國華臺電600MW 機組撈渣機控制系統改造與應用

丁 博

(廣東國華粵電臺山發電有限公司，廣東 臺山529228)

0 引言

臺山電廠機組撈渣機經過15 年的運行，控制系統設備逐漸老化，部分元器件甚至停產，導致設備故障頻繁，維護困難。國內外許多電廠輔機控制系統在原PLC 就地控制設備老化的情況下，將其改造為DCS 控制，方便簡單，易于維護，運行穩定。臺山電廠在機組大修時，將撈渣機控制系統改造為DCS 控制，改造后的控制系統運行穩定可靠，運行人員操作簡易，檢修人員維護方便。

1 撈渣機系統概況

臺山電廠撈渣機為英國克萊德公司提供的埋刮板撈渣機；正常排渣量為4.91 t/h，異常工況時最大可帶20 t/h；控制系統采用AB 公司的SLC500 系列PLC 就地控制，通過通訊模塊與DCS 通訊提供到OT的報警信息。該套系統對撈渣機本體的啟停、調速及所有配套的閥門進行控制，并且儲存有大量邏輯，實現各種保護條件的動作。控制系統內部多用開關量作為撈渣機運行控制策略，運行人員無法監測實時數據，不能判斷撈渣機運行狀況，在出現異常工況時也難以提前預控和實時干預，不利于運行安全。

近幾年曾多次出現過撈渣機異常跳閘及轉速調節異常、油壓波動、轉速與渣量不匹配，排渣情況不佳引起鍋爐降負荷的現象。由于控制系統是AB 公司封裝的“黑匣子”結構，造成對系統缺乏深入的了解，出現故障時分析起來非常困難。長期運行后，原系統中的很多配套設備已經停用但未拆除，但是這些設備老化故障觸發的報警依然會對控制系統造成影響，控制系統故障次數呈逐步增高趨勢，近五年故障次數為4 次/年；而且 AB LOGIX500 系列 PLC 已停產，面臨著撈渣機PLC 卡件損壞后無備件可換的情況。

撈渣機一旦故障停運必須爭分奪秒排除故障，否則鍋爐將限負荷運行，嚴重時將被迫停爐停機，因此有必要對撈渣機控制系統進行改造，降低故障次數，提高機組安全運行系數。

2 控制系統改造

撈渣機改造后運行原理是通過接觸器控制撈渣機液壓驅動油泵電機運行，建立油壓；同時通過比例控制模塊輸出信號給電液伺服閥，控制油管路進油量，來驅動撈渣機頭部行星齒輪，帶動鏈條運行，設備運行。

此次改造，硬件部分是去除就地的PLC 控制系統，保留原來的控制接觸器、電流/電壓轉換模塊、比例控制模塊、 油泵比例調節閥等電氣元件和動力電纜，重新敷設就地設備至DCS 控制電纜。按照新要求，在DCS 上組態撈渣機控制邏輯，實現撈渣機系統的DCS 控制。

2.1 供電電源改造

原供電電源取自380 V 動力柜供電至就地配電柜，變壓后作為控制系統電源，和電機等設備公用一個電源。改造時，考慮供電可靠性，選自電子間鍋爐配電柜UPS 220 V 直接供電給控制系統，保證供電安全。所有控制系統用電全部來自UPS，原有的供電系統拆除。

2.2 液壓驅動及啟停控制改造

原有的驅動系統是通過PLC 繼電器回路控制主油泵、冷卻風扇等電機的接觸器閉合。

改造后，撈渣機液壓驅動主油泵、鏈條張緊油泵和冷卻風扇使用原有380 V 動力電源回路供電，啟動指令通過DCS 指令繼電器接入電機控制接觸器輔助觸點C1 和C2，接觸器閉合，動力回路導通，從而使驅動油站液壓油泵和冷卻風扇的電機運行。

撈渣機驅動油站啟動指令宜采用短指令，長指令會增加DCS 負荷率；啟動指令可以通過主油泵接觸器的常開觸點C1，搭設啟動自閉合保持回路，使指令一直寄存，保持閉鎖；然后再串入停止指令，形成驅動系統啟停回路，如圖2 所示。

圖1 主設備控制原理

圖2 指令自閉和控制原理

2.3 轉速自動控制優化

原來撈渣機轉速采用就地PLC 控制，速度控制時根據撈渣機渣量多少，運行人員人工判斷，手動增加轉速進行控制，自動化水平較低。改造后，通過分析及優化相關控制邏輯，實現了撈渣機運行全程控，如圖3 所示。

改造后，撈渣機鏈條速度可以實現自動控制。撈渣機預設給定正常運行速度為1.6 cm/s，再比較實際反饋速度與給定值的差值，送入PID 控制器，使DCS卡件輸出4 ～20 mA 電流到就地控制柜的Parker 電流/電壓轉換模塊，轉換模塊輸出0 ～10 V 到比例控制模塊，比例控制模塊再控制液壓驅動油泵的比例調節閥，進而控制液壓驅動馬達進油量以達到調速的效果。在檢測到主油泵啟動信號前，DCS 應始終送出4 mA 信號。在特殊工況時，可解開自動調節狀態，通過操作員站手動增減速度，如圖4 所示。

改造后，啟動時無需在就地通過電位計來緩慢調節撈渣機速度，只需要在操作員站遠方增加轉速指令，變速調節，如圖5 所示。

圖4 撈渣機鏈條轉速控制原理圖

圖5 電流/電壓轉換模塊功能圖

2.4 撈渣機保護取消與增加情況

(1)由于液壓驅動油站油壓開關不能實時監測油壓，不利于判斷油泵運行情況，所以需要增加驅動油壓變送器，在邏輯里增加≥10 MPa 時報警信號，有利于運行人員做出判斷。

(2)由于采用了DCS 控制撈渣機轉速，在DCS 畫面可以實時監測轉速，鏈條斷鏈報警開關失去了存在意義。改造后，取消鏈條斷鏈報警開關，在邏輯里增加轉速低報警，當轉速低于0.2 cm/s 時報警。

(3)原有的溫度開關控制液壓驅動油站冷卻風扇啟停，不能實時反映油箱溫度，不利于運行人員判斷就地工況。在油箱原位置將溫度開關更換為熱電阻，在邏輯中增加液壓油箱油溫≥45 ℃時啟動冷卻風扇運行，≤40 ℃時停止冷卻風扇運行的邏輯判斷。

(4)液壓油站的油箱油位低和低低報警保留，仍舊通過液位開關送至DCS，作為報警和油泵跳閘的條件。

(5) 將UPS 來的220 V 供電通過就地控制柜上的急停按鈕，作為就地撈渣機緊急停機按鈕，以此作為撈渣機急停控制。

3 改造效果分析

將PLC 控制改為DCS 控制后，徹底解決故障率較高、設備老化等問題，系統故障次數由原來的4 次/年(近5 年)降到0 次，提高了系統運行穩定性。

運行人員可以在DCS 上實時看到撈渣機運行所有數據，更好做出判斷和預控，更可以全程控撈渣機啟停和轉速調節，省去了原來經常到就地調節，提高了自動化水平還降低了手動調節時誤動的風險。日常運行油壓保持平穩，轉速還可以根據渣量進行自動調節，滿足《火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程 DL/T657—2015》的要求。

4 結語

撈渣機由就地PLC 控制改為DCS 控制后，取得了成功，自動化水平得到提高，重要輔機可靠性和機組安全性得到了提升。該項目的改造成功，使600MW機組的撈渣機控制策略得到較大的發展，也為其他電廠的輔機就地PLC 改為DCS 控制提供了借鑒。