詹守權(quán)，張?jiān)A，鄭振海

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

近年來，鋼鐵、石化、電力等能源領(lǐng)域越來越多的工廠采用遠(yuǎn)程集中監(jiān)控多臺汽輪發(fā)電機(jī)組，提高了生產(chǎn)效率。但是，采用這種控制方式汽輪發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場無人值守，存在緊急情況時(shí)能否可靠停機(jī)的問題。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（以下簡稱“鲅魚圈分公司”）對其汽輪發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程集中監(jiān)控改造后，原有的多臺機(jī)組如干熄焦1、2機(jī)組，75 t高爐煤氣 1、2機(jī)組，TRT 1、2機(jī)組及燒結(jié)余熱機(jī)組等集中到5 km外的集控大樓進(jìn)行控制，機(jī)組現(xiàn)場無人值守，發(fā)生緊急情況時(shí)會出現(xiàn)機(jī)組無法可靠迅速地停機(jī)，將對相關(guān)機(jī)組工作人員的人身和設(shè)備安全造成重大損害。

同時(shí)，由于各機(jī)組的汽輪機(jī)廠家不同，機(jī)組油路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，液壓管路改造方案均不同，要求每個(gè)機(jī)組有各自獨(dú)立的雙冗余停機(jī)液壓閥組。由于通訊距離較遠(yuǎn)，電子控制部分必須為雙冗余控制。據(jù)此，鲅魚圈分公司經(jīng)過多次論證，研究開發(fā)了一套兼顧電子和液壓兩個(gè)方面、安全可靠的遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了汽輪發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程緊急安全停機(jī)，提高了動(dòng)力機(jī)組的安全可靠性。本文對此做一介紹。

1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要包括電子控制和液壓控制兩部分。電子控制部分為雙冗余方式，一種為PLC控制方式，另外一種為開關(guān)量光纖中繼器控制方式。集控室側(cè)將緊急停機(jī)按鈕連接到PLC控制器及光纖中繼器上，通過光電通訊的方式同機(jī)組現(xiàn)場的緊急停機(jī)控制機(jī)柜進(jìn)行通訊，機(jī)柜接收來自遠(yuǎn)程集控室的控制指令，對機(jī)組現(xiàn)場的緊急停機(jī)閥組進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集控室對現(xiàn)場機(jī)組緊急停機(jī)裝置的控制。電子部分每個(gè)控制器均采用完全獨(dú)立的兩路直流24 V供電，系統(tǒng)供電完全冗余，任何部件發(fā)生故障都不會影響控制系統(tǒng)緊急停機(jī)的功能。

液壓控制部分采用專門設(shè)計(jì)集成的雙冗余停機(jī)電磁閥組，并且針對不同機(jī)組設(shè)計(jì)不同的油路改造方案。各機(jī)組停機(jī)電磁閥組的供電、電子控制信號、液壓驅(qū)動(dòng)都獨(dú)立于現(xiàn)有的機(jī)組停機(jī)裝置，雙冗余停機(jī)閥組中任意一路電磁閥動(dòng)作，機(jī)組均會停機(jī)，確保關(guān)鍵時(shí)刻可靠停機(jī)。遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Remote Emergency Stop System

1.1 電子控制裝置

遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)電子控制裝置的主要部件為PLC控制器及光纖中繼器。遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)控制器通訊連接方式如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)控制器通訊連接方式Fig.2 Communication Mode of Controller for Remote Emergency Stop System

PLC控制器通過以太網(wǎng)通訊，遠(yuǎn)程集控室側(cè)控制器設(shè)為主站，機(jī)組現(xiàn)場側(cè)控制器設(shè)為從站，接收來自遠(yuǎn)程集控室緊急停機(jī)按鈕的停機(jī)信號，控制現(xiàn)場液壓停機(jī)電磁閥組。參考PLC說明數(shù)據(jù)通過專用軟件進(jìn)行編程，增加光電轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和光纖的信號轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)長距離的通訊。光纖中繼器是將開關(guān)量信號進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)目刂破鳎h(yuǎn)程集控室側(cè)接收緊急停機(jī)按鈕的停機(jī)信號，機(jī)組現(xiàn)場側(cè)控制液壓停機(jī)電磁閥組。

1.2 液壓控制裝置

遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)液壓控制裝置采用專門定制的雙冗余停機(jī)電磁閥組，閥組中的停機(jī)電磁閥組件和放大滑閥組件型號分別為SDHE-D751/2和LIDA-3；單向隔離閥組件型號為CKEB-XCN；其他相關(guān)組件均按對各機(jī)組實(shí)際測繪和液壓后定制。液壓電磁閥組停機(jī)時(shí)間在200 ms以內(nèi)。

停機(jī)電磁閥互為冗余配置，任意一個(gè)電磁閥動(dòng)作均可停機(jī)，電磁閥動(dòng)作時(shí)間不超過50 ms，流量不小于每個(gè)機(jī)組液力計(jì)算流量（不小于60 L/min），最高壓力35 MPa。電磁閥電壓等級為直流24 V,采用雙冗余供電且?guī)фi存功能。停機(jī)電磁閥動(dòng)作后，需現(xiàn)場確認(rèn)具備啟機(jī)條件且按下電磁閥復(fù)位按鈕后方可使電磁閥復(fù)位，提高了機(jī)組的安全性。

放大滑閥本身流通能力不小于每個(gè)機(jī)組液力計(jì)算流量（不小于60 L/min），最高壓力35 MPa。

其他液壓停機(jī)閥組件對外所有接口均采用不銹鋼材料，閥塊采用45#碳鋼電鍍材料，管道接口為不銹鋼材料。遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)液壓部分工作原理如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)液壓部分工作原理圖Fig.3 Working Principle Diagram for Hydraulic Part to Remote Emergency Stop System

2 系統(tǒng)的安裝

遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)須控制多臺汽輪機(jī)組，由于各汽輪機(jī)廠家不同，汽輪機(jī)安全油路和液壓接口均不相同，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有些機(jī)組屬于煤氣現(xiàn)場，需特殊定制防爆電磁閥。另外，緊急停機(jī)系統(tǒng)為遠(yuǎn)程控制，必須保證控制信號穩(wěn)定傳輸。因此，從液壓設(shè)備安裝、油路管道改造和光纖敷設(shè)等方面采取了如下措施。

（1）液壓設(shè)備安裝方面：考慮到遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)的重要性以及機(jī)組在長時(shí)間運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較大，將液壓裝置安裝在汽輪機(jī)一側(cè)，并定制專門支架同地面固定，提高裝置的可靠性及穩(wěn)定性。

（2）油路管道改造方面：遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)需要改造不同汽輪機(jī)的安全油路，依據(jù)現(xiàn)有的液壓管路，通過對每臺機(jī)組進(jìn)行實(shí)際測繪和液壓計(jì)算后，制定專門的改造方案，并合理布局，精確設(shè)計(jì)改造后油路。TRT機(jī)組只需關(guān)閉快切閥即可使機(jī)組安全停機(jī)，75 t高爐煤氣機(jī)組和燒結(jié)余熱機(jī)組需關(guān)閉機(jī)組主汽門和調(diào)速汽門才可使機(jī)組安全關(guān)閉。

（3）光纖敷設(shè)方面：將緊急停機(jī)按鈕集中安裝在遠(yuǎn)程集控室操作臺上，便于操作。選用單模雙芯光纖來保證長距離通訊信號傳遞的穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)測試結(jié)果

對遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了靜態(tài)測試和動(dòng)態(tài)測試，均能夠可靠、迅速地卸壓安全油，實(shí)現(xiàn)了汽輪發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)；并進(jìn)行了PLC控制器和光纖中繼器冗余停機(jī)方式切換試驗(yàn)，這兩種停機(jī)方式下也都實(shí)現(xiàn)了可靠而迅速地停機(jī)；進(jìn)行的冗余電源切換試驗(yàn)?zāi)軌虮ＷC在任何部件發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)都可以發(fā)出停機(jī)信號，且停機(jī)反應(yīng)時(shí)間均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。各機(jī)組測試結(jié)果見表1。

表1 各機(jī)組測試結(jié)果Table 1 Test Results of Each Generating Unit

機(jī)組停機(jī)后，進(jìn)行了遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)復(fù)位功能試驗(yàn)。現(xiàn)場確認(rèn)機(jī)組安全停機(jī)情況下，按動(dòng)復(fù)位按鈕后再次啟動(dòng)機(jī)組，復(fù)位功能正常。

4 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司針對汽輪機(jī)組遠(yuǎn)程集中監(jiān)控后現(xiàn)場無人值守問題，研究開發(fā)了一套可靠的遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)，包括電子控制部分和液壓部分，并成功實(shí)施了安裝。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供電冗余、控制回路冗余及現(xiàn)場液壓停機(jī)電磁閥組冗余，能夠在液壓裝置電磁閥、控制回路裝置及供電系統(tǒng)任何部件發(fā)生故障時(shí)安全停機(jī)，提高了動(dòng)力機(jī)組的安全可靠性。該遠(yuǎn)程緊急停機(jī)系統(tǒng)對鋼鐵、石化和電力領(lǐng)域動(dòng)力機(jī)組遠(yuǎn)程集中控制、保證機(jī)組的安全性方面有很大的借鑒意義。