源，整流器一但故障損壞，也會(huì)造成蝶閥無法操作，因沒有設(shè)計(jì)電源監(jiān)視報(bào)警功能，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。系統(tǒng)內(nèi)壓力開關(guān)無遠(yuǎn)方反饋，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。

3 改進(jìn)措施及成效

依照原廠供邏輯把邏輯做到DCS上來。就地保留PLC控制器，取消原控制器連鎖補(bǔ)壓和就地開門的功能，保留原有順控關(guān)門邏輯，減少可能存在的故障點(diǎn)。設(shè)計(jì)回路中遠(yuǎn)方就地都設(shè)計(jì)軟硬兩套隔離，要求正常運(yùn)行時(shí)候必須切遠(yuǎn)方控制，遠(yuǎn)方控制取隔離繼電器常閉節(jié)點(diǎn)，正常情況下不帶電，安全可靠運(yùn)行。

3.1 改造后PLC箱柜硬件布置（如圖1）及新增通道說明：

（1）上排第一個(gè)為PLC控制器；（2）上排第二個(gè)為控制YV1的交流接觸器；（3）上排第三個(gè)為控制YV2的交流接觸器；（4）上排第四個(gè)為控制YV3的交流接觸器；（5）上排第五個(gè)為交流轉(zhuǎn)直流24V電源；（6）下排第一個(gè)為油泵電機(jī)熱偶保護(hù)器；（7）下排第二個(gè)為油泵電機(jī)交流接觸器；（8）下排第三個(gè)為交流220V電源切換接觸器；（9）下排第四個(gè)為蝶閥開到位反饋繼電器；（10）下排第五個(gè)為蝶閥關(guān)到位反饋繼電器；（11）下排第六個(gè)為YV2回路就地遠(yuǎn)方隔離1P空氣開關(guān)；（12）下排第七個(gè)為YV3回路就地遠(yuǎn)方隔離1P空氣開關(guān)；（13）下排第八個(gè)為就地遠(yuǎn)方隔離直流24V繼電器；（14）下排第九個(gè)為就地遠(yuǎn)方隔離拓展直流24V繼電器；（15）下排第十個(gè)為直流電源監(jiān)視繼電器；（16）下排第十一個(gè)為PLC故障報(bào)警繼電器；（17）下排第十二個(gè)為隔離交流轉(zhuǎn)直流24V電源1P空氣開關(guān)；（18）下排第十三個(gè)為交流220V電源空氣開關(guān)；（19）下排第十四個(gè)為380V電機(jī)動(dòng)力電源空氣開關(guān)。endprint

新增DCS通道DI通道：（1）蓄能器補(bǔ)壓停止SP1；（2）蓄能器補(bǔ)壓開始SP2；（3）開閥補(bǔ)壓SP3；（4）關(guān)閥補(bǔ)壓SP4；（5）油泵故障；（6）油溫過高；（7）泵站掉電；（8）直流電源失電。

新增DO通道：（1）油泵啟動(dòng)；（2）開閥電磁閥YV1；（3）關(guān)閥電磁閥YV2；（4）換向閥YV3（原有遠(yuǎn)方開關(guān)蝶閥信號(hào)，只需新增設(shè)2個(gè)通道）。

3.2 保留就地緊急關(guān)門操作

就地隔離YV2、YV3回路中設(shè)計(jì)了兩個(gè)1P空氣開關(guān)隔離，布置在箱柜從左向右數(shù)第一和第二個(gè)空開，如圖1。正常運(yùn)行狀態(tài)下，這兩個(gè)空開必須分開狀態(tài)。只有在遠(yuǎn)方操作不了關(guān)門，緊急情況下，運(yùn)行人員控制面板上切就地，送上第一和第二個(gè)空開，面板上操作關(guān)門按鈕。蝶閥緊急關(guān)門。

3.3 電氣信號(hào)隔離

由于這次改造增加了另外一套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)邏輯判斷一致，這樣如果不完全隔離的情況下，容易引起誤動(dòng)的情況。就地遠(yuǎn)方同時(shí)增設(shè)軟硬兩套隔離措施，確保信號(hào)完全隔離到位，如圖下排第三和第四個(gè)繼電器，在控制面板切換到就地的時(shí)候，這兩個(gè)繼電器同時(shí)帶電，切換到遠(yuǎn)方的情況下，這兩個(gè)繼電器失電。

3.3.1 就地隔離措施

（1）輸入PLC信號(hào)串入切換開關(guān)就地節(jié)點(diǎn)。

（2）PLC輸出控制回路信號(hào)中，串入上面所說的兩個(gè)繼電器的常開節(jié)點(diǎn)，在串入之前提到的兩個(gè)隔離空開，這樣在切遠(yuǎn)方的情況下，就地的220V電源是絕不會(huì)輸出去控制電磁閥。

3.3.2 遠(yuǎn)方隔離措施

（1）遠(yuǎn)方增設(shè)就地遠(yuǎn)方兩個(gè)開關(guān)量節(jié)點(diǎn)，同時(shí)更改畫面面板，在面板上顯示蝶閥就地遠(yuǎn)方狀態(tài)，在DCS中所有連鎖邏輯中都與上遠(yuǎn)方信號(hào)，只有在遠(yuǎn)方狀態(tài)下，DCS邏輯才進(jìn)行邏輯判斷。

（2）在DCS通道輸出到電磁閥的硬回路中，串入上面所說的兩個(gè)繼電器的常閉節(jié)點(diǎn)，這樣在就地操作的情況下，DCS的220V電源也是絕不會(huì)輸出控制電磁閥。

3.4 邏輯優(yōu)化

原先蝶閥有自帶兩套開閥和關(guān)閥補(bǔ)壓的邏輯，是用來在開關(guān)門和正常運(yùn)行中，開關(guān)回路油壓低于3MPa時(shí)候，自動(dòng)補(bǔ)壓，確保開關(guān)回路油壓，使閥門開關(guān)到位的功能。在開關(guān)閥補(bǔ)壓的時(shí)候是取蓄能器油壓，直接動(dòng)作開關(guān)電磁閥。而原先的PLC邏輯中拿開閥補(bǔ)壓來說，是這么做的，開到位信號(hào)，沒有關(guān)到位信號(hào)，沒有開關(guān)指令，開回路油壓低的情況下，動(dòng)作YV1和YV3電磁閥，開回路補(bǔ)壓。關(guān)回路補(bǔ)壓是邏輯也是同理反過來這么做的。這根據(jù)我們廠的實(shí)際情況，和之前運(yùn)行中出現(xiàn)過的反饋裝置的缺陷，存在一個(gè)很大的安全隱患。如果正常運(yùn)行時(shí)，此蝶閥是關(guān)著的，那開回路油壓肯定是低于3MPa的，開關(guān)閥指令也是肯定沒有的，根據(jù)投產(chǎn)以來的經(jīng)驗(yàn)，在下雨天及潮濕天氣，由于絕緣不好和進(jìn)水等原因，開關(guān)閥反饋出現(xiàn)過多次不正確或者丟失的情況，這個(gè)時(shí)候，在實(shí)際關(guān)門的情況下，很可能就會(huì)滿足了開回路補(bǔ)壓的邏輯條件，動(dòng)作YV1和YV3電磁閥，門一下就打開了，在這種情況下，也是嚴(yán)重影響機(jī)組安全。開著的蝶閥也同理存在動(dòng)作關(guān)門的情況。

改造方案：在開回路補(bǔ)壓邏輯中多增加一條判斷，閥門模擬量反饋大于70，這樣更加真實(shí)的反應(yīng)閥門狀態(tài)，不會(huì)錯(cuò)誤動(dòng)作開回路補(bǔ)壓邏輯，關(guān)回路補(bǔ)壓邏輯多增加一條，閥門模擬量反饋低于30，這樣不會(huì)錯(cuò)誤動(dòng)作關(guān)回路補(bǔ)壓邏輯。

3.5 報(bào)警設(shè)置

（1）針對(duì)就地遠(yuǎn)方信號(hào)的重要性，增設(shè)了汽機(jī)二級(jí)報(bào)警，就地遠(yuǎn)方信號(hào)都失去或者都來的情況下，不論是卡件通道壞還是就地切換開關(guān)故障，報(bào)警都及時(shí)響起，通知運(yùn)行人員聯(lián)系熱控人員處理。

（2）增設(shè)PLC故障自報(bào)警邏輯，一旦PLC故障，報(bào)警信號(hào)直接送到DCS，增設(shè)DCS汽機(jī)二級(jí)報(bào)警循泵房液控蝶閥PLC故障。

（3）控制蝶閥動(dòng)作的三個(gè)直流電磁閥電源是有如圖1所示的交流轉(zhuǎn)直流24V電源提供的，原先此電源不具備報(bào)警功能，循泵房環(huán)境惡劣，一旦下雨天腐蝕的情況，直流電源損壞，蝶閥也處于失控狀態(tài)，嚴(yán)重影響機(jī)組安全。增設(shè)此直流輸出24V電源監(jiān)視，一旦電源失電，報(bào)警繼電器動(dòng)作，信號(hào)直接送DCS，增設(shè)汽機(jī)二級(jí)報(bào)警。

（4）原先作為邏輯連鎖的SP1、SP2、SP3、SP4壓力開關(guān)，都不具備監(jiān)視功能，如果運(yùn)行中開關(guān)損壞，或者信號(hào)線松脫，壓力開關(guān)無法正常連鎖，會(huì)造成回路油壓低，系統(tǒng)油壓低等不安全現(xiàn)象。此4個(gè)壓力開關(guān)都引入到DCS上來監(jiān)視，且在畫面中做了SP1開關(guān)低于14MPa延時(shí)報(bào)警油壓低的功能，及時(shí)監(jiān)測(cè)開關(guān)狀態(tài)。

3.6 DCS邏輯

DCS邏輯如表1所示。

4 結(jié)束語

福建省鴻山熱電廠循環(huán)水液控蝶閥控制系統(tǒng)經(jīng)過這次的改造，實(shí)現(xiàn)了故障的可控在控，經(jīng)過一年半的實(shí)踐證明，液控蝶閥DCS改造是成功的，真正的保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)同類機(jī)組具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[2]FOXBORO.IA系統(tǒng)說明書[Z].2011.

[3]王靜明.600MW循環(huán)水泵液控蝶閥的使用和改進(jìn)[J].廣東電力，2005（02）.endprint