燃氣輪機電廠天然氣調(diào)壓站ESD電磁閥安全性分析

龍智睿 黃酈胤

1.浙江國華余姚燃氣發(fā)電有限責任公司 浙江 寧波 315400

2.中國電建集團湖北工程有限公司工程建設公司/調(diào)試分公司 湖北 武漢 430061

0 引言

浙江國華余姚燃氣發(fā)電公司(下稱余姚電廠)主設備采用S209FA燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，包括2臺GE公司9F級燃氣輪機發(fā)電機組，1臺D11型蒸汽輪機發(fā)電機組，2臺美國DELTAK公司生產(chǎn)的三壓、再熱、無補燃、自然循環(huán)、臥式余熱鍋爐。整套聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備控制系統(tǒng)由一套分散控制系統(tǒng)(OVATION)、三套Mar k VI控制系統(tǒng)組成，采用機、爐、電及網(wǎng)控集中控制方式，通過對機組的數(shù)據(jù)采集(DAS)、模擬量控制(MCS)、順序控制(SCS)、電氣系統(tǒng)控制(ECS)、汽機旁路與其它輔助系統(tǒng)以及余熱鍋爐等的控制，以實現(xiàn)整套機組的負荷協(xié)調(diào)控制。

1 系統(tǒng)設備現(xiàn)狀

余姚電廠調(diào)壓站ESD閥電磁閥供電電源回路從380 V事故保安段B段引出220 VAC接到調(diào)壓站控制柜內(nèi)，經(jīng)過UPS之后接到220 VAC轉(zhuǎn)24 VDC模塊，接到ESD閥電磁閥。未設立雙冗余電源回路。

余姚電廠調(diào)壓站ESD閥電磁閥使用的是一個兩位三通單控電磁閥，不具備線圈失電保位功能(ESD是緊急切斷閥，要求在緊急情況下迅速關(guān)閉)，當電磁閥線圈故障時，會導致閥門誤動作。

2 ESD電磁閥線圈供電電源優(yōu)化分析

調(diào)壓站ESD電磁閥采用24 VDC電源，運行中電磁閥線圈保持得電閥門打開，電磁閥線圈失電閥門關(guān)閉，ESD電磁閥供電無冗余配置，機組運行中線圈一旦失電閥門就會快速關(guān)斷，存在較大隱患。

調(diào)壓站ESD閥電磁閥線圈電源增加一路24 VDC冗余供電電源。從廠區(qū)PC A段引出220 VAC，通過220 VAC轉(zhuǎn)換24 VDC電源轉(zhuǎn)換模塊和原供電回路一起接入24 VDC電源冗余模塊，形成冗余，給調(diào)壓站ESD閥電磁閥線圈供電。

選擇冗余模塊緊湊型通用電源確保了系統(tǒng)的最高有效性。采用SFB技術(shù)(選擇性熔斷技術(shù))，可在12 ms內(nèi)發(fā)出6倍于額定電流的電流，從而可靠、快速地觸發(fā)標準斷路器。電源選擇性地斷開故障電源通道，從而將故障限制在一定范圍內(nèi)，而重要的系統(tǒng)部分仍可繼續(xù)運行。通過對輸出電壓和電流的持續(xù)監(jiān)視，可提供全面的診斷功能。預防性功能監(jiān)視將使關(guān)鍵的操作模式可視化，并在發(fā)生故障前將其記錄在控制單元中。

3 ESD電磁閥冗余優(yōu)化分析：

3.1 ESD電磁閥的選擇:兩位三通:一個進氣口P、一個出氣口A、一個排氣口R。

單控電磁閥:是通過控制電磁線圈的電流通斷以及彈簧作用，來控制閥芯的運動，達到控制閥的開閉。

當線圈得電時閥芯克服彈簧力，彈簧壓縮，進氣口P與出氣口A聯(lián)通。當線圈失電時閥芯在彈簧力的驅(qū)動下復位，出氣口A與排氣口S聯(lián)通。

雙電控電磁閥:通過兩側(cè)電磁線圈的得電、失電來控制開閉，當一個線圈失電，另一個未得電時可以保持閥芯不動，稱為有記憶功能的閥。

當正線圈得電時閥芯向正線圈側(cè)移動，進氣口P與出氣口A聯(lián)通，出氣口B與排氣口R2聯(lián)通。當負線圈得電時閥芯向負線圈側(cè)移動，進氣口P與出氣口B聯(lián)通，出氣口B與排氣口R1聯(lián)通。

余姚電廠ESD的執(zhí)行機構(gòu)為氣動執(zhí)行機構(gòu)，彈簧返回型。由于ESD是緊急切斷閥，要求在緊急情況下迅速關(guān)閉的特性，所以必須選擇單缸進氣的氣缸，和單控兩位三通電磁閥。進氣開閥，關(guān)閉時靠彈簧可以滿足迅速關(guān)閉閥門的要求。雙控電磁閥雖然具有保位功能，但是不能滿足迅速關(guān)閉閥門的要求。

3.2 ESD電磁閥控制氣源回路優(yōu)化:ESD閥電磁閥冗余優(yōu)化后，雙電磁閥同時得電，氣缸進氣，閥門打開，雙電磁閥同時失電，氣缸排氣，閥門關(guān)閉，詳見圖1。

3.3 冗余電磁閥的安全性分析 由于現(xiàn)場使用的是單控兩位三通電磁閥，線圈得電，氣缸進氣，閥門打開，線圈失電，氣缸排氣，閥門關(guān)閉，所以誤動的情況只可能發(fā)生在閥已經(jīng)打開時。使用雙電磁閥冗余后主電磁閥得電的動作控制ESD閥的開啟，冗余電磁閥同時得電處于進氣狀態(tài)備用，當主電磁閥故障失電氣路切換，冗余電磁閥的進氣通過切換氣路后的主電磁閥進入ESD閥氣缸，保證ESD閥依然處于開狀態(tài)，可以成功的防止ESD閥門誤關(guān)閉，安全性明顯提高。

圖1 ESD閥雙電磁閥冗余后原理圖

一般ESD閥電磁閥舉動的原因有:工作壓差超標、密封環(huán)失效、電氣失效、異物等。天然氣電廠ESD閥電磁閥使用的介質(zhì)是天然氣，因工作壓差超標導致拒動的可能性極低。現(xiàn)場環(huán)境屬于正常環(huán)境，在電磁閥安裝時注意密封圈的安裝工藝，保持電磁閥與氣缸結(jié)合面的清潔可以有效降低因密封環(huán)失效導致ESD閥拒動的可能性。由于ESD閥是失電關(guān)閥，在關(guān)閥時電氣失效導致拒動的可能性為零。在開閥時，電磁閥冗余可以降低電氣失效導致拒動的可能性。介質(zhì)進入電磁閥前經(jīng)過濾網(wǎng)，定期清理、更換濾網(wǎng)能有效的降低電磁閥因異物導致ESD閥拒動的可能性。

3.4 ESD電磁閥誤動與拒動防范措施分析:

四、定期檢查并緊固主要設備接線端子，并測量出電壓是否正常。

五、預防試檢修對存在隱患的空氣開關(guān)及時更換。

六、加強巡回檢查工作管理，及時發(fā)現(xiàn)ESD閥電磁閥線圈、24 VDC轉(zhuǎn)換模塊、電源切換模塊等長期帶電運行設備的故障，并及時處理。

七、定期更換電磁閥

八、定期更換減壓閥

九、定期清理或更換濾網(wǎng)

十、定期做電源切換實驗。

十一、定期更換ESD閥電磁閥及線圈。

4 性能試驗

余姚電廠對調(diào)壓站ESD閥冗余優(yōu)化后，進行多項相關(guān)性能試驗如下:

模擬ESD閥電磁閥供電冗余電源一路故障實驗。ESD閥正常開啟時，斷開從廠區(qū)PC A段來的供電，ESD閥保持開啟狀態(tài)，閥門正常。斷開從380V事故保安段B段來的供電，ESD閥保持開啟狀態(tài)，閥門正常。實驗合格。

模擬ESD閥雙電磁閥其中一個電磁閥線圈故障失電實驗。斷開主電磁閥線圈電源，主電磁閥失電氣路切換，備用電磁閥狀態(tài)保持，持續(xù)供氣，ESD閥保持開啟狀態(tài)，閥門正常。斷開備用電磁閥線圈電源，備用電磁閥失電氣路切換，主電磁閥狀態(tài)保持，持續(xù)供氣，ESD閥保持開啟狀態(tài)，閥門正常。實驗合格。

5 結(jié)束語

目前浙江省內(nèi)燃機電廠調(diào)壓站大多數(shù)采用就地PLC控制方式，ESD電磁閥采用24 VDC電源，運行中保持得電常開狀態(tài)，監(jiān)督檢查發(fā)現(xiàn)部分機組ESD電磁閥供電無冗余或冗余配置不合理的問題存在較大隱患。ESD電磁閥線圈供電電源及控制氣源回路冗余優(yōu)化可以降低電磁閥誤動的可能性，增加ESD閥使用的可靠性。