空壓機組和柴油消防泵組控制回路改造

桂 華，張定宇

(淮浙電力鳳臺發(fā)電分公司，安徽 淮南 232131)

0 引言

火力發(fā)電廠的空壓機控制系統(tǒng)是全廠輔機系統(tǒng)的重要組成部分，其產(chǎn)生的壓縮空氣為廠用氣動執(zhí)行機構(gòu)提供動力氣源，空壓機控制系統(tǒng)的安全、可靠運行是保證電廠安全、高效運行必需的環(huán)節(jié)。

1 概況

某廠空壓機系統(tǒng)配有5 臺進口品牌噴油螺桿式空氣壓縮機，正常運行時“三用二備”。其啟動及加/卸載控制設(shè)計和相關(guān)聯(lián)鎖由就地PLC 控制實現(xiàn)，就地繼電器多，控制回路復雜，經(jīng)常發(fā)生不明原因跳閘，難以判斷跳閘原因，嚴重影響機組安全運行。為了保證主廠房空壓機系統(tǒng)可靠性，提高機組安全運行水平，擬對空壓機啟動及加/卸載控制進行改造，由DCS 實現(xiàn)自動控制和相關(guān)保護。

柴油消防泵組的柴油發(fā)動機為進口產(chǎn)品，原啟停控制系統(tǒng)為國內(nèi)泵的廠家配套提供，設(shè)計較為繁瑣，其中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導致柴油消防泵出現(xiàn)故障，無法正常啟動。機組投產(chǎn)以來，因控制系統(tǒng)故障導致的缺陷有10 余次，缺陷出現(xiàn)后，因廠家自帶PLC“黑匣子”，故障原因很難查清，基本都需聯(lián)系廠家人員現(xiàn)場檢查消缺，缺陷難以在短期內(nèi)消除，極大影響了消防水系統(tǒng)的運行安全。

為此，該廠熱控專業(yè)成立技術(shù)攻關(guān)小組對以上控制回路進行改造。

2 空壓機組控制回路改造

2.1 取消空壓機就地PLC

將溫度、壓力、電磁閥控制、高壓6 kV 電機

啟停等相關(guān)信號全部納入DCS 進行控制，就地只保留緊急停機按鈕及電源故障指示燈。

2.2 保留380 V 電源

由于電機冷卻風機為380 VAC，啟動及加/卸載電磁閥為110 VAC，就地380 VAC 電源、控制變壓器、風機控制二次回路仍需保留。

2.3 改造后DCS I/O 清單

把高、低壓側(cè)油過濾器壓力、排氣母管壓力、排氣溫度、噴油溫度等原進入就地PLC 的信號，全部改造為通用國產(chǎn)變送器，送往DCS。同時把電氣相關(guān)開關(guān)量信號引入DCS，真正實現(xiàn)了空壓機的遠程監(jiān)控和相關(guān)報警，以及加載時間、總運行時間的累計顯示功能。

2.4 改造到DCS 中的邏輯

2.4.1 空壓機

(1) 手動啟停：運行人員手動啟停。

(2) 聯(lián)鎖啟：投備用后，有運行空壓機跳閘。

(3) 聯(lián)鎖停：主電機過載(高壓側(cè)電氣異常)；T1排氣溫度高于113 ℃；干側(cè)(T2)排氣溫度高于113 ℃；油壓力過低：P3-1/2×P1＜1PSI(0.007 MPa)，延時30 s。

2.4.2 冷卻風機

(1) 聯(lián)鎖啟：空壓機電機運行。

(2) 聯(lián)鎖停：空壓機電機停止，延時60 s。

2.4.3 啟動電磁閥YV1

(1) 聯(lián)鎖開：空壓機電機啟動指令來，6 s 脈沖；加/卸載電磁閥YV2。

(2) 聯(lián)鎖開：空壓機運行時，當P2 (母管壓力)小于0.7 MPa。

(3) 聯(lián)鎖關(guān)：空壓機運行時，當P2 (母管壓力)大于0.76 MPa。

其中每臺空壓機的加/卸載壓力可由運行人員根據(jù)各空壓機的加載累計時間設(shè)定，避免出現(xiàn)某臺空壓機頻繁加載，而其他空壓機空載過多的現(xiàn)象。

2.5 增加的DCS 大屏報警

油氣分離器阻塞報警(P1-P2 大于0.07 MPa)；油過濾器阻塞報警(P4-P3 大于0.07 MPa)；空氣過濾器阻塞報警；水壓壓力不正常，低于0.07 MPa；風扇電機過載；低壓側(cè)電源異常；緊急停機按鈕動作；空壓機運行時，P1 大于0.93 MPa (排氣壓力高)；空壓機運行時，P1 小于0.2 MPa (排氣壓力低)；空壓機備用時，P1 大于0.2 Pa (排氣壓力高)；T1 排氣溫度高于107 ℃；干側(cè)(T2)排氣溫度高于107 ℃；累計運行時間超過8 000 h；累計加、卸載時間。

2.6 改造難點和經(jīng)濟效益

改造難點首先是要對工藝流程進行梳理，通過各專業(yè)在一起的摸索、探討，形成了最終的邏輯控制方案；其次，現(xiàn)場取消PLC 后，回路改造也較為繁瑣，需仔細核對圖紙，保證原有的功能一個不少，控制更加安全可靠。

經(jīng)過本次改造，粗略估計，單臺節(jié)省備件費用約2 萬元/年，避免誤跳次數(shù)約3 ～5 次/年。5臺空壓機全部改為DCS 控制后，整個系統(tǒng)壓縮空氣壓力真正實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，每臺空壓機加/卸載時間在DCS 可控，從而保證了空壓系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行。

3 柴油消防泵組控制回路改造

柴油消防泵為某廠消防系統(tǒng)后備設(shè)備，當電動消防泵故障或交流動力電失去，消防管網(wǎng)壓力低(低于0.4 MPa)時，會聯(lián)鎖啟動，保證消防水系統(tǒng)正常投入。正常情況下，運行人員定期對其試驗啟停。柴油消防泵組為國內(nèi)某泵業(yè)公司配套提供，柴油發(fā)動機為VOLVO TAD1242VE 型進口發(fā)動機，水泵及控制系統(tǒng)由泵業(yè)公司配套，其控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 柴油消防泵控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)

遠程柜可實現(xiàn)柴油機的就地/聯(lián)鎖啟動，采集柴油機的轉(zhuǎn)速、油溫、油位、蓄電池電壓等信號，通過硬接線與就地柜相連；就地控制柜可實現(xiàn)柴油機的遠程/就地啟動，接受遠程柜的遠控指令，并下發(fā)至柴油機控制器，以及控制蓄電池組的充電；柴油機控制器直接與柴油機通過CAN 通信相連，是實現(xiàn)啟停柴油機的最終環(huán)節(jié)，并送出柴油機故障、油壓、超速等報警信號，供遠程柜指示及連鎖，同時沃爾沃(VOLVO)廠家可通過通信調(diào)出柴油機的相關(guān)參數(shù)進行維護。

改造具體方案如下。

3.1 傳感器替換

將原消防水泵廠家為柴油機另配的傳感器替換為新購置的傳感器，并通過二次表(安裝在新增就地控制柜上，4～20 mA 輸出)全部接入化控DCS系統(tǒng)，同時接入的還有柴油機啟停狀態(tài)、相關(guān)故障等等，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和啟動。

3.2 控制柜新增

新增就地控制柜，保留就地啟停、故障復位、緊急停機按鈕以及油位、油壓、油溫、水溫、轉(zhuǎn)速的就地顯示，保留消防水壓力低低電接點壓力表的硬接線聯(lián)鎖啟動功能。原水泵廠家配供的就地PLC 控制柜(黑匣子)功能全部取消，全部移至化控DCS 控制系統(tǒng)中，由組態(tài)實現(xiàn)。

3.3 保留柴油機機前柜

與沃爾沃(VOLVO)發(fā)動機通信的控制器(科邁InteliDrive Lite ID-FLX-LITEComAp)保留，柜內(nèi)水泵廠家配供的控制板功能取消。

3.4 蓄電池組改造

已由電氣專業(yè)改造完畢，自動充電，不再由泵的控制系統(tǒng)控制其充電功能。兩個蓄電池組的電壓信號由電氣專業(yè)提供電壓變送器，送至化控畫面遠程監(jiān)視及報警。

3.5 改造后化控DCS I/O 清單

把啟停指令以及柴油機已啟動、啟動失敗等電氣開關(guān)量信號引入DCS，同時把油溫、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫、油位、蓄電池組電壓等原進入就地PLC的信號，全部改造為通用國產(chǎn)變送器，送往DCS系統(tǒng)。真正實現(xiàn)了柴油消防泵組的遠程監(jiān)控和相關(guān)報警功能。

3.6 改造后的控制方式

(1) 就地啟停：就地柜旋鈕切至就地模式，通過操作柜上啟、停按鈕實現(xiàn)柴油泵組的就地啟停。

(2) 電接點表啟停模式：就地柜旋鈕切至遠程模式，電接點表接點導通后，使就地柜內(nèi)繼電器3KM，KT1，KT2 閉合，以上繼電器均為自保持，KT1，KT2 為延時繼電器，分別實現(xiàn)柴油機的空載啟動和怠速停機功能。3KM 接點閉合后，科邁控制器BI1 遠程啟動接點接通，喚醒柴油機內(nèi)ECU 模塊，同時啟動馬達帶電，柴油機啟動。柴油機正常運行后，再通過延時繼電器KT1 回路輸出延時導通接點至水泵離合器嚙合電磁閥，水泵啟動。當需停運柴油機時，可切至就地停運，也可化控遠程停運。停運時，通過KT2 的延時斷接點，使水泵嚙合電磁閥延時失電，柴油機先降速，防止出現(xiàn)甩負荷瞬間柴油機超速跳閘而不能正常怠速停機的現(xiàn)象。

(3) 化控操作員站遠方啟停模式：就地柜旋鈕切至遠程模式，化控輸出啟停指令至就地柜，余下步驟和(2)相同。

(4) 化控操作員站聯(lián)鎖啟動模式：就地柜旋鈕切至遠程模式，操作員站畫面聯(lián)鎖按鈕投入，當消防水母管壓力低于0.42 MPa (化控畫面原有模擬量變送器，先于電接點動作值)時，聯(lián)鎖啟動柴油消防泵組。

改造后，既保留了就地電接點啟動的功能，可實現(xiàn)化控DCS 失電等極端故障條件下的柴油消防泵組的正常啟動，同時增加了遠程操作員站的聯(lián)鎖啟動，提高了消防水壓力低時消防泵組聯(lián)鎖啟動的可靠性。

3.7 新增化控DCS 邏輯與報警

3.7.1 邏輯

(1) 柴油消防泵啟動允許(以下相與）：在遠方位，無綜合故障，無閉鎖信號(閉鎖信號為邏輯判斷，10 分鐘內(nèi)3 次啟動失敗)。

(2) 柴油消防泵停止允許：在遠方位。

(3) 柴油消防泵自動啟動：聯(lián)鎖投入時，消防水母管壓力低于0.42 MPa，延時2 s，自動啟動。

(4) 柴油消防泵自動停止(以下相或)：轉(zhuǎn)速大于1 620 r/min，延時1 s；冷卻水溫大于97 ℃，延時1 s；柴油機油壓小于0.25 MPa，延時2 s。

3.7.2 報警

(1) 1/2 號蓄電池電壓低：1/2 號蓄電池電壓任一小于22 VDC，報蓄電池電壓低。

(2) 柴油機轉(zhuǎn)速高：柴油機轉(zhuǎn)速高于1 600 r/min或就地硬接線來。

(3) 柴油消防泵油位低：油位低于0.2 m。

(4) 柴油消防泵油壓低：油壓低于0.30 MPa 或就地硬接線來。

(5) 柴油消防泵冷卻水溫度高：水溫大于90 ℃。

(6) 柴油消防泵控制電源異常：就地硬接線來。

(7) 柴油機啟動失敗：就地硬接線來。

(8) 柴油機已啟動。

4 結(jié)論

將空壓機組、柴油消防泵組改為主機DCS、化控DCS 控制后，簡化了就地繁瑣的控制回路。通過一年時間的運行實踐可知，改造大大減少了空壓機組及柴油消防泵組異常故障次數(shù)，提高了主要輔機熱工控制的可靠性，有利于壓縮空氣及消防水系統(tǒng)運行的安全性，提高了火電機組運行可靠性；也減少了備件消耗，提高了經(jīng)濟性。通過技術(shù)攻關(guān)把邏輯組態(tài)做到了上位機的控制系統(tǒng)里，不再受制于廠家“黑匣子”，完全做到了“自主可控”。對于進口設(shè)備的控制，是較為成功的嘗試。