武德坤，杭晶烽，劉學勇

（華能太倉電廠，江蘇 太倉 215424）

0 引言

國家的經(jīng)濟快速穩(wěn)定發(fā)展離不開工業(yè)生產(chǎn)能力的強力支撐，而進行工業(yè)生產(chǎn)需要穩(wěn)定的電力保障，為工業(yè)生產(chǎn)提供安全穩(wěn)定的電力供應是電力生產(chǎn)的主要目標。循環(huán)水泵是電廠的重要輔機設(shè)備，對于安全、經(jīng)濟發(fā)電，起著極為重要的作用。

華能太倉電廠一期工程2×320MW 機組共安裝4 臺循環(huán)水泵，每臺循環(huán)水泵對應1 臺蝶閥設(shè)備，循泵蝶閥及其相關(guān)設(shè)備由湖北洪城通用機械有限公司生產(chǎn)。蝶閥安裝于循泵出口處，該蝶閥設(shè)備為純液壓式，全稱為蓄能罐式液控緩閉止回蝶閥。

1 設(shè)備動作原理

蝶閥采用純液壓式控制，蝶閥的開啟和關(guān)閉均為液壓驅(qū)動，油壓高達16.5Mpa，動作原理如圖1 所示。蝶閥開啟時，液壓油進入液壓缸的無桿腔，實現(xiàn)蝶閥的開啟動作；蝶閥關(guān)閉時，液壓油進入液壓缸的有桿腔，同時無桿腔泄油，實現(xiàn)蝶閥的關(guān)閉動作。

圖1 液壓系統(tǒng)原理Fig.1 Principle of hydraulic system

1.1 蝶閥的開啟過程

當泵閥聯(lián)啟時，電磁閥14、17 上的電磁鐵YV1、YV2 同時得電，壓力油使插裝閥12、15 關(guān)閉，使液控單向閥13 打開。油液經(jīng)液控單向閥13 和油缸尾部的單向閥進入油缸的無桿腔，推動活塞桿伸出并帶動閥門蝶板開啟，有桿腔回油經(jīng)節(jié)流閥16 和電磁球閥17 流回油箱，調(diào)節(jié)節(jié)流閥16 可以實現(xiàn)對開閥時間的控制。在閥門開啟或關(guān)閉的過程中，使電磁閥YV1 得電，YV2 失電，閥門的蝶板即停在任意位置。

當?shù)y開啟至15°時，聯(lián)鎖啟動循泵，同時蝶閥中停3s。在中停時間內(nèi)，若循泵未成功運行，則觸發(fā)DCS 保護跳泵條件，同時蝶閥關(guān)閉，防止循環(huán)水母管壓力降低，影響凝汽器真空。蝶閥開啟后，油壓力低至14.5Mpa 以下，此時聯(lián)鎖啟動油泵[1]，將油壓增壓至16.5Mpa 時，停止油泵運行。

1.2 蝶閥的關(guān)閉過程

當?shù)y關(guān)閉時，YV1、YV2 失電，壓力油經(jīng)插裝閥15、單向閥6-3 到油缸有桿腔，無桿腔回油經(jīng)尾部快關(guān)調(diào)速閥、插裝閥12 流回油箱并實現(xiàn)快關(guān)，調(diào)節(jié)快關(guān)調(diào)速閥，可以實現(xiàn)對關(guān)閥時間的控制。

當?shù)y關(guān)至30°時觸發(fā)行程開關(guān)信號，該信號直接送DCS，DCS 接收后發(fā)停循泵6KV 指令，停止循泵運行。關(guān)至30°停止循泵運行，一方面可以防止打悶泵從而起到保護循泵的作用，另一方面可以防止循環(huán)水倒流，導致循環(huán)水壓力降低，影響機組安全。

2 設(shè)備現(xiàn)狀

本廠一期工程4 臺循泵蝶閥液壓系統(tǒng)位于循泵坑內(nèi)，由兩臺PLC 控制柜實現(xiàn)就地設(shè)備的控制。就地PLC 控制柜位于循泵坑上方，液壓系統(tǒng)電磁閥、壓力開關(guān)、限位開關(guān)、油壓變送器，經(jīng)蝶閥坑內(nèi)接線盒將信號送至就地PLC 控制柜，PLC 控制柜內(nèi)信號送至DCS 并接收DCS 的相關(guān)指令。

2.1 PLC控制柜現(xiàn)狀

由于設(shè)備的長期連續(xù)運行，該PLC 控制柜內(nèi)的控制線路老化嚴重，且安裝之初的線路標簽已模糊不清，對于故障排查增加了很大難度，且曾經(jīng)因循泵房屋頂漏水導致2號PLC 控制柜進水，內(nèi)部線路絕緣性差，缺陷故障率高，影響了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

2.2 壓力開關(guān)及電磁閥現(xiàn)狀

壓力開關(guān)控制油泵的啟停動作：當油壓降至14.5Mpa以下時，壓力開關(guān)動作啟動油泵，油壓升至16.5Mpa 時開關(guān)動作停止油泵。油泵啟動的瞬間，由于沖擊作用會使油壓瞬時升高，壓力開關(guān)精度若變得靈敏時，會導致壓力開關(guān)油壓高信號動作。但實際油壓并未升高很多，沖擊壓力消散后，又使壓力低信號動作，會導致油泵頻繁啟停，致使燒壞油泵。

電磁閥為普通國產(chǎn)電磁閥，動作電壓為24V，電磁閥得失電切換油路實現(xiàn)蝶閥的啟閉動作。電磁閥切換不到位，關(guān)閉不嚴，或者油品質(zhì)下降，臟污堵塞油孔，均會導致蝶閥動作不正常，影響機組運行。

2.3 PLC控制邏輯現(xiàn)狀

PLC 控制系統(tǒng)[2]采用三菱PLC，其邏輯設(shè)計可實現(xiàn)正常運行的控制功能。但對于可能發(fā)生的較低概率事件邏輯設(shè)計中不夠完善，例如對于蝶閥油泵頻繁啟停現(xiàn)象的監(jiān)視，由于蝶閥油系統(tǒng)在正常情況下壓力保持很穩(wěn)定，正常運行中油泵的啟停次數(shù)很少，因而油泵若頻繁啟停，說明系統(tǒng)保壓情況不良。原PLC 邏輯中無應對此現(xiàn)象的功能設(shè)計，出現(xiàn)保壓情況差時無法及時反饋，邏輯設(shè)計有待完善。

2.4 控制電源現(xiàn)狀

PLC 控制柜由雙路電源實現(xiàn)冗余供電，一路為110V電源經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)為24V 至就地控制柜，一路為220V 電源經(jīng)UPS 送至就地控制柜變壓器轉(zhuǎn)為24V 供電。在長期運行中，由于線路老化絕緣性變差，上級UPS 電源經(jīng)常過載，導致UPS 電源斷電，控制柜變?yōu)閱温饭╇姷姆绞?，存在安全隱患。

3 對現(xiàn)狀做出的優(yōu)化措施

3.1 控制柜的優(yōu)化設(shè)計

利用機組檢修機會，拆除老舊控制柜，并對控制柜進行了重新優(yōu)化設(shè)計，定制蝶閥控制系統(tǒng)外形尺寸：590mm×360mm×1500mm（長×寬×高），采用不銹鋼321 材料，防腐防銹，厚度2.5mm。

新就地控制柜主要由可編程序控制器、數(shù)字量輸入輸出模塊、觸摸屏、斷路器、中間繼電器、交流接觸器、熱繼電器、指示燈，及各類按鈕等電器元器件組成。重新設(shè)計后觸摸屏畫面如圖2 所示。

圖2 蝶閥控制系統(tǒng)畫面顯示Fig.2 Butterfly valve control system screen display

新控制柜以及至就地控制線路全部換新，并在線路接頭加裝標簽，徹底解決了電纜絕緣性差以及線路模糊不清問題，有利于后期的設(shè)備維護以及故障排查。

3.2 PLC邏輯及參數(shù)的優(yōu)化

PLC 更改為西門子S7-200，穩(wěn)定性更高，可用網(wǎng)線直連電腦進行邏輯修改，將運行中常見的故障現(xiàn)象通過控制邏輯進行優(yōu)化，具體邏輯優(yōu)化如下：

1）蝶閥油泵壓力開關(guān)觸點斷開后，即油壓達到定值16.5Mpa 之上，需要3s 延時才發(fā)出停泵信號，防止脈沖壓力造成假信號導致油泵的頻繁啟停故障。

2）開閥至15°信號來時停閥3s，3s 過后繼續(xù)開閥，此處延時時間等待循泵電機啟動。

3）油泵故障延時時間設(shè)置為30min，油泵連續(xù)運行30min 而油箱壓力無法達到定值，則發(fā)出報警。

4）液控閥開超時延時時間設(shè)置為2min，在開閥指令發(fā)出后2min 若開反饋未到位，則發(fā)液控閥故障聯(lián)鎖停泵信號，觸發(fā)保護邏輯，停泵并關(guān)蝶閥。

5）壓力持續(xù)低延時時間設(shè)置為5min，油泵運行5min 無法建立油壓則進行報警。

6）泵啟停過于頻繁報警。根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，正常運行中液控系統(tǒng)保壓時間較長，4h 內(nèi)啟停超過兩次即報警，提醒運行人員液控系統(tǒng)可能存在漏油。

7）蝶閥失電報警信號，任一路24V 供電失去即發(fā)出報警，提醒運行人員進行檢查。

8）油泵故障報警，除了油泵連續(xù)運行及壓力持續(xù)低外，增加油泵故障停運信號作為油泵故障報警點。

9）未接收到關(guān)指令，但蝶閥開反饋失去且15°行程開關(guān)信號來，則發(fā)液控閥故障聯(lián)鎖停泵信號，觸發(fā)保護邏輯，停泵并關(guān)蝶閥。

通過設(shè)計蝶閥控制系統(tǒng)，優(yōu)化各種報警和跳閘信號，解決了蝶閥控制系統(tǒng)控制邏輯設(shè)計不合理，跳閘后故障排查困難，運行不可靠等諸多難題。

3.3 控制柜電源優(yōu)化

由于為蝶閥電源柜供給的110V 及220V 電源均自帶UPS 供電，可以保障不間斷供電，因而對控制柜的電源進行了重新設(shè)計，取消了UPS 電源在電源柜內(nèi)將110V 電源及220V 電源經(jīng)由變壓器轉(zhuǎn)為24V 送至就地PLC 控制柜實現(xiàn)冗余供電[3]，就地PLC 柜內(nèi)均為24V 低壓電路。取消UPS 可以減少整個供電回路中的故障點，降低缺陷率。

4 新控制系統(tǒng)優(yōu)勢

1）人機交互界面友好：對于蝶閥油泵狀態(tài)指示、管路液壓油流向均有詳細展示。如對于蝶閥的狀態(tài)顯示，紅閃：正在開；紅平光：開到位；15：位于15°的位置；綠閃：正在關(guān)；綠平光：關(guān)到位。顯示屏為觸屏式設(shè)計，且加裝了塑料蓋板，不僅操作方便而且可以防止非專業(yè)人員誤觸。

2）參數(shù)調(diào)試便捷：蝶閥控制模式分正常模式、調(diào)試模式，具體調(diào)試畫面如圖3 所示。調(diào)試模式時，單獨手動操作電磁閥、油泵，檢測電磁閥、油泵是否能正常動作。還可以進入?yún)?shù)設(shè)置畫面，對壓力開關(guān)延時時間、液控閥開15°延時時間、油泵故障延時時間和油泵頻繁啟停故障次數(shù)等參數(shù)進行設(shè)置，通過這些設(shè)計可以配合機務(wù)專業(yè)對蝶閥進行單操，滿足了現(xiàn)場不同工況調(diào)試的需要。

圖3 調(diào)試畫面Fig.3 Debug screen

3）故障定位迅速：裝置運行中對電源故障、液控蝶閥故障、油泵故障等故障信息進行實時監(jiān)測，在報警記錄畫面中進行詳細記錄，具體故障示例如圖4 所示；在事件記錄畫面對蝶閥設(shè)備的具體動作事件進行了詳細記錄，有利于對故障進行快速定位，具體事件記錄示例如圖5 所示，成果展示如圖6 所示。

圖4 故障記錄畫面Fig.4 Fault record screen

圖5 事件記錄畫面Fig.5 Event record screen

圖6 控制柜成果圖Fig.6 Control cabinet results

5 常見故障處理

1）控制柜失電故障：在設(shè)備運行中可能會出現(xiàn)某一路電源失去的故障，這時控制柜故障指示燈會亮起，同時顯示屏的報警記錄會詳細顯示主備用電源的故障信息和故障的具體時間，設(shè)備維護人員可快速由此信息進行線路排查工作。在最初控制柜送電時，雙路電源開關(guān)送電有先后，因此也會出現(xiàn)控制柜電源失電報警，屬于正常在報警記錄中復位即可。

2）油泵跳閘故障：該故障信號由油泵熱繼電器析出至PLC，此時故障燈會亮起，顯示屏報警記錄中顯示油泵跳閘故障信息，電氣維護人員可據(jù)此進行油泵及熱繼電器狀態(tài)檢查，快速定位故障。

3）蝶閥溜閥故障：該故障的具體判定條件為蝶閥在開啟狀態(tài)時未收到關(guān)指令，開反饋信號丟失且15°信號來，表示在蝶閥正常開啟狀態(tài)下蝶閥自行關(guān)閉，同時會觸發(fā)保護跳泵條件。此時控制柜故障燈會亮起，顯示屏報警記錄中會顯示蝶閥溜閥故障，設(shè)備維護人員可據(jù)此對液壓系統(tǒng)進行檢查，排查故障。

4）蝶閥開超時故障：該故障信號的判定為自蝶閥開啟指令發(fā)出起計時2 min 開到位信號不到，觸發(fā)保護跳泵條件，此時控制柜故障燈亮起，顯示屏報警記錄中會顯示蝶閥開超時故障信息。設(shè)備維護人員可據(jù)此對液壓系統(tǒng)進行檢查，排查故障。

5）油泵長時間運行故障：該故障判定為自油泵啟動開始計時30 min 油泵未停止，此時控制柜故障燈亮起，顯示屏報警記錄中會顯示油泵長時間持續(xù)運行故障信息，設(shè)備維護人員可據(jù)此對液壓系統(tǒng)和油泵進行檢查，排查故障。

6）油泵頻繁啟停故障：該故障信號判定為4 h 之內(nèi)油泵啟停次數(shù)超過2 次，此時控制柜故障燈亮起，顯示屏報警記錄中會顯示油泵頻繁啟停故障信息，設(shè)備維護人員可據(jù)此判定液壓系統(tǒng)可能保壓情況不良，或者有泄漏情況，進而對液壓系統(tǒng)進行檢查。在實際運行當中，運行人員會定期對循泵進行切換，或者調(diào)試過程中也會出現(xiàn)此故障報警屬于正常，在報警記錄中復位即可。

6 結(jié)束語

對于本廠一期循泵蝶閥控制系統(tǒng)存在的問題，專業(yè)部門根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備以及設(shè)備長期運行的經(jīng)驗有針對性地進行了蝶閥控制系統(tǒng)的開發(fā)與參數(shù)優(yōu)化工作。新設(shè)計蝶閥控制系統(tǒng)人機界面友好，調(diào)試方便，故障判斷快速，報警信號和保護信號設(shè)置合理，各項參數(shù)設(shè)計符合實際設(shè)備運行情況，有效保障了蝶閥系統(tǒng)長周期安全穩(wěn)定運行。通過優(yōu)化設(shè)計工作，不僅提高了專業(yè)班組人員對于蝶閥設(shè)備的熟悉程度，而且提高了班組成員的技能水平。新設(shè)計的蝶閥控制系統(tǒng)整體效果良好，自投運以來一直安全平穩(wěn)運行，整套系統(tǒng)可復制性強，可以為同行們提供參考。