朱 俊

(上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電分公司，江蘇 蘇州 215155)

1 原控制系統(tǒng)概述

上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電分公司兩臺燃機為美國GE公司生產(chǎn)的S109FA燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，機組上配備的CO2火災保護系統(tǒng)是由美國Chemetron公司生產(chǎn)的帶Micro 1-EV型微處理器控制屏的自動滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由CO2模塊、主控單元、熱敏式探測儀、壓力開關(guān)、電磁閥以及相關(guān)的閥門、噴嘴、連接管路組成。系統(tǒng)共分1區(qū)和2區(qū)兩部分，1區(qū)布置有10個熱敏式探測儀，2區(qū)布置4個，各分部在A，B兩側(cè)，當火災引起環(huán)境溫度升高，使A側(cè)和B側(cè)各有一個探測儀接點閉合動作時，觸發(fā)機組跳閘信號、停用1區(qū)和2區(qū)冷卻風機，并發(fā)出聲光報警，延時30 s觸發(fā)CO2系統(tǒng)噴射，進行1 min的初噴和30 min的續(xù)噴射將火災撲滅[1]。

2 改造前存在的問題

該公司兩臺燃機配套的CO2火災保護系統(tǒng)自機組2005年投產(chǎn)后使用至今，已經(jīng)連續(xù)使用了15年，其核心控制單元——Micro 1-EV型控制器電路板組件已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的老化，其運算速度、安全穩(wěn)定性已經(jīng)完全不能適應目前機組運行的要求，給機組的安全穩(wěn)定運行帶來了很大的隱患。現(xiàn)把存在的問題歸納如下：

(1)CO2火災保護系統(tǒng)的核心控制單元Micro 1-EV 型控制器是高集成化的控制電路板組件，其板子上的微處理器、電容、二極管、固態(tài)繼電器等部件都出現(xiàn)不同程度的老化，某些元器件老化嚴重。目前，市面上該型號的產(chǎn)品早就停產(chǎn)，已經(jīng)采購不到全新的備件。其控制器里的程序固化在微處理器內(nèi)部，無法查看，更無法將程序拷出，即使有相同型號的備件也無法將程序直接拷入，需要逐條編譯，但目前沒有這樣的技術(shù)，而且Chemetron公司已被收購，無法找到對其產(chǎn)品的技術(shù)支持。

(2)CO2火災保護系統(tǒng)的控制箱與CO2模塊布置在一起，是布置在汽機房廠房外的露天布置[2]，其放水等級只是普通的防雨等級，機組投產(chǎn)時并未布置專門的防雨檐，在暴雨等惡劣天氣下會有少量水滲入控制箱內(nèi)，使箱內(nèi)的濕度變大，加速控制電路板的老化。

(3)熱敏式探測儀、控制電纜以及終端電阻等部件都是布置在燃機艙、燃料模塊、二號軸承區(qū)內(nèi)，機組運行時的空間溫度在160～180 ℃，而且有些布置在高溫的管道附近，其工作溫度可能更高。由于長期工作在高溫的環(huán)境下，探測儀、控制電纜都發(fā)生了不同程度的老化，經(jīng)常出現(xiàn)開路、接地等報警信號。

(4)原系統(tǒng)1區(qū)有10個探測儀，分為A，B兩側(cè)各5個，2區(qū)有4個探測儀，分為A，B兩側(cè)各2個，所有A側(cè)及B側(cè)的探頭都是并接，任意一個探頭短路只能通過測量判斷是A側(cè)還是B側(cè)短路，無法確定具體是哪一個探測儀短路，這給故障分析帶來很大不便。探測儀是依次并接，如果在某處發(fā)生開路，并接在后面的探測儀都將不起作用，而且對開路故障的查找也很不方便。

(5)控制柜內(nèi)的電磁閥、噴射壓力開關(guān)以及電磁閥到初噴續(xù)噴閥之間的連接管路都出現(xiàn)了不同程度的老化，噴射時電磁閥漏氣、壓力開關(guān)卡澀、連接管路腐蝕嚴重等現(xiàn)象都存在。

(6)由于夏季高溫，該公司2號機組用來冷卻88BT風機電機軸承的噴水裝置的落水正好連續(xù)噴濺在CO2系統(tǒng)控制箱上部。由于水量大而且沒有防雨檐等遮擋設(shè)施，部分冷卻水滲入柜內(nèi)。隨著環(huán)境溫度的升高和降低，這些水漬就在柜內(nèi)蒸發(fā)和冷凝，正好滴在上部1區(qū)控制電路板的驅(qū)動輸出部分。雖然事后采取了烘干等措施，但控制電路板還是受到了影響，不定期地發(fā)生了幾次無規(guī)律的系統(tǒng)誤動作，嚴重影響機組的安全穩(wěn)定運行。

3 改造方案

基于以上存在的問題，CO2火災保護控制系統(tǒng)的升級改造勢在必行。通過討論研究以及到其他電廠調(diào)研學習，最終決定采用南京消防器材股份有限公司生產(chǎn)的國產(chǎn)型低壓CO2火災保護控制系統(tǒng)來替代原來的美國進口產(chǎn)品。具體改造方案如下：

(1)棄用原來的Micro 1-EV型微處理器及其控制系統(tǒng)部件，采用西門子S7-1214型PLC為核心控制器，安全可靠性高、通用性強，便于對控制程序的查看分析、編輯修改和導入導出，硬件發(fā)生故障更換也非常方便。

(2)棄用原來的主控制箱，采用南京消防器材股份有限公司專用的T19-68型控制箱替代，更換I/O擴展模塊、控制電源、繼電器、按鈕開關(guān)、信號指示燈、蓄電池等所有箱內(nèi)控制設(shè)備。

(3)新增7寸薄膜晶體管四線電阻式彩色液晶觸摸屏為人機界面(Human Machine Interface，HMI)，全中文界面，系統(tǒng)狀態(tài)、報警信息、歷史事件追憶等功能一目了然，操作簡便、直觀。

(4)新增一個故障打印機，直接與控制系統(tǒng)連接，可以設(shè)置自動打印和手動打印兩種模式，便于對故障的分析處理。

(5)對現(xiàn)場所有熱敏探測儀進行檢查校驗，對老化故障的進行更換。對手動釋放按鈕、隔離開關(guān)、聲光報警器、壓力開關(guān)、電磁閥等控制部件進行檢查測試，對老化故障的設(shè)備進行更換。

(6)把從電磁閥到噴射閥之間老化的橡膠管路全部更換為紫銅管，并在控制箱的上方制作專門的防雨檐，有效避免因下雨及其他因素造成水滴滲入控制箱內(nèi)，導致設(shè)備損壞。

(7)更換1區(qū)和2區(qū)所有老化的耐高溫電纜，并增加部分耐高溫電纜，把原來A，B側(cè)探測儀并接的模式改為一對一的控制模式，即把每一個熱敏探測儀的信號都分別接入控制器，實現(xiàn)對每一個探測儀的實時監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的安全可靠性，同時也方便了對故障的分析和處理。

4 改造中所做的具體工作

(1)在機組停機期間完成具體的升級改造工作。在改造前編制了《燃氣輪機CO2火災保護控制系統(tǒng)升級改造安全技術(shù)措施》，并辦理了工作票，在施工過程中嚴格按照措施的要求進行施工。

(2)施工前先關(guān)閉CO2系統(tǒng)排放總門33FP-1A，拉掉控制系統(tǒng)電源，將觸發(fā)火災保護系統(tǒng)動作、機組跳閘、聯(lián)停風機的輸入輸出信號解除，防止改造過程中出現(xiàn)系統(tǒng)誤動作[3]。

(3)將電源線、輸入輸出信號線從原系統(tǒng)端子上拆下，全部做好標記。拆除老控制箱，安裝固定新的控制箱及其箱內(nèi)所有電源、控制、信號、輸入輸出等設(shè)備，并在控制箱的上方制作一個專門的防雨檐，可以避免因下雨及其他因素造成水滴滲入控制箱內(nèi)，導致設(shè)備損壞。

(4)把1區(qū)和2區(qū)14個熱敏探測儀拆下進行校驗檢查，對現(xiàn)場所有手動釋放按鈕、隔離開關(guān)、聲光報警器、壓力開關(guān)、電磁閥等控制部件進行檢查測試，對老化故障的設(shè)備進行更換。把從電磁閥到噴射閥之間老化的橡膠管路全部更換為紫銅管。

(5)拆除1區(qū)和2區(qū)所有熱敏探測儀到現(xiàn)場端子箱之間老化的電纜，全部更換為耐高溫電纜，并增加部分電纜，重新制作電纜穿線管敷設(shè)到主控制箱，實現(xiàn)對探測儀一對一的控制模式，提高系統(tǒng)的安全可靠性。

(6)裝復所有拆下以及檢查校驗的現(xiàn)場設(shè)備，恢復控制箱內(nèi)電源、輸入輸出等外部信號的接線，并對系統(tǒng)內(nèi)部的接線進行檢查核對，為系統(tǒng)上電調(diào)試做好準備。

(7)確認現(xiàn)場所有設(shè)備裝復、控制箱內(nèi)接線按圖紙核對準確無誤后，對系統(tǒng)進行上電，啟動可編程邏輯控制器控制模塊，查看系統(tǒng)信息，檢查邏輯組態(tài)程序是否正確，檢查系統(tǒng)中各個設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常，有無異常報警信號。

(8)確認系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備工作正常后進行系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)試工作。首先，釋放觸發(fā)火災保護系統(tǒng)動作、機組跳閘、聯(lián)停風機的輸入輸出信號。其次，對熱敏探測儀每一個單獨短接，查看系統(tǒng)狀態(tài)及聲光報警信息。再次，把A，B側(cè)兩個探測儀同時短接，檢查是否觸發(fā)CO2系統(tǒng)噴射，機組跳閘信號以及聯(lián)停88BT，88BD，88BN風機信號是否正常發(fā)出，聲光報警信號是否正常。最后，對手動釋放按鈕、隔離開關(guān)、壓力開關(guān)、電磁閥、閥門位置開關(guān)等信號都一一進行模擬測試，確保控制系統(tǒng)內(nèi)顯示和設(shè)備實際狀態(tài)完全一致。

(9)系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試正常后進行CO2系統(tǒng)的實際噴射試驗。首先，確認1區(qū)和2區(qū)現(xiàn)場人員全都撤離，檢查燃機艙頂部重力擋板在開啟位置后，將燃機艙門關(guān)閉，打開CO2系統(tǒng)排放總門33FP-1A。其次，在控制器內(nèi)將初噴和續(xù)噴的時間改為0.2 min和1.0 min，強制啟動88BT，88BD，88BN風機。在控制箱內(nèi)將1區(qū)和2區(qū)A、B側(cè)各一個探頭同時短接，檢查機組跳閘信號是否發(fā)出，88BT，88BD，88BN風機是否停止，現(xiàn)場是否發(fā)出聲光報警信號。延時30 s觸發(fā)CO2系統(tǒng)初噴，檢查電磁閥、噴射閥是否都動正常動作，管道接頭處無CO2泄漏。0.2 min后進行CO2系統(tǒng)續(xù)噴，檢查電磁閥、噴射閥是否都動正常動作，11.0 min后噴射結(jié)束。把短接的信號恢復，改回噴射時間，對系統(tǒng)進行復位，到1區(qū)和2區(qū)查看CO2系統(tǒng)的噴射情況，查看重力擋板是否關(guān)閉，查看CO2液罐內(nèi)CO2的消耗情況，確認CO2系統(tǒng)實噴正常。

(10)對燃機艙重力擋板進行復位開啟，將CO2罐體內(nèi)的液體補充至90%以上，把現(xiàn)場及控制箱上所有的手動釋放按鈕全都做好鉛封，并加好保護罩，防止人員誤碰。在控制系統(tǒng)內(nèi)檢查所有設(shè)備狀態(tài)正常，無異常報警信號，CO2火災保護系統(tǒng)恢復正常工作模式。

5 改造后的效果

CO2火災保護控制系統(tǒng)升級改造后，系統(tǒng)的可靠性得到極大的提升，機組運行中未再發(fā)生過因控制系統(tǒng)設(shè)備、回路老化而導致的開路、接地、短路等異常情況，系統(tǒng)的誤動作率降低到零，有效避免了機組非停事件的發(fā)生，保障機組設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。同時，把1區(qū)、2區(qū)所有熱敏探測儀改為一對一的控制模式，并增加了人機界面HMI以及故障打印機，實現(xiàn)了對每一個探測儀的實時監(jiān)控，并且可以自動實時打印報警信息，對報警信號進行精確的歷史追憶，提升了整個系統(tǒng)的安全性和故障情況分析判斷的便捷性。

6 結(jié)語

通過對CO2火災保護控制系統(tǒng)的升級改造，使得整個系統(tǒng)在安全可靠性方面得到了極大的提升，避免了因控制器、電路板、電纜、探測儀等設(shè)備老化故障導致的系統(tǒng)誤動作，有效降低了機組非停事件的發(fā)生率，為機組的安全穩(wěn)定運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。