350MW機組循環(huán)泵出口蝶閥控制DCS改造

1、350MW機組循環(huán)泵出口蝶閥控制DCS改造0 前言設備的控制系統(tǒng)大致經(jīng)歷了直接繼電器控制、PLC控制和DCS控制三個階段。直接的繼電器回路控制系統(tǒng)是一種較古老的控制方式，其控制系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性與安全性已不能適應現(xiàn)在高速發(fā)展的科學技術(shù)。一個發(fā)電企業(yè)，特別是具有較高DCS控制系統(tǒng)的發(fā)電廠，其各個設備的高可靠性運行與安全運行都是非常重要的。因此對電廠重要輔機中控制系統(tǒng)較低的設備有必要對其進行升級改造，使其能滿足整個電廠的安全運行。 1 概述 某廠共有 12臺循環(huán)水泵。從2000年機組開始投入商業(yè)運行以來，因循環(huán)泵出口閥控制不可靠多次出現(xiàn)循環(huán)泵和出口蝶閥啟停不正常，影響機組凝汽器真空甚至跳機，嚴重

2、影響機組的安全穩(wěn)定運行，因此循環(huán)泵出口蝶閥控制系統(tǒng)的改造勢在必行。循環(huán)水泵及液控蝶閥控制邏輯如下：1.1循環(huán)泵工作原理（具體見接線圖）:手動啟泵：將立盤上控制開關(guān)打到手動啟動位，控制開關(guān)相應接點接通、信號回路送至6KV 開關(guān)柜，觸發(fā)6KV 開關(guān)柜內(nèi)啟動繼電器帶電，循環(huán)水泵啟動，同時立盤上運行指示等亮，循環(huán)泵啟動后，啟動回路復位。手動停泵：將立盤上控制開關(guān)打到手動停止位，控制開關(guān)相應接點閉合、信號回路送至6KV 開關(guān)柜，觸發(fā)6KV 開關(guān)柜內(nèi)跳閘繼電器帶電，循環(huán)水泵停運，同時立盤上停止指示等亮。事故緊停：按下就地事故按鈕，信號回路送至6KV 開關(guān)柜，觸發(fā)6KV 開關(guān)柜內(nèi)跳閘繼電器帶電，循環(huán)水泵停運

3、，同時立盤上停止指示等亮。兩臺泵的聯(lián)鎖：當一臺循環(huán)泵正常啟動后，在立盤上將另一臺循環(huán)泵的控制開關(guān)選擇在預選位、聯(lián)鎖開關(guān)選擇在聯(lián)鎖位，此時重動繼電器回路具備啟動條件，當運行中循環(huán)泵運行信號消失，重動繼電器回路接通，在聯(lián)鎖位循環(huán)泵啟動繼電器帶電 ，備用循環(huán)泵啟動。同時，立盤事故報警啟動。泵閥聯(lián)鎖：將液控止回閥的單動/聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2打到聯(lián)動位，循環(huán)泵啟動后，6KV開關(guān)合閘，其輔助常開觸點VKF接通，這樣時間繼電器KT2延時5S，其常開點接通，使得中間繼電器KA1、KA2帶電，電磁閥YV1、YV2帶電，止回閥開啟；同樣，在水泵停泵時，6KV開關(guān)跳閘，其輔助常閉觸點VKF接通，使得中間繼電器KA3得

4、電，KA3的兩個常閉觸點斷開分別使中間繼電器KA1、KA2失電，電磁閥YV1、YV2失電，關(guān)閉液控止回閥，這樣就實現(xiàn)了水泵與閥門的聯(lián)鎖。閥關(guān)聯(lián)鎖跳循環(huán)泵：將液控止回閥的單動/聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2打到聯(lián)動位，當閥門關(guān)到70度時，位置開關(guān)SQ4動作，其常開結(jié)點閉合，接通循環(huán)泵跳閘聯(lián)鎖回路，循環(huán)泵跳閘；1.2循環(huán)泵出口液控蝶閥 循環(huán)泵出口閥采用液控的方式，以較大的動作力矩和較快的動作時間實現(xiàn)對大管徑管路的關(guān)斷，可以按一定的關(guān)系實現(xiàn)與泵的聯(lián)鎖，能很好地減輕泵啟、停過程中的水錘現(xiàn)象，對泵起到保護的作用。液控蝶閥的工作原理：油泵電機啟動，壓力油經(jīng)單向閥流向系統(tǒng)，電磁閥YV1、YV2失電，閥門關(guān)閉。打開截止閥

5、，油泵向蓄能器供油。當壓力升至17Mpa時 ，壓力控制器9發(fā)出信號，電機停轉(zhuǎn)；當系統(tǒng)壓力降至13MPa時，壓力控制器發(fā)出信號，油泵啟動，補壓至17MPa停泵，油泵補充蓄能器損失的壓力油，蓄能器作為壓力油源，電磁閥YV1、YV2同時得電，壓力油使插裝閥關(guān)，壓力油進入無桿腔，推動活塞桿伸出去開啟蝶閥，有桿腔油經(jīng)節(jié)流閥，電磁閥流回油箱。調(diào)整節(jié)流閥可調(diào)開閥時間。閥門打開后，液壓系統(tǒng)蓄能器保壓，壓力上限值為17MPa，當油壓降到13MPa時，壓力控制器發(fā)出信號啟油泵，補到17MPa后停泵。閥門關(guān)閉時，同樣方法實現(xiàn)保壓。閥動作過程中，如電磁閥YV1得電，YV2失電，閥門即停在任意位置。當YV1、YV2電磁

6、閥失電，壓力油經(jīng)插裝閥、單向閥到油缸有桿腔，無桿腔回油經(jīng)尾部快關(guān)調(diào)速閥、插裝閥流回油箱，實現(xiàn)快關(guān)，調(diào)快關(guān)調(diào)速閥可得到不同的快關(guān)時間；閥關(guān)至一定角度，無桿腔油經(jīng)慢關(guān)調(diào)速閥回油，調(diào)節(jié)慢關(guān)調(diào)速閥可得到不同慢關(guān)時間。不同的快、慢關(guān)切換角度可通過調(diào)缸尾部的調(diào)節(jié)閥得到。 液控蝶閥控制邏輯 液控蝶閥控制分為單動和連鎖兩種控制方式單動開、關(guān)閥過程：單動開閥：單動/聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2置單動位，操作開按鈕SB3，KA1、KA2得電且自保持，YV1、YV2得電，閥門開啟，開至15角時，行程撞塊壓下行程開關(guān)SQ1，SQ1開關(guān)動作，中間繼電器KA1失電，電磁閥YV2失電，閥門暫停；行程開關(guān)SQ1壓下同時KT1得電延時2

7、S，2S后，KA1，YV2得電，閥門繼續(xù)開啟至全開位置，開限位開關(guān)SQ2動作，就地全開指示燈HL3亮，同時中間繼電器KA5得電，送出遠方開到位指示燈。單動關(guān)閥：操作關(guān)閥按鈕SB1，中間繼電器KA1、KA2失電，電磁閥YV1、YV2失電，閥門關(guān)閉；全關(guān)時，行程撞塊壓下行程開關(guān)SQ3，SQ3開關(guān)動作，就地全關(guān)指示燈HL2亮，同時中間繼電器KA4得電，送出遠方關(guān)到位指示燈停閥：在開關(guān)閥過程中，操作停閥按鈕SB2，中間繼電器KA1失電，KA2得電，電 磁閥YV1得電，YV2失電，閥門停止（此功能只在調(diào)試、檢修時用）。聯(lián)動開、關(guān)閥聯(lián)動開閥：將萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2置聯(lián)鎖位置，循環(huán)泵啟動后，循環(huán)泵輔助觸點VK

8、F接通，時間繼電器KT2延時，中間繼電器KA1、KA2得電，電磁閥YVQ、YV2得電，閥門開啟，其工作過程與單動一樣。聯(lián)動關(guān)閥：正常停運循環(huán)泵時，當循環(huán)泵運行信號消失時，中間繼電器KA1、KA2得電，電磁閥YVQ、YV2失電，閥門正常關(guān)閉。自動補油：電源開關(guān)SA3閉合，電源指示HL5亮，接通油泵開關(guān)SA1。如油壓低于13MPa，則泵啟動。油泵運行指示燈HL4亮，系統(tǒng)補油。補至17MPa，壓力控制器觸點SP打開，KM失電，停泵。1.3液控蝶閥啟停與循環(huán)泵啟停的相關(guān)邏輯見表1。表1條件控制邏輯循環(huán)泵停運，蝶閥聯(lián)鎖開關(guān)投入循環(huán)泵啟動聯(lián)鎖開啟蝶閥循環(huán)泵運行，蝶閥聯(lián)鎖開關(guān)投入循環(huán)泵停運聯(lián)鎖關(guān)閉蝶閥循環(huán)泵

9、運行，蝶閥聯(lián)鎖開關(guān)投入蝶閥關(guān)至75°聯(lián)跳循環(huán)泵循環(huán)泵停運，蝶閥聯(lián)鎖開關(guān)未投入蝶閥可單動操作系統(tǒng)存在的主要問題有： 繼電器硬觸點易老化、松動，經(jīng)常出現(xiàn)觸點接觸不良而導致控制系統(tǒng)故障。由于硬接線較多，故障查找困難。 原系統(tǒng)交直流兩路供電切換不可靠，交流失去時，直流回路不能及時可靠投入運行。 一次元件測量不準，運行不可靠，如原系統(tǒng)油泵啟停采用國產(chǎn)壓力開關(guān)來控制，經(jīng)常導致蝶閥開、關(guān)不正常。 控制邏輯不完善。原設計循環(huán)泵運行時，當?shù)y關(guān)至75°時，連跳循環(huán)泵邏輯中對電源監(jiān)視點選擇不合理。2 DCS改造2.1 改造方案論證 考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定與完善，因此對循環(huán)泵一并納入改造計劃。 某廠機

10、組采用西門子T-XP DCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有先進的組態(tài)功能與強大的接入功能，采用西門子的標準配置，通過在循環(huán)泵房增設一面機柜，安裝遠程I/O模件，（西門子SIM模件）通過通訊模件經(jīng)通訊電纜遠傳至DCS的電子間，（因泵房與電子間距離較遠，約700米，故這段距離通過光纜傳輸）與DCS的AP相連。循環(huán)泵6KV開關(guān)柜安裝于汽機房，與其它可操作的6KV開關(guān)一樣，留有和DCS留有的接口。因此將循環(huán)泵系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)控制，是完全可以實現(xiàn)的。同時，為了保證系統(tǒng)的安全運行，遠程I/O柜電源采用機側(cè)UPS兩路供電。通過對DCS各AP負荷進行測試，并進行資源優(yōu)化后確定循環(huán)泵及相關(guān)系統(tǒng)所占用的AP及具體槽位。選擇汽

11、機側(cè)CJJ22機柜的AP336?？紤]到AP冗余在電子間加裝了EG185機架，以實現(xiàn)AP主從切換時，不影響對循環(huán)泵房的監(jiān)控。下結(jié)構(gòu)圖為遠程I/O配置圖。DCS電子間循環(huán)泵房結(jié)構(gòu)圖2.2 DCS組態(tài)原循環(huán)泵與泵出口液控蝶閥的啟停控制在泵房值班室實現(xiàn)，原DCS畫面只能看到循環(huán)泵啟停狀態(tài)。因而，必需對DCS增加的模件與畫面進行組態(tài)。1 通過原循環(huán)泵6KV開關(guān)和DCS留有的接口，通過DCS冗余的FUM210模件直接連接，實現(xiàn)循環(huán)泵遠方操作，并在DCS中通過組態(tài)實現(xiàn)聯(lián)鎖功能。2 在原DCS冷卻水畫面 （COOLING WATER）增加了兩幅畫面，一幅為循環(huán)泵系統(tǒng)工藝畫面（CIRCULATING WTR S

12、YS）另一幅為兩臺泵本體溫度、振動、液位監(jiān)視畫面（CWP MONITER）?，F(xiàn)循環(huán)泵系統(tǒng)各設備的操作、監(jiān)視。3 循環(huán)泵房相關(guān)設備的控制和各子系統(tǒng)內(nèi)部的聯(lián)鎖功能（如冷卻水系統(tǒng)、液控蝶閥各部件之間的聯(lián)鎖），由DCS實現(xiàn)，所有溫度信號，壓力信號，液位,振動信號通過SIM模件遠傳至AP。 新加AP配置圖2.3 就地設備改造1、 原循環(huán)泵出口碟閥控制回路全部拆除，只留主接觸器回路。2、 原油站壓力開關(guān)更換為壓力變送器遠傳到DCS，使測量更加精確。3、 冷卻水塔手動補水門，更換為電動補水門.。4、 加裝泵振動檢測裝置（采用日本新川振動裝置）。5、 循環(huán)泵電機冷卻水泵和軸承冷卻水泵回路改造。6、 安裝冷卻水

13、塔、循環(huán)泵前池液位計。2.4 改造后功能 改造后保留原控制功能外，實現(xiàn)了1 循環(huán)泵由機組長在集控室進行啟停操作、并實現(xiàn)兩臺循環(huán)泵的聯(lián)鎖。2 液控蝶閥油泵在集控室單獨操作并實現(xiàn)聯(lián)鎖操作。3 液控蝶閥在集控室單獨操作并實現(xiàn)與循環(huán)泵的聯(lián)動操作。4 循環(huán)泵冷卻水系統(tǒng)（電機冷卻水泵和軸承冷卻水泵）在集控室進行啟停操作。5 實現(xiàn)補水電動門的遠方操作。6 監(jiān)視相關(guān)參數(shù)：電機的線圈溫度，電機的軸承溫度，循環(huán)泵的振動，液控蝶閥 的工作狀態(tài)，前池液位，冷卻水壓力等信號。7 液控蝶閥各部件之間的聯(lián)動及冷卻水系統(tǒng)之間的聯(lián)動在DCS實現(xiàn)。8 泵啟閥不開保護停泵功能（原系統(tǒng)不具備）。9 液控蝶閥兩個電磁閥單獨操作功能（原系統(tǒng)不具備）。3 改造效果    從 2004年4月開始對2機循環(huán)泵及其蝶閥控制系統(tǒng)改造之后，到2005年12月，已完成四臺機組8臺循環(huán)泵與其蝶閥的DCS改造，在不改變原功能的情況下，實現(xiàn)了循環(huán)泵，蝶閥及其附屬設備的遠方DCS操作與相關(guān)參數(shù)監(jiān)視，改造后的系統(tǒng)有以下特點： 系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性高，安全性好。經(jīng)過一年多的實踐證明，改造后循環(huán)泵蝶閥控制系統(tǒng)故障率降低到零，未出現(xiàn)因蝶閥控制故障引起循環(huán)泵啟停失敗的現(xiàn)象。2 用DCS進行編程方便，易于達到所需控制目的。 DCS先進的事故記錄及查詢功能，大大減輕了維護