循環水泵液控蝶閥系統DCS改造

黃萬武

摘 要：通過對電廠循環水液控蝶閥PLC控制系統、油路的研究，以及經過DCS控制改造，有效地解決就地PLC及其他電氣設備故障率高的問題。通過對文章的分析，希望對相關工作提供參考。

關鍵詞：液控蝶閥；DCS控制；信號隔離

中圖分類號：TH318 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）07-0046-03

Abstract： Through the study of PLC control system and oil circuit of circulating water hydraulic butterfly valve in power plant， as well as the improvement of DCS control， the problems of high failure rate of local PLC and other electrical equipment are effectively solved. Through the analysis of the article， the author hopes to provide a reference for the work concerned.

Keywords： hydraulic butterfly valve； DCS control； signal isolation

引言

循環水系統是火電廠重要的輔機系統。由于液控蝶閥兼有截斷水流和止回閥兩種功能，閥門在關閉時具有二階段緩沖功能，有效防止由于突然停電或事故停泵時產生較大的水錘和壓力波動，保護水泵和系統管路。由此，全液壓控制蝶閥在火力發電廠得到廣泛的應用。但在由于液控蝶閥控制系統故障導致的機組跳閘事故也是不少的。

福建省福能鴻山熱電廠地處福建省泉州石獅市，一期2臺超臨界600MW燃煤發電機組采用東方汽輪機有限公司生產超臨界抽汽凝汽式汽輪機，循環冷卻水采用母管制循環冷卻水供水系統，使用海水作為循環冷卻水水源，配有4*75%容量循環水泵，出口液控蝶閥為鐵嶺閥門廠全液控止回蝶閥HD7Q42X-6ZN DN2200。整個控制系統采用PLC對液壓控制裝置進行控制。

1 出廠TWDIO PLC控制邏輯

1.1 預備動作

閥門接通電源，油泵自動啟動，蓄能器補壓蓄能，當壓力達到16MPa時，SP2動作，油泵停止，蓄能器補壓結束。

1.2 開閥

按下開閥按鈕，電磁閥YV1獲電動作，油泵啟動，壓力油進入油缸無桿腔，油缸帶動蝶板轉動，到達全開位置后，凸塊轉至接近開關SQ2，YV1失電復位，開閥結束。當蓄能器壓力達到16MPa時，SP2動作，油泵停止。利用油泵上節流調整手柄，可以得到預定的開啟速度，全開時間在35-120秒之間可調。

1.3 關閥

按下關閥按鈕，電磁閥YV2、YV3獲電動作，蓄能器的壓力油進入油缸的有桿腔，油缸帶動蝶板轉動，到達全關位置后，凸塊轉至接近開關SQ1，關閥結束。關閥分快關、慢關兩個階段。開始關閥為快關段，時間為3-20秒之間可調；然后為慢關段，時間為8-60秒之間可調。快、慢關切換角在10-30度之間可調（在油缸端部）。

1.4 補壓

為保證閥門的正常運行在全開和全關位置，當蓄能器的壓力低于14Mpa時，油泵啟動，給蓄能器補壓，當蓄能器的壓力達到16MPa時油泵停止，蓄能器補壓結束。為保證閥門在全開和全關位置工作可靠，當閥門在全開位置且無桿腔的壓力低于3MPa時，電磁鐵YV3、YV1得電動作，蓄能器的壓力油進入油缸無桿腔進行全開保壓。當閥門在全關位置且有桿腔的壓力低于3MPa時，電磁鐵YV3、YV2得電動作，蓄能器的壓力油進入有桿腔進行全關保壓。

1.5 手動操縱開、關閥門

本閥液壓站設有手動油泵當在故障狀態下或在無電源時，可用手動油泵對蓄能器進行補壓，利用手動操縱YV3、YV2及YV1完成閥門的開啟或關閉。

2 存在問題

由于液控蝶閥遠方、就地控制都得通過就地PLC控制器，PLC控制器無故障報警，可靠性差，一但故障會造成蝶閥無法操作，可能造成兩臺機組循環冷卻水倒流，嚴重危及雙機運行。蝶閥動力油路上控制電磁閥由一個整流器提供直流電源，整流器一但故障損壞，也會造成蝶閥無法操作，因沒有設計電源監視報警功能，不能及時發現故障。系統內壓力開關無遠方反饋，無法及時發現設備異常。

3 改進措施及成效

依照原廠供邏輯把邏輯做到DCS上來。就地保留PLC控制器，取消原控制器連鎖補壓和就地開門的功能，保留原有順控關門邏輯，減少可能存在的故障點。設計回路中遠方就地都設計軟硬兩套隔離，要求正常運行時候必須切遠方控制，遠方控制取隔離繼電器常閉節點，正常情況下不帶電，安全可靠運行。

3.1 改造后PLC箱柜硬件布置（如圖1）及新增通道說明：

（1）上排第一個為PLC控制器；（2）上排第二個為控制YV1的交流接觸器；（3）上排第三個為控制YV2的交流接觸器；（4）上排第四個為控制YV3的交流接觸器；（5）上排第五個為交流轉直流24V電源；（6）下排第一個為油泵電機熱偶保護器；（7）下排第二個為油泵電機交流接觸器；（8）下排第三個為交流220V電源切換接觸器；（9）下排第四個為蝶閥開到位反饋繼電器；（10）下排第五個為蝶閥關到位反饋繼電器；（11）下排第六個為YV2回路就地遠方隔離1P空氣開關；（12）下排第七個為YV3回路就地遠方隔離1P空氣開關；（13）下排第八個為就地遠方隔離直流24V繼電器；（14）下排第九個為就地遠方隔離拓展直流24V繼電器；（15）下排第十個為直流電源監視繼電器；（16）下排第十一個為PLC故障報警繼電器；（17）下排第十二個為隔離交流轉直流24V電源1P空氣開關；（18）下排第十三個為交流220V電源空氣開關；（19）下排第十四個為380V電機動力電源空氣開關。endprint

新增DCS通道DI通道：（1）蓄能器補壓停止SP1；（2）蓄能器補壓開始SP2；（3）開閥補壓SP3；（4）關閥補壓SP4；（5）油泵故障；（6）油溫過高；（7）泵站掉電；（8）直流電源失電。

新增DO通道：（1）油泵啟動；（2）開閥電磁閥YV1；（3）關閥電磁閥YV2；（4）換向閥YV3（原有遠方開關蝶閥信號，只需新增設2個通道）。

3.2 保留就地緊急關門操作

就地隔離YV2、YV3回路中設計了兩個1P空氣開關隔離，布置在箱柜從左向右數第一和第二個空開，如圖1。正常運行狀態下，這兩個空開必須分開狀態。只有在遠方操作不了關門，緊急情況下，運行人員控制面板上切就地，送上第一和第二個空開，面板上操作關門按鈕。蝶閥緊急關門。

3.3 電氣信號隔離

由于這次改造增加了另外一套獨立的控制系統，兩套系統邏輯判斷一致，這樣如果不完全隔離的情況下，容易引起誤動的情況。就地遠方同時增設軟硬兩套隔離措施，確保信號完全隔離到位，如圖下排第三和第四個繼電器，在控制面板切換到就地的時候，這兩個繼電器同時帶電，切換到遠方的情況下，這兩個繼電器失電。

3.3.1 就地隔離措施

（1）輸入PLC信號串入切換開關就地節點。

（2）PLC輸出控制回路信號中，串入上面所說的兩個繼電器的常開節點，在串入之前提到的兩個隔離空開，這樣在切遠方的情況下，就地的220V電源是絕不會輸出去控制電磁閥。

3.3.2 遠方隔離措施

（1）遠方增設就地遠方兩個開關量節點，同時更改畫面面板，在面板上顯示蝶閥就地遠方狀態，在DCS中所有連鎖邏輯中都與上遠方信號，只有在遠方狀態下，DCS邏輯才進行邏輯判斷。

（2）在DCS通道輸出到電磁閥的硬回路中，串入上面所說的兩個繼電器的常閉節點，這樣在就地操作的情況下，DCS的220V電源也是絕不會輸出控制電磁閥。

3.4 邏輯優化

原先蝶閥有自帶兩套開閥和關閥補壓的邏輯，是用來在開關門和正常運行中，開關回路油壓低于3MPa時候，自動補壓，確保開關回路油壓，使閥門開關到位的功能。在開關閥補壓的時候是取蓄能器油壓，直接動作開關電磁閥。而原先的PLC邏輯中拿開閥補壓來說，是這么做的，開到位信號，沒有關到位信號，沒有開關指令，開回路油壓低的情況下，動作YV1和YV3電磁閥，開回路補壓。關回路補壓是邏輯也是同理反過來這么做的。這根據我們廠的實際情況，和之前運行中出現過的反饋裝置的缺陷，存在一個很大的安全隱患。如果正常運行時，此蝶閥是關著的，那開回路油壓肯定是低于3MPa的，開關閥指令也是肯定沒有的，根據投產以來的經驗，在下雨天及潮濕天氣，由于絕緣不好和進水等原因，開關閥反饋出現過多次不正確或者丟失的情況，這個時候，在實際關門的情況下，很可能就會滿足了開回路補壓的邏輯條件，動作YV1和YV3電磁閥，門一下就打開了，在這種情況下，也是嚴重影響機組安全。開著的蝶閥也同理存在動作關門的情況。

改造方案：在開回路補壓邏輯中多增加一條判斷，閥門模擬量反饋大于70，這樣更加真實的反應閥門狀態，不會錯誤動作開回路補壓邏輯，關回路補壓邏輯多增加一條，閥門模擬量反饋低于30，這樣不會錯誤動作關回路補壓邏輯。

3.5 報警設置

（1）針對就地遠方信號的重要性，增設了汽機二級報警，就地遠方信號都失去或者都來的情況下，不論是卡件通道壞還是就地切換開關故障，報警都及時響起，通知運行人員聯系熱控人員處理。

（2）增設PLC故障自報警邏輯，一旦PLC故障，報警信號直接送到DCS，增設DCS汽機二級報警循泵房液控蝶閥PLC故障。

（3）控制蝶閥動作的三個直流電磁閥電源是有如圖1所示的交流轉直流24V電源提供的，原先此電源不具備報警功能，循泵房環境惡劣，一旦下雨天腐蝕的情況，直流電源損壞，蝶閥也處于失控狀態，嚴重影響機組安全。增設此直流輸出24V電源監視，一旦電源失電，報警繼電器動作，信號直接送DCS，增設汽機二級報警。

（4）原先作為邏輯連鎖的SP1、SP2、SP3、SP4壓力開關，都不具備監視功能，如果運行中開關損壞，或者信號線松脫，壓力開關無法正常連鎖，會造成回路油壓低，系統油壓低等不安全現象。此4個壓力開關都引入到DCS上來監視，且在畫面中做了SP1開關低于14MPa延時報警油壓低的功能，及時監測開關狀態。

3.6 DCS邏輯

DCS邏輯如表1所示。

4 結束語

福建省鴻山熱電廠循環水液控蝶閥控制系統經過這次的改造，實現了故障的可控在控，經過一年半的實踐證明，液控蝶閥DCS改造是成功的，真正的保障了機組的安全穩定運行，對同類機組具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]鐵嶺閥門廠.全液控止回蝶閥HD7Q42X-6ZN DN2200使用說明書[Z].2010.

[2]FOXBORO.IA系統說明書[Z].2011.

[3]王靜明.600MW循環水泵液控蝶閥的使用和改進[J].廣東電力，2005（02）.endprint