天然氣調壓站PLC控制系統改造

王 路

（福建晉江天然氣發電有限公司，福建晉江 362200）

0 引言

某電廠建有4套GE公司S109 FA型燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，通過燃料控制系統將天然氣與空氣混合燃料進行發電。天然氣經中海油LNG站送到天然氣調壓站系統。調壓站的主要作用是將LNG末站來的天然氣過濾、調壓后送至每臺機組，配置有1臺入口緊急切斷閥ESD、計量單元、4臺機組緊急切斷閥ESD、管線及控制系統PLC等設備，調壓站管路及緊急切斷閥布置如圖1所示。ESD是燃料緊急切斷閥，機組正常運行保持常開，只有緊急情況才關閉。該閥屬于氣動閥，從安全方面考慮，將氣動閥設計成得電、得氣開啟，失電、失氣關閉，可在特殊情況下緊急切斷燃料，保證安全。為防止誤動取消就地事故按鈕，現該閥還留有遠程、就地、遠程緊急按鈕三種操作方式[1]。

圖1 調壓站管路及緊急切斷閥布置圖

1 改造背景

天然氣調壓站控制系統是建廠初期產品，配備1套施耐德Modican PLC控制系統，系統采用Modicon（140-CPU 671 60）控制器，配置為DI、DO、AI、AO模塊，上位機畫面采用RS485通信協議與OVATION DCS通信實現數據監視。調壓站控制系統于2008年投入運行，迄今投運時間已經超過12年。PLC硬件老化系統不穩定。該類型PLC控制器等主要模塊已經停產，無法采購相關備件，檢修維護不便。

DCS對現場閥門采用硬接線控制，設計較為繁瑣，中間環節多，誤動風險大。并且PLC與DCS通信不穩定，時常出現遠程通信中斷等現象，影響調壓站系統的監視和操作。

2 現狀分析

2.1 PLC及ESD閥電源配置分析

原PLC及ESD閥電源布置如圖2[2]所示。ESD電源配置UPS不間斷電源供電，調壓站控制系統用戶少，蓄電池容量小，在交流電完全丟失后蓄電池可維持約1 h供電。UPS電源取自集控380 V PC A/B段，經雙電源切換裝置后供電。

圖2 PLC模塊電源布置

調壓站控制系統PLC電源雖然采用UPS供電，但從電源配置的安全方面考慮仍存在隱患：UPS上級電源未設置真正雙電源，而簡單采用電源切換模塊后單母線供電，且UPS輸入未設置交流電源失壓告警。當UPS上級電源AC 220 V母線或空氣空開QF1故障，未能及時發現處理，蓄電池耗盡，會造成UPS失電，導致PLC控制器失電，遠程失去控制、監視，ESD電磁閥因失電閥門關閉，切斷燃料量。

調壓站緊急切斷閥ESD電磁閥采用DC 24 V電壓供電，所有閥門的電磁閥電源均取自同一24 V母線，當24 V母線或電磁閥電源空開故障，會造成雙電磁閥同時失電，ESD閥關閉，切斷燃料。且電磁閥未設置失電告警，日常無法監視電磁閥帶電狀態。另外機組ESD電源與照明、空調、可燃氣體檢測及計量回路取自同一母線，亦為隱患。

2.2 ESD閥配置及氣源分析

為提高ESD閥可靠性，調壓站所有ESD閥均配置雙氣源、雙電磁閥。從實際的配置分析發現未能真正實現雙氣源、雙電源。兩路氣源均取自同一根儀用空氣母管，當控制氣源母管故障，會造成兩路氣源同時丟失，ESD閥失氣關閉，切斷燃料量。

3 技術改造

3.1 控制系統PLC升級改造

控制系統在保持原有功能不變的基礎上，對控制系統設備、網絡及軟件進行優化升級，升級成與DCS一致的OVATION專家級控制系統?？刂破鞑捎冒镜淖钚滦蚈CR1100型DPU，與機組共享Dell公司生產的當前主流的工控機，在完全翻譯現有控制系統軟件基礎上，進行二次開發，重新組態一套具有OVATION特色的上下位機軟件[3]。

控制室增加一個帶DPU的OVATION控制柜，原PLC柜拆除，保留需用的控制電纜。新控制柜就位后，電纜直接接至新增的OVATION機柜，根據I/O列表接線施工。操作系統和OVATION軟件無需更新，需對現有DCS畫面進行相應編譯調整優化，對調壓站數據庫點名和控制邏輯進行組態。監視畫面在1號機組上位機實現，其它機組通過映射也可進行監視，重要I/O信號加入歷史點，以便后續查詢趨勢。增加各ESD閥及安全切斷閥的閥位故障判斷邏輯，正確識別出閥門的實際狀態并進行相關報警。

升級后的OVATION控制柜電源為滿足25項反措中關于DCS系統電源的相關規定，從調壓站MCC控制柜雙電源切換裝置進線處分別引出調壓站DCS電源1和調壓站DCS電源2，接入新改造的“調壓站DCS控制柜”內給DCS控制系統單獨供電，實現DCS供電電源獨立冗余，如圖3所示。

圖3 新增DCS控制系統電源

3.2 調壓站PLC電源模塊技改

根據25項反措要求，嚴禁非分散系統用電設備接到分散控制系統的電源裝置上，因此需要將ESD閥供電電源單獨剝離出來。為真正實現PLC系統雙電源供電，需在原有電源配置基礎上增加兩路電源、一個UPS、一個整流器、一組蓄電池，實現雙電源、雙母線、雙空開。電源取自不同機組的不間斷電源系統及集控保安段，提高電源的可靠性。兩路電源分別從1、3號機組UPS取。另外在UPS電源輸入端分別裝設電源失壓告警繼電器KA1和KA2，可實時監視輸入電源供電情況，徹底消除調壓站PLC控制系統UPS失電的風險，如圖4所示。

圖4 PLC電源模塊技改

3.3 ESD閥電磁閥及氣源改造

由于ESD閥供電電源無冗余電源回路，電源可靠性低。為真正實現ESD閥雙電磁閥、雙氣源配置，在原有配置基礎上增加一路儀用氣，一條DC 24 V母線。電磁閥電源分別從DC1 24 V及DC2母線上取，實現ESD閥電磁閥1、2獨立供電，電磁閥1由氣源1供氣、電磁閥2由氣源2供氣，另外在電磁閥1、2處加裝失壓告警繼電器KA3、KA4，實時監視電磁閥帶電情況，發現故障電磁閥，徹底消除ESD閥失電、失氣風險，如圖5所示。

圖5 ESD閥雙電源、雙氣源技改

4 結語

調壓站PLC控制系統升級改造為Ovation專家控制系統，大大提高了系統的穩定性和經濟性。Ovation DCS控制系統采用更先進設計理念和更尖端的科技，相對PLC控制系統更加安全、可靠，自動化程度高，同時具有更強的歷史數據功能。晉江燃氣電廠1—4號機余熱鍋爐采用Ovation DCS系統，熱控維護人員及運行操作人員熟悉該系統，非常容易上手。

調壓站能否可靠工作，直接關系到機組可靠安全運行。通過技改供電系統硬件可靠性雖提高了，但日常的維護和運行操作仍需加強。日常維護應加強蓄電池性能監視，確保交流電源失效時蓄電池可維持供電不小于30 min。雙電源模塊應定期切換，保證可靠切換。運行方面應熟悉ESD閥就地操作，當電源模塊故障時可將ESD切至就地保持常開，并加強遠程及緊急按鈕的管理防止人為誤操作。調壓站系統屬于公用系統，一旦出問題將影響多臺甚至全廠機組的安全運行，在日常的設備維護和運行操作方面應做到萬無一失。