黃 亮

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310000）

0 引言

能源高效的使用是推動人類社會進(jìn)步發(fā)展的基石，熱力發(fā)電機(jī)組極大促進(jìn)了電-熱能源的聯(lián)合使用。安全運(yùn)行是各類發(fā)電裝置設(shè)計的前提，在保證發(fā)電系統(tǒng)安全的情況下，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和煤炭一次能源的高效轉(zhuǎn)換是亟待解決的問題。電磁閥作為工業(yè)生產(chǎn)自動化重要的執(zhí)行元件，配合不同電路可實現(xiàn)不同控制目標(biāo)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的精確性和靈活性[1]。調(diào)壓站系統(tǒng)天然氣控制閥門對于燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行十分關(guān)鍵，電磁閥的廣泛使用是基于其控制的穩(wěn)定性和精確性，作為天然氣控制系統(tǒng)安全聯(lián)鎖互保系統(tǒng)最終的執(zhí)行單元，冗余電磁閥控制保證了發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、準(zhǔn)確運(yùn)行。

杭州華電半山發(fā)電有限公司燃機(jī)一期3 臺390MW 燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組于2005 年正式投產(chǎn)發(fā)電。調(diào)壓站系統(tǒng)天然氣進(jìn)口緊急切斷閥0GV9401 是一期3 臺機(jī)組進(jìn)氣總閥，所有3 臺機(jī)組的進(jìn)氣全部由它控制。單電磁閥控制風(fēng)險主要由電磁閥線圈故障、電子室空開故障、電磁閥閥體故障、氣源壓力不足、電磁閥接線松動、氣源管意外脫落、工人誤操作、端子箱工作時短路、減壓閥故障、作業(yè)不熟練、崗位技能不足和作業(yè)流程不規(guī)范等造成。

如果閥門誤關(guān)，將導(dǎo)致3 臺機(jī)組全部失氣跳閘。一臺機(jī)組熱啟動要花費人民幣10 萬元，3 臺機(jī)組跳閘，熱啟動費用將花費30 萬元，會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和安全問題[2]。0GV9401 是氣動閥，儀用氣為天然氣，單電源單回路電磁閥控制，雙缸進(jìn)氣，得電得氣開閥，失電失氣關(guān)閥。為解決上述閥門誤關(guān)問題，保證生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，本文提出一種新的控制回路，將單電源單電磁閥控制改造為雙電源雙電磁閥控制，避免由于控制回路或硬件故障造成誤關(guān)閥門。

圖1 電磁閥工作原理Fig.1 Working principle of solenoid valve

1 實施過程

0GV9401 是氣動閥，雙缸進(jìn)氣，得氣開閥，失氣關(guān)閥。儀用氣為天然氣，管線中天然氣降壓至1MPa 后進(jìn)入氣動閥控制管路，分別通過過濾減壓閥和電磁閥，輸出控制氣動放大器動作。氣動閥控制管路直接連接氣動放大器，進(jìn)而往氣缸進(jìn)氣，驅(qū)動氣動閥工作。該閥由單電源單回路電磁閥控制，電磁閥得電開閥，失電關(guān)閥。電磁閥故障，控制回路接線松動、老化，電磁閥失電都會導(dǎo)致閥門誤動作，造成機(jī)組跳閘。誤跳閘會對機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性帶來重大隱患[3]。采用雙控回路后，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的安全性。開閥時，只要一個電磁閥得電動作，氣動閥就會開啟，保證了閥門正常按指令操作。只有當(dāng)兩個電磁閥同時失電時，閥門才會關(guān)閉，一個電磁閥失電，閥門位置保持不變，避免了因電源或者電控回路意外導(dǎo)致閥門誤關(guān)，確保了機(jī)組真正需要關(guān)斷緊急切斷閥0GV9401 時，閥門才動作，一個電磁閥誤動作時，閥門不動作，機(jī)組不跳閘。

氣路連接改造問題一開始并沒有引起太多關(guān)注，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)中采用常規(guī)的電磁閥冗余并聯(lián)方法。如圖1所示的按鈕信號一分二輸出至兩塊DO 卡件；AB 段各取一路電源分別串接DO 輸出，送至就地電磁閥；在原先電磁閥進(jìn)出口管路各增加一個三通，新增一個電磁閥與之并聯(lián)。在調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)普通并聯(lián)模式不適用電磁閥氣路冗余改造，當(dāng)其中一路電磁閥失電時，長排儀用氣，從而造成較大的浪費，達(dá)不到理想目標(biāo)，顯然并聯(lián)思路并不能解決上述問題。

如圖1 所示，電磁閥的工作原理為當(dāng)電磁閥得電時，AB 接通，BC 斷開，儀用氣通過AB 口至氣缸，進(jìn)氣開閥；當(dāng)電磁閥失電時，AB 斷開，BC 接通，氣缸內(nèi)儀用氣通過BC 排放，失氣關(guān)閥。

按照常規(guī)并聯(lián)方法連接電磁閥，如圖2 所示。

進(jìn)一步對常規(guī)并聯(lián)電磁閥進(jìn)行分析如下：

圖2 常規(guī)并聯(lián)電磁閥Fig.2 Conventional parallel solenoid valve

1）電磁閥1、電磁閥2 都得電，儀用氣通過A1B1、A2B2 進(jìn)氣，開閥。

2）電磁閥1、電磁閥2 都失電，氣缸內(nèi)儀用氣通過B1C1、B2C2 排氣，關(guān)閥。

3）電磁閥1 得電，電磁閥2 故障失電，儀用氣通過A1B1 進(jìn)氣，開閥。但是，同時通過B2C2 排氣，儀用氣一直泄漏。

4）電磁閥1 故障失電，電磁閥2 得電，儀用氣通過A2B2 進(jìn)氣，開閥。同理，儀用氣一直通過B1C1 泄漏。

雙電磁閥并聯(lián)的模式，雖然能達(dá)到雙路控制的目標(biāo)，但是當(dāng)一個電磁閥失電時，另一個電磁閥在排氣，這樣誤動作時，雖然能保機(jī)組但損耗大量天然氣。顯然，并聯(lián)方法并不適用冗余電磁閥連接改造，不能解決閥門誤關(guān)問題。于是，修改了設(shè)計思路，采用了非常規(guī)的串聯(lián)方式連接電磁閥。電磁閥1 的出口連接后面電磁閥2 的排氣口，這樣可以保證無論是兩個電磁閥得電，或者任意一個電磁閥得電，氣動閥都能進(jìn)氣開閥、失氣關(guān)閥，而且儀用氣不會泄漏，有效避免了閥門誤關(guān)問題。修改后的電磁閥連接方式如圖3 所示。

對圖3 所述方法進(jìn)行分析如下：

a）電磁閥1、電磁閥2 都得電，儀用氣通過A2B2 進(jìn)氣，開閥；而此時B2C2 斷開，所以A1B1C2 這路儀用氣被封閉在管道里，不起作用，不會造成泄漏。

b）電磁閥1、電磁閥2 都失電，氣缸內(nèi)儀用氣通過B2C2B1C1 的路徑，一直通到C1 口排氣，關(guān)閥。

c）電磁閥1 得電，電磁閥2 故障失電，此時C2B2 接通，儀用氣通過A1B1C2B2 路徑進(jìn)氣至氣缸，開閥。

d）電磁閥1 故障失電，電磁閥2 得電，儀用氣通過A2B2 進(jìn)氣，開閥，電磁閥1 不起作用，因為B2C2 斷開，所以B1C1 管道內(nèi)無氣，不會造成泄漏。

通過非常規(guī)的串聯(lián)方式連接電磁閥，在降低了單個電磁閥控制緊急切斷閥0GV9401 風(fēng)險情況下，進(jìn)一步解決了調(diào)壓站0GV9401 由單回路控制的安全隱患，并減少了儀用氣的損失。

2 實施效果

通過本文所設(shè)計的電磁閥串聯(lián)方式實現(xiàn)了雙電磁閥冗余控制，保證了雙電磁閥得失電，或者單電磁閥得失電的情況下，控制閥門開關(guān)的精準(zhǔn)性和安全性；同時，保證不會發(fā)生儀用氣泄漏的問題。非常規(guī)的串聯(lián)方式連接電磁閥保證了兩個電磁閥進(jìn)氣與排氣相互制約和互鎖，既達(dá)到了設(shè)計目的，也防止了天然氣外泄，保證了安全又節(jié)能。在改造過程中，還發(fā)現(xiàn)對氣管路的氣密性要求是非常高的，采用國產(chǎn)的卡套和儀表管有泄漏現(xiàn)象，后采用全部進(jìn)口卡套和接頭才解決這一問題。

在實際應(yīng)用中，經(jīng)過5 個月的跟蹤調(diào)查，并未出現(xiàn)氣源管路泄漏問題，電磁閥運(yùn)行正常。該方法在重要氣動閥實現(xiàn)雙回路冗余控制上有較強(qiáng)應(yīng)用價值。

3 結(jié)束語

本文對燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組中，天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)天然氣進(jìn)口緊急切斷閥0GV9401 冗余問題進(jìn)行氣路聯(lián)接改造，采用非常規(guī)的電磁閥串聯(lián)連接方式，對電磁閥常規(guī)串聯(lián)和并聯(lián)設(shè)計進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對非常規(guī)電磁閥串聯(lián)連接方式進(jìn)行研究和分析，并在實際應(yīng)用中證明所提聯(lián)接設(shè)計的有效性和可靠性。

圖3 非常規(guī)串聯(lián)方式Fig.3 Unconventional series connection

采用本文所述聯(lián)接設(shè)計可有效防止設(shè)備發(fā)生突發(fā)性故障，只要安排人員定期巡檢，就可以及時發(fā)現(xiàn)并處理電磁閥問題，減少了儀用氣浪費的同時，也極大降低了系統(tǒng)的故障率。