GE 9FA燃機電廠DCS控制系統(tǒng)電源改造及優(yōu)化

王小江

（福能集團晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 晉江 362251）

0 引言

GE 9FA燃機電廠燃?xì)廨啓C、汽輪機控制系統(tǒng)普遍采用GE MARKVI系統(tǒng)，而余熱鍋爐及公用系統(tǒng)一般采用艾默生OVATION DCS控制系統(tǒng),此控制系統(tǒng)同時在大型火力電廠也有較廣泛地應(yīng)用。

控制系統(tǒng)電源為整個系統(tǒng)提供安全可靠的電源動力，如果電源系統(tǒng)存在失電、故障等安全隱患會危及到控制系統(tǒng)的運行，嚴(yán)重時會導(dǎo)致機組停機等安全事故。

某電廠近年來對艾默生OVATION DCS控制系統(tǒng)電源系統(tǒng)進(jìn)行了改造及優(yōu)化，極大地提高電源的可靠性。

1 控制系統(tǒng)電源分配原理

控制系統(tǒng)電源分配原理圖見圖1。單元機組控制系統(tǒng)進(jìn)線電源有兩路，一路電源來自UPS,一路電源來自保安段，兩路電源分別供給單元機組控制系統(tǒng)的CPU控制柜，每個控制柜共配置主用、備用兩個電源模塊，兩個電源模塊同時工作，通過耦合二極管回路為控制器提供電源。UPS段電源及保安段電源任一電源失去時，通過繼電器方式進(jìn)行報警。

圖1 控制系統(tǒng)電源分配原理圖Fig. 1 Schematic diagram of power distribution control system

2 電源模塊升級改造

電廠投產(chǎn)以來發(fā)生5次電源模塊故障，故障現(xiàn)象均為輸入電源正常，而輸出指示燈無指示，檢查電源模塊風(fēng)扇停止運行且無DC24 V輸出。分析認(rèn)為電源模塊采用自帶風(fēng)扇冷卻，機組投產(chǎn)時間長后，風(fēng)扇出現(xiàn)故障的幾率較高，有可能停止運行，電源模塊由于溫度高而導(dǎo)致故障?？紤]到電源運行年限較長及采購舊型號備件價格偏高問題，對電源模塊進(jìn)行升級改造，改造后電源穩(wěn)定可靠。

改造后的電源模塊系統(tǒng)圖見圖2，模塊采用導(dǎo)軌安裝式，集成4個模塊化、無風(fēng)扇電源；冗余電源配置，可支持直流輸入和交流輸入；獨立的主電源和輔助電源輸入，每路電源均有主備輸入配置；交、直流輸入的允許范圍較大，屬于寬帶電源，交流輸入范圍為AC100 V～AC240 V,直流輸入范圍為DC110 V～DC150 V;電源采用密封設(shè)計，防止灰塵進(jìn)入；運行溫度由原來的5℃～605℃擴展到-25℃～70℃；具有3 s～5 s的電源保護功能，該功能可以支持短時間的輸出超載，而不會損壞電源或?qū)е码娫礇]有輸出，并且在7 s的恢復(fù)期后再次啟動。

圖2 新式電源模塊系統(tǒng)圖Fig.2 New power supply module system

從新式電源模塊系統(tǒng)圖上可以看到，UPS電源和保安電源通過斷路器與進(jìn)線端子分別進(jìn)入第一電源部分和次級電源部分，每個電源部分由主電源和輔助電源組成，構(gòu)成冗余配置。第一電源部分和次級電源部分輸出到電源分配板，通過耦合二級管對控制器和I/O總線進(jìn)行供電。

電源除了可進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)外，還設(shè)置有報警輸出點：直流電源狀態(tài)監(jiān)視；DC OK監(jiān)視；OVERLOAD監(jiān)視。

電源改造步驟：電源改造時機選在機組臨修或C修以上時間，改造工期一般在3天～5天，視改造電源數(shù)量而定。對需改造電源的控制柜停電后，拆除原有舊24 V DC電源、電源分配板以及相關(guān)電纜后，安裝新電源改造組件，按圖紙連接電源電纜、監(jiān)視電纜和接地電纜等相關(guān)連接線。安裝結(jié)束后，恢復(fù)供電，進(jìn)行電源冗余切換試驗。

電源改造注意事項：舊系統(tǒng)如果有利用AC220 V輸入電源外接其他回路的話，比如火力發(fā)電廠DEH系統(tǒng)的ETS機柜等，改造后需增加并接端子；電源改造前，需精確統(tǒng)計I/O機柜上，輔助DC20 V電源的使用情況；由于新電源分配板新增電纜固定接口，在電源改造時會涉及到更換預(yù)制電纜問題。

3 DCS畫面增加電源狀態(tài)監(jiān)視

在DCS系統(tǒng)狀態(tài)畫面中增加電源狀態(tài)監(jiān)視，可對主用、備用電源兩路進(jìn)線電源MAIN、AUX是否處于正常狀態(tài)和模塊WORD工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，同時將控制系統(tǒng)進(jìn)線UPS段和保安段失電報警、電源模塊異常報警做到系統(tǒng)聲光報警中。

圖3 電源狀態(tài)監(jiān)視畫面Fig.3 Power status monitoring screen

4 網(wǎng)絡(luò)柜電源優(yōu)化

從圖1看出，電源分配只考慮到控制柜的電源冗余，而作為控制系統(tǒng)中與電源同等地位的網(wǎng)絡(luò)柜卻無電源冗余配置，實際上只有一路UPS電源，當(dāng)電氣正常倒閘操作時或其他原因引起UPS進(jìn)線電源中斷時，網(wǎng)絡(luò)柜面臨失電，上位機與控制器之間的通訊會全面中斷。

網(wǎng)絡(luò)柜電源配置了雙路APC電源切換裝置，2臺負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)通訊的交換機由各自獨立的電源切換裝置提供電源，單個電源切換裝置接受2路電源進(jìn)線。但是經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)4組電源進(jìn)線插頭通過2個空氣開關(guān)控制，也就是1路電源的空氣開關(guān)出去后分成2組至2個電源進(jìn)線。單個APC電源切換裝置內(nèi)部短路時，會導(dǎo)致2個空氣開關(guān)跳閘，網(wǎng)絡(luò)交換機會全部失電，機組將無法監(jiān)視和操作。

解決措施：對網(wǎng)絡(luò)柜進(jìn)線電源進(jìn)行冗余配置，增加一路保安段電源。保安段電源進(jìn)入電源切換裝置，使得電源切換裝置由兩路輸入電源，避免單路運行。兩個APC電源切換裝置改為4組電源進(jìn)線插頭由各自獨立的空氣開關(guān)控制。同時取消帶保險的接線端子，改用螺絲緊固的接線端子。詳見圖4。

圖4 網(wǎng)絡(luò)柜電源接線圖Fig.4 Network Cabinet power supply wiring diagram

5 控制柜冷卻風(fēng)扇電源優(yōu)化

控制柜冷卻風(fēng)扇對控制柜進(jìn)行冷卻，及時帶走電子元器件產(chǎn)生的熱量。風(fēng)扇電源為DC24 V,取自電源模塊分配板上。當(dāng)風(fēng)扇為普通軸承冷卻風(fēng)扇，使用年限久時，可能產(chǎn)生內(nèi)部短路等故障現(xiàn)象，短路時會影響到電源模塊運行。

解決措施：將冷卻風(fēng)扇更換為AC220 V,電源取自熱工電源盤。同時風(fēng)扇電源的空氣開關(guān)采用帶接點類型開關(guān)，當(dāng)空氣開關(guān)因短路跳閘時，在DCS聲光報警系統(tǒng)中報警。

6 結(jié)論

作為控制系統(tǒng)的動力來源，電源系統(tǒng)配置的合理性應(yīng)該得到系統(tǒng)維護人員的高度重視，一旦電源系統(tǒng)故障，會引起控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通訊的癱瘓，進(jìn)而導(dǎo)致更加嚴(yán)重的機組安全事故。研究和分析控制系統(tǒng)電源的合理配置和安全隱患排查，對了解掌握系統(tǒng)過程、工作原理、故障形成原因和排除方法非常必要。電源系統(tǒng)的改造及優(yōu)化，對于提高控制系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)一步提高發(fā)電機組的可靠性，有著非常重要的意義。

[1]國家能源局.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求及編制釋義[M].北京：中國電力出版社，2014.