600MW機組循環水液壓蝶閥控制方式穩定性優化

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水泵，對凝汽器及閉式冷卻水進行冷卻，當任意一臺循環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。而循環水泵系統可能出現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。

【關鍵詞】液壓蝶閥；控制方式；電源失電；優化措施

中圖分類號： TM621 文獻標識碼： 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，兩臺機共用一座露天布置的循環水泵平臺，每臺機組配置兩臺循環水泵。其系統流程為：引水明渠（海水引入）→進水前池→循環水泵房→壓力供水管→凝結器→虹吸井→自流暗溝→排水口。

循環水系統配備有：循環水泵，液壓油站系統，液壓驅動出口蝶閥，旋轉濾網，二次濾網，電機軸承冷卻水升壓水泵，沖洗水泵，柵欄清污機等配套設備。在此套系統中，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，即循環水泵出口門。循環水的液壓油站電氣控制柜的安全穩定性對蝶閥控制來說尤為關鍵。

蝶閥控制柜露天布置，柜內包括380V油泵動力電源，220V電源、24V電源及PLC卡件布置在柜內。正常運行時380V動力電取自循環水MMC配電室，柜內PLC控制器的24V電源通過柜內的380V經過交直流電源轉換器轉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。二者之間經過一個切換裝置相互切換，當控制系統交流電源故障停電導致24V電源消失時，該切換裝置自動切至備用狀態的蓄電池方式，實現不間斷供電；當24V電源恢復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，在此區間能保持閥門電器控制的供電和蝶閥狀態的正常。

2 蝶閥控制方式及存在問題

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

開閥：由用戶DCS系統發出開發信號，液壓油經過開閥電磁閥（24伏）進入蝶閥腔室，閥門開啟至全開位。關閥：循環水泵停止同時，由用戶DCS系統發出停泵信號，液壓油經過關閥電磁閥（24伏）進而驅動閥門關閉至全關位，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，當系統壓力低于設定下限時，油泵聯啟，達到設定上限時，油泵聯停，使油壓穩在一定范圍內。

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

隨著#1、2機組運行的年限增加，加之海邊氣候環境多變，設備易腐蝕，已嚴重影響柜內24V電源轉換器的供電安全可靠性、供電電壓品質、蓄電池的使用壽命以及故障時蓄電池供電持久力。目前此柜內內部裝置元件較多，包括PLC，電源轉換裝置，切換裝置和蓄電池等；空間小，接線復雜，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，當液壓蝶閥開關閥出現故障時，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定運行。

3 控制改造方案策略

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

3.1 新智能電源系統組成

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

該系統內部模塊設計集成了均流控制電路，因此可以直接將2個電源并聯使用，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狀態，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，所以系統能短時間提供2倍額定電流輸出。

同時智能電源配有監控單元，液晶顯示屏，可實現實時檢測每個模塊的輸出電壓、輸出電流以及系統運行狀態等各項參數，當系統出現異常情況時可及時告警并顯示在液晶屏上，以便及時處理。

此電源系統還內置設有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，依然可以使系統正常工作一段時間，這就為維護人員去現場及時有效的查找并解決故障爭取了寶貴時間；二是當24V系統有部分回路出現異常短路狀況時，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 控制回路優化措施

根據優化改造方案，在用戶端將原有柜內直流電源轉換裝置，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，使回路簡單明了。

在供電端，新電源系統設計安裝在#1、2機循環水電子間內。每臺循環水泵對應加裝一套ZR-24V智能電源系統，兩臺泵獨立供電，保證供電可靠性。#1A循環水泵蝶閥電源系統的兩個直流模塊進線電源分別取自#1機循環水熱力配電柜上的220V空開3K和4K，#1B泵電源系統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。

優化改造后的24V電源通過三條4x1.0的硬線電纜從循環水電子間送至就地蝶閥控制柜里，供PLC卡件、開關電磁閥、壓力傳感器、接近開關等設備使用。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控制邏輯優化

ZR-24V智能電源裝置具有以下特點：

（1）實時在線監測，能實時顯示電壓，負載電流、模塊內部溫度、運行狀態等各項參數；

（2）提供聲光報警，顯示當前報警信息，查詢歷史報警內容，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，可實現自動均流工作方式，免去不必要設備，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水電子間內模件柜IMDSI14開關量輸入卡件上，引入DCS控制邏輯里，作為一個開關量報警信號，當系統出現故障報警時，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一欄中了解報警內容，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系統中，檢修維護人員可隨時查詢數據庫中的存儲的事故報警記錄等歷史數據，方便總結相關經驗，做好事故預想。

4 結束語

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

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