(貴州西電電力股份有限公司 黔北發(fā)電廠，貴州 金沙 551800)

1 設(shè)備概況

黔北電廠的汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的N300-16.7/537/537型(合缸)亞臨界中間再熱兩缸兩排汽凝汽式汽輪機(jī)。該汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)分為低壓保安系統(tǒng)、高壓抗燃油系統(tǒng)、高(低)壓接口裝置及汽輪機(jī)安全監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)。

2 控制原理

汽輪機(jī)油系統(tǒng)高壓遮斷集成模塊如圖1所示，其模塊的組成是：6YV，7YV，8YV，9YV等4個(gè)電磁閥；PS1，PS2，PS3，PS4，PS5 等5個(gè)壓力控制器；2個(gè)節(jié)流孔；1個(gè)集成塊。

圖1 高壓遮斷集成模塊

PS1，PS2，PS3安裝在高壓抗燃安全油管路上，用于監(jiān)視高壓安全油壓。其作用是：當(dāng)機(jī)組掛閘時(shí)，壓力控制器組件發(fā)出高壓安全油建立與否的信號給數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)，作為DEH判斷掛閘是否成功的一個(gè)條件；當(dāng)機(jī)組遮斷時(shí)，壓力控制器組件發(fā)出信號給DEH，DEH給高壓遮斷模塊失電指令，泄掉高壓安全油，快關(guān)各閥門。

PS4，PS5壓力控制器安裝在高壓安全油排油管道的兩個(gè)節(jié)流孔板之間，其作用是監(jiān)視4個(gè)電磁閥的動(dòng)作情況。當(dāng)電磁閥組件6YV或8YV中有1個(gè)故障或失電，則油壓低于4.8 MPa，PS4壓力控制器觸點(diǎn)閉合，發(fā)出信號，表明HTP電磁閥組件的第一通道已經(jīng)動(dòng)作；當(dāng)電磁閥組件7YV或9YV中有1個(gè)故障或失電，則油壓高于9.6 MPa，PS5壓力控制器觸點(diǎn)閉合，發(fā)出信號，表明HTP電磁閥組件的第二通道已經(jīng)動(dòng)作。

在正常情況下，遮斷隔離閥組件的機(jī)械遮斷閥和各油動(dòng)機(jī)卸荷閥處于關(guān)閉狀態(tài)，汽機(jī)掛閘指令發(fā)出后4只電磁閥全部帶電，高壓安全油壓建立。如果高壓遮斷模塊的兩個(gè)通道同時(shí)動(dòng)作則會泄掉高壓安全油，快關(guān)各閥門。同時(shí)，PS1，PS2，PS3壓力控制器檢測到安全油壓低于設(shè)定值時(shí)，發(fā)信號至DEH系統(tǒng)，經(jīng)過三取二邏輯判斷后，發(fā)出汽機(jī)遮斷指令。

3 異?，F(xiàn)象

2017年7月27日14：00，“1#機(jī)控制直流系統(tǒng)綜合故障”告警。檢查直流系統(tǒng)故障情況發(fā)現(xiàn)，1#機(jī)控制直流 Ⅰ 組正極對地電壓為0 V，對地電阻為0 Ω，負(fù)極對地電壓226.8 V，對地電阻999.9 kΩ。同時(shí)，DEH操作員站上發(fā)出壓力控制器PS5動(dòng)作報(bào)警。

4 檢查分析

4.1 現(xiàn)場檢查

根據(jù)高壓遮斷模塊控制原理分析，在測量系統(tǒng)正常的情況下，如果出現(xiàn)PS5壓力控制器動(dòng)作，那么7YV或9YV兩個(gè)電磁閥中至少有一個(gè)未工作，致使高壓安全油排油管路中兩個(gè)節(jié)流孔板之間油壓升高。查看模件DO通道、遮斷電磁閥繼電器及控制回路接線均無異常。檢查220 V直流供電情況，發(fā)現(xiàn)直流Ⅰ組電源對7YV，9YV電磁閥供電，加載在電磁閥線圈兩端的電壓為226 V，測量對地電壓，正端對地0 V，負(fù)端對地226 V，該組電源正端接地。

檢查高壓遮斷模塊，發(fā)現(xiàn)9YV電磁閥線圈無吸力，線圈絕緣層有高溫融化現(xiàn)象，融化位置的線圈與閥體有飛弧短路情況，測量其線圈電阻值為開路。其他3只電磁閥線圈插頭也有高溫老化現(xiàn)象。于是使用紅外成像儀檢測其溫度，檢測結(jié)果是：6YV線圈105 ℃，如圖2所示；7YV線圈121 ℃；8YV線圈109 ℃。根據(jù)現(xiàn)場情況判斷后得知，電磁閥線圈發(fā)熱量大，且長期處于高溫狀態(tài)下運(yùn)行，一旦燒壞便引起直流接地。

圖2 電磁閥線圈溫度熱成像

現(xiàn)場測量的電磁閥線圈溫度均在100 ℃以上，最高溫度甚至達(dá)到121 ℃。這樣的溫度是設(shè)備缺陷造成還是電磁閥正常工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，需要通過試驗(yàn)去證實(shí)。

4.2 線圈溫升試驗(yàn)

黔北電廠使用的高壓遮斷電磁閥為Parker公司生產(chǎn)的D1VW20BVZP75XB510型電磁閥，參數(shù)是：Ue=220 V；In=0.11 A；R=1 650 Ω；Pe=30 W。

根據(jù)電磁閥溫升公式[1]

(1)

式中：T為線圈溫升；R1為冷態(tài)電阻；R2為熱態(tài)電阻；T1為冷態(tài)環(huán)境溫度；T2為熱態(tài)環(huán)境溫度。

計(jì)算得出電磁閥溫升約為57 ℃。

通過試驗(yàn)得到表1中的溫升數(shù)據(jù)。

表1 線圈溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)

計(jì)算得出的數(shù)據(jù)與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。在正常情況下使用時(shí)加上環(huán)境溫度，線圈能達(dá)到110 ℃。考慮到現(xiàn)場直流母線電壓為230 V DC，所以受各方面因素影響，該電磁閥在現(xiàn)場正常工作時(shí)的溫度完全能夠達(dá)到120 ℃以上。因此，線圈產(chǎn)生的高溫并不是設(shè)備缺陷引起的，而是正常情況下所產(chǎn)生的熱量造成的。

4.3 降溫分析

該電磁閥的絕緣等級為B級，線圈允許的最高溫度為130 ℃。電磁閥長期在接近最大溫度值的高溫下運(yùn)行，不但會降低線圈的使用壽命，還會使電磁閥控制電纜絕緣層老化，嚴(yán)重時(shí)會造成線圈燒壞或電纜短路。如果兩個(gè)通道的電磁閥同時(shí)燒壞就會造成保護(hù)誤動(dòng)而停機(jī)。降低溫度有以下兩種辦法。

1)選擇溫升較低的其他型號電磁閥。由于遮斷模塊只適配于該接口的電磁閥，而其他品牌相同接口的電磁閥執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)也與現(xiàn)使用的電磁閥基本一致，所以，通過更換電磁閥實(shí)現(xiàn)降溫難度較大。

5 實(shí)施方法

5.1 分壓電阻接入方式

從安全方面考慮，如只串入1個(gè)電阻，該電阻損壞或線路出現(xiàn)故障就可能導(dǎo)致電磁閥失電，為保證控制其可靠性，使用冗余電阻，如圖3所示。

圖3 控制回路圖

5.2 電磁閥動(dòng)作試驗(yàn)

降低線圈溫度的前提是必須保證電磁閥正確動(dòng)作。

直流螺線管電磁鐵吸力公式[2]為

(2)

式中：N為線圈匝數(shù)；I為電流強(qiáng)度；μ0為真空磁導(dǎo)率；δ為氣隙長度；S為磁路截面積。

由式(2)可得出電磁力與線圈電流和匝數(shù)乘積的平方成正比，而線圈功耗P與線圈電壓U和電流I成正比。降低電壓，電流隨之減小，能夠滿足功耗降低、線圈溫升降低的要求，但是電流下降后電磁力同樣會降低。

為確定該型號電磁閥的動(dòng)作和返回電壓、電流值，特隨機(jī)抽取6只電磁閥，每只電磁閥分別在80 ℃，85 ℃，90 ℃和試驗(yàn)環(huán)境下的溫升最高溫度92 ℃這4個(gè)溫度點(diǎn)上，做3次動(dòng)作和返回試驗(yàn)。動(dòng)作和返回需要的最大電壓及電流值見表2。

表2 電磁閥動(dòng)作、返回試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，電磁閥動(dòng)作電流在0.07 A左右，返回電流在0.02 A左右。當(dāng)線圈溫度從80 ℃升高至92 ℃期間，動(dòng)作電壓最高達(dá)到151 V，返回電壓最高達(dá)到43 V。為保證其動(dòng)作的可靠性，在電磁閥動(dòng)作時(shí)采用220 V電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。動(dòng)作后維持吸合電壓必須高于60 V。

5.3 控制回路優(yōu)化

電磁閥的結(jié)構(gòu)決定了在電磁閥動(dòng)作后鐵芯吸合磁路變短，磁阻變小，維持吸合狀態(tài)的電壓自然較低。同時(shí)，我們從動(dòng)作試驗(yàn)中得到其動(dòng)作和返回的電壓參數(shù)，所以可以采取高電壓吸合、低電壓保持的方法，既能降低線圈的溫度，又能保證吸合力。

在控制回路中增加11R6，11R7兩個(gè)繼電器。因電磁閥啟動(dòng)需要額定電壓，所以采用繼電器常閉(NC)接點(diǎn)與電阻并聯(lián)方式。在電磁閥啟動(dòng)時(shí)繼電器接點(diǎn)閉合旁路電阻，回路用220 V電壓驅(qū)動(dòng)電磁閥線圈。電磁閥動(dòng)作后繼電器接點(diǎn)斷開，電阻投入運(yùn)行，回路用較小的電壓保持電磁閥動(dòng)作狀態(tài)，如圖4所示。

圖4 控制回路圖

在DEH系統(tǒng)中新增邏輯組態(tài)，如圖5所示。用汽機(jī)掛閘和遮斷電磁閥試驗(yàn)信號作為繼電器的動(dòng)作條件。汽機(jī)掛閘前或6YV，8YV試驗(yàn)時(shí)保持220 V啟動(dòng)電壓，掛閘成功或電磁閥試驗(yàn)成功1 min后，動(dòng)作11R6繼電器，電磁閥線圈電壓切為低電壓運(yùn)行；汽機(jī)掛閘前或7YV，9YV試驗(yàn)時(shí)保持220 V啟動(dòng)電壓，掛閘成功或電磁閥試驗(yàn)成功1 min后，動(dòng)作11R7繼電器，電磁閥線圈電壓切為低電壓運(yùn)行，如圖6所示。這樣既能讓汽機(jī)正常掛閘，又能保證機(jī)組運(yùn)行中高壓遮斷電磁閥試驗(yàn)正常進(jìn)行。

圖5 DEH邏輯圖

圖6 切換原理圖

5.4 分壓電阻選擇

6 實(shí)施效果

控制回路優(yōu)化后，經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行，電磁閥工作正常，定期試驗(yàn)時(shí)動(dòng)作可靠?，F(xiàn)場測溫后得知，在35 ℃的環(huán)境溫度下，電磁閥線圈溫度在65 ℃左右，如圖7所示。與優(yōu)化前相比，在同等環(huán)境溫度下，電磁閥線圈溫度降低約40 ℃，降溫效果明顯。這樣既提高了機(jī)組安全性，又延長了電磁閥線圈壽命。

圖7 回路優(yōu)化后電磁閥線圈溫度熱成像

[1] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.工業(yè)過程控制系統(tǒng)用電磁閥：JB/T 7352—2010 [S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2] 婁路亮，王海洲.電磁閥設(shè)計(jì)中電磁力的工程計(jì)算方法[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2007(1):41-45.