徐子擁

【摘 要】某廠#1、2機600MW超臨界機組，采用海水冷卻的單元制直流供水方式，每臺機配有兩臺循環(huán)水泵，對凝汽器及閉式冷卻水進行冷卻，當(dāng)任意一臺循環(huán)水泵由于事故停運時，都會影響凝汽器真空，以及閉式冷卻水的冷卻效果，從而對機組正常運行造成嚴重影響。而循環(huán)水泵系統(tǒng)可能出現(xiàn)故障中的液壓蝶閥故障是該廠急需解決的對象，以減少機組運行中存的安全隱患。

【關(guān)鍵詞】液壓蝶閥；控制方式；電源失電；優(yōu)化措施

中圖分類號： TM621 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）12-0035-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.015

1 改造前背景

兩臺600MW超臨界機組均采用海水開式直流供水系統(tǒng)，兩臺機共用一座露天布置的循環(huán)水泵平臺，每臺機組配置兩臺循環(huán)水泵。其系統(tǒng)流程為：引水明渠（海水引入）→進水前池→循環(huán)水泵房→壓力供水管→凝結(jié)器→虹吸井→自流暗溝→排水口。

循環(huán)水系統(tǒng)配備有：循環(huán)水泵，液壓油站系統(tǒng)，液壓驅(qū)動出口蝶閥，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，二次濾網(wǎng)，電機軸承冷卻水升壓水泵，沖洗水泵，柵欄清污機等配套設(shè)備。在此套系統(tǒng)中，液壓油站包括電氣控制柜、兩臺液壓油泵，兩個蓄能器，一個液壓蝶閥，即循環(huán)水泵出口門。循環(huán)水的液壓油站電氣控制柜的安全穩(wěn)定性對蝶閥控制來說尤為關(guān)鍵。

蝶閥控制柜露天布置，柜內(nèi)包括380V油泵動力電源，220V電源、24V電源及PLC卡件布置在柜內(nèi)。正常運行時380V動力電取自循環(huán)水MMC配電室，柜內(nèi)PLC控制器的24V電源通過柜內(nèi)的380V經(jīng)過交直流電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為直流直接為負載供電，同時對蓄電池進行浮充，使蓄電池一直處于備用狀態(tài)。二者之間經(jīng)過一個切換裝置相互切換，當(dāng)控制系統(tǒng)交流電源故障停電導(dǎo)致24V電源消失時，該切換裝置自動切至備用狀態(tài)的蓄電池方式，實現(xiàn)不間斷供電；當(dāng)24V電源恢復(fù)時需手動進行回切至主路供電。蓄電池可維持的時間30分鐘，在此區(qū)間能保持閥門電器控制的供電和蝶閥狀態(tài)的正常。

2 蝶閥控制方式及存在問題

本廠循環(huán)水泵設(shè)計為混流泵，聯(lián)鎖邏輯要求為：先開閥，閥開至15°時，泵再啟動，蝶閥至90°全開時要在30秒內(nèi)，否則視為泵啟動失敗，泵停閥門關(guān)至0°；正常運行時泵停同時關(guān)閥，先快關(guān)至15°，其目的是切斷大部分水流，防治水泵倒轉(zhuǎn)。15°至全關(guān)時為慢關(guān)，其作用是消除水錘壓力在管網(wǎng)中產(chǎn)生的危害。油泵以及液壓蝶閥的控制方式為電氣柜內(nèi)的PLC（可編程控制器）控制，現(xiàn)場各熱控信號經(jīng)PLC內(nèi)邏輯判斷后，進入DCS系統(tǒng)。根據(jù)液壓系統(tǒng)內(nèi)電磁閥狀態(tài)的工作狀態(tài)，分為“通電開閥，斷電關(guān)閥”型和“通電開閥，通電關(guān)閥”型，該廠采用的是前者。

開閥：由用戶DCS系統(tǒng)發(fā)出開發(fā)信號，液壓油經(jīng)過開閥電磁閥（24伏）進入蝶閥腔室，閥門開啟至全開位。關(guān)閥：循環(huán)水泵停止同時，由用戶DCS系統(tǒng)發(fā)出停泵信號，液壓油經(jīng)過關(guān)閥電磁閥（24伏）進而驅(qū)動閥門關(guān)閉至全關(guān)位，泵停。在此過程中蝶閥液壓油自動補油壓，油泵電機的啟停由壓力控制器控制，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于設(shè)定下限時，油泵聯(lián)啟，達到設(shè)定上限時，油泵聯(lián)停，使油壓穩(wěn)在一定范圍內(nèi)。

當(dāng)循環(huán)水泵跳閘時，如其出口蝶閥不能聯(lián)鎖關(guān)閉，或正常運行時關(guān)閥電磁閥故障，蝶閥狀態(tài)異常，都會導(dǎo)致進入凝汽器的冷卻水壓力及流量降低，進而導(dǎo)致凝汽器對低壓缸排氣的冷卻效果急劇變差，真空下降，當(dāng)機組真空降至-74.7KPa，聯(lián)鎖保護動作跳閘停機。

隨著#1、2機組運行的年限增加，加之海邊氣候環(huán)境多變，設(shè)備易腐蝕，已嚴重影響柜內(nèi)24V電源轉(zhuǎn)換器的供電安全可靠性、供電電壓品質(zhì)、蓄電池的使用壽命以及故障時蓄電池供電持久力。目前此柜內(nèi)內(nèi)部裝置元件較多，包括PLC，電源轉(zhuǎn)換裝置，切換裝置和蓄電池等；空間小，接線復(fù)雜，其布置了380V，220V，24V電源，需要排查的故障點多，給故障分析處理造成很大困擾。因此，當(dāng)液壓蝶閥開關(guān)閥出現(xiàn)故障時，尤其是涉及到電氣回路及控制回路故障時，檢修維護人員需要立即前去就地排查故障，造成了排查故障耗時長，排除故障效率低，嚴重影響機組安全穩(wěn)定運行。

3 控制改造方案策略

針對上述問題的存在，經(jīng)研究決定采用智能電源系統(tǒng)，對循環(huán)水蝶閥控制柜內(nèi)的熱工設(shè)備進行獨立供電，代替原設(shè)備出廠配套的老舊電源裝置的供電方式，以便減小設(shè)備缺陷率。

3.1 新智能電源系統(tǒng)組成

ZR-24V智能電源系統(tǒng)由三部分組成：2個24V直流模塊單元分居兩側(cè)、中間一個一個智能監(jiān)控單元和電池單元。

該系統(tǒng)內(nèi)部模塊設(shè)計集成了均流控制電路，因此可以直接將2個電源并聯(lián)使用，每個電源自動均衡分配負載電流，使得所有電源都工作在最優(yōu)狀態(tài)，整體壽命得到提高。并且由于2個電源模塊可并行均流工作，所以系統(tǒng)能短時間提供2倍額定電流輸出。

同時智能電源配有監(jiān)控單元，液晶顯示屏，可實現(xiàn)實時檢測每個模塊的輸出電壓、輸出電流以及系統(tǒng)運行狀態(tài)等各項參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時可及時告警并顯示在液晶屏上，以便及時處理。

此電源系統(tǒng)還內(nèi)置設(shè)有24V/7Ah蓄電池，該電池可以起到兩個作用：一是提供短時備用輸出。即使雙路輸出電源均失電的情況下，依然可以使系統(tǒng)正常工作一段時間，這就為維護人員去現(xiàn)場及時有效的查找并解決故障爭取了寶貴時間；二是當(dāng)24V系統(tǒng)有部分回路出現(xiàn)異常短路狀況時，蓄電池可以提供較大的放大電流，確保短路的回路保險或空開立即斷開，起到切除短路故障點的作用，使其余電路能夠正常工作。

3.2 控制回路優(yōu)化措施

根據(jù)優(yōu)化改造方案，在用戶端將原有柜內(nèi)直流電源轉(zhuǎn)換裝置，供電切換裝置，蓄電池及部分空余的端子排拆除，移除一部分空間。將直流電源用戶重新整合接入新的端子并且布置在此空間內(nèi)，使回路簡單明了。

在供電端，新電源系統(tǒng)設(shè)計安裝在#1、2機循環(huán)水電子間內(nèi)。每臺循環(huán)水泵對應(yīng)加裝一套ZR-24V智能電源系統(tǒng)，兩臺泵獨立供電，保證供電可靠性。#1A循環(huán)水泵蝶閥電源系統(tǒng)的兩個直流模塊進線電源分別取自#1機循環(huán)水熱力配電柜上的220V空開3K和4K，#1B泵電源系統(tǒng)的兩路進線電源則取自7K和8K。同時此熱力配電柜母線亦由兩路電源供電，分別來自380V水處理1段和380V水處理2段，進一步增加了供電可靠性。

優(yōu)化改造后的24V電源通過三條4x1.0的硬線電纜從循環(huán)水電子間送至就地蝶閥控制柜里，供PLC卡件、開關(guān)電磁閥、壓力傳感器、接近開關(guān)等設(shè)備使用。且該電纜外包裹蛇皮管并埋于電纜溝中，獨立于動力電纜鋪設(shè)埋放，防止后期電氣電纜檢修時被誤挖斷等。

3.3 DCS控制邏輯優(yōu)化

ZR-24V智能電源裝置具有以下特點：

（1）實時在線監(jiān)測，能實時顯示電壓，負載電流、模塊內(nèi)部溫度、運行狀態(tài)等各項參數(shù)；

（2）提供聲光報警，顯示當(dāng)前報警信息，查詢歷史報警內(nèi)容，特別重要的是提供報警干接點輸出；

（3）能瞬間提供2倍以上額定電流輸出，在負載出現(xiàn)異常時可確保繼電器電磁閥等正常動作；

（4）可提供電池大電流輸出及后備功能（需要外接電池及充電管理模塊）；

（5）電源模塊之間無需切換裝置，可實現(xiàn)自動均流工作方式，免去不必要設(shè)備，減小故障可能性；

（6）支持帶電熱插拔，更換單一模塊簡單便捷；

（7）監(jiān)控單元采用彩色液晶屏顯示，顯示直觀，可觸摸操控，方便檢修維護人員翻閱巡查。

介于之前電源故障時不能第一時間從上位機上看到報警信號，運行人員判斷不了故障類別，且該套智能電源系統(tǒng)具有報警干接點輸出的功能，因此我們將該功能予以充分利用。將電源裝置的故障輸出端子接到循環(huán)水電子間內(nèi)模件柜IMDSI14開關(guān)量輸入卡件上，引入DCS控制邏輯里，作為一個開關(guān)量報警信號，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障報警時，運行及檢修維護人員可以第一時間從操作畫面上的蝶閥狀態(tài)一欄中了解報警內(nèi)容，清晰明了，快速判定故障點，免去不必要的排查，從而大大減少處理缺陷的時間。此外將報警信號引入DCS系統(tǒng)中，檢修維護人員可隨時查詢數(shù)據(jù)庫中的存儲的事故報警記錄等歷史數(shù)據(jù)，方便總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，做好事故預(yù)想。

4 結(jié)束語

新智能電源系統(tǒng)由于處于室內(nèi)環(huán)境，配有空調(diào)和抽濕機，可將所處溫度控制在22℃-25℃之間，濕度控制在50%-65%之間，使設(shè)備處在合適的工作環(huán)境，從根本上解決了外界環(huán)境對此控制系統(tǒng)的外在影響，尤其是在惡劣環(huán)境下，如：臺風(fēng)天氣，南方沿海的回南天天氣，通常濕度大于90%。

經(jīng)過此次電源優(yōu)化改造后，機組運行一段時間的觀察比較，蝶閥低壓工作電源狀態(tài)良好，并無以往類似故障再次發(fā)生，有效解決了上述問題，達到預(yù)期效果。另外該優(yōu)化改造方案經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場實際應(yīng)用驗證后得到認可，推理可適用于某廠其他類似控制系統(tǒng)，如輸灰系統(tǒng)，除鹽水等系統(tǒng)。同時也可以應(yīng)用在其他重要的熱工控制系統(tǒng)及控制設(shè)備的電力供應(yīng)，如DCS、DEH、ETS等系統(tǒng)，大大減少檢修維護量，維護費用等，達到一勞永逸的效果。