供熱機組低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥控制器升級改造

韓國強,韓子赫

(華能國際電力股份有限公司上安電廠,河北 石家莊 050310)

隨著科技的進步,電力行業(yè)的自動化程度快速提高,電力裝備廣泛應(yīng)用控制器等自動化設(shè)備進行控制[1-4]。以下介紹某火電廠一次供熱設(shè)備升級改造過程中,針對低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥發(fā)生4次不安全事件的情況,對機組低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥控制器進行技術(shù)改造,提高了系統(tǒng)性能,排除了控制器不穩(wěn)定因素,實現(xiàn)了控制器可拆分管理,節(jié)省了改造基金,對電廠安全生產(chǎn)具有重大意義。

1 設(shè)備概況

某火電廠2臺350 MW 供熱機組低壓缸進汽液控調(diào)節(jié)閥集高溫蒸汽流量調(diào)節(jié)和智能檢測、快速關(guān)閉功能于一體,選用高溫蝶閥配以彈簧-液壓傳動裝置與先進的液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)集合而成。該調(diào)節(jié)閥安裝于汽輪機中、低壓聯(lián)通管上能夠自動調(diào)整供熱抽汽流量,保證向用戶提供符合要求的供熱抽汽壓力。閥門控制站模擬量指令控制方式為自動方式下,給定中壓缸排壓力設(shè)定值,經(jīng)過邏輯運算控制閥門開度。

低壓缸進汽液控調(diào)節(jié)閥使用的控制器為閥門廠配套提供的小型DCS 模塊,投產(chǎn)2年以來,累計發(fā)生4次調(diào)閥反饋藍板、閥門切手動的不安全事件,分別為1號機組2018年11月8日1時44分;2號機組2017年12月22日11時47分、2019年12月8日17時36分、2020年2月12日23時38分。檢查發(fā)現(xiàn)調(diào)閥控制器長時間高負荷運算,觸發(fā)控制器故障報警,引起調(diào)閥切至手動,反饋顯示錯誤。

2 設(shè)備存在的問題

2020年2月12日23時38分,2號機組監(jiān)盤大屏幕顯示“汽輪機低壓缸進汽供熱調(diào)節(jié)閥異?！?二級報警為:1號傳感器故障、2號傳感器故障、輸入信號故障。閥切至手動且反饋變?yōu)樗{板-25%,異常前開度為24%,就地查看實際開度為24%,檢查為閥控制器模件故障。2月13日2時12分,汽機專業(yè)配合將該閥低限機械限制在24%,2時16分對該閥控制器模件進行復(fù)位后故障消失,閥門恢復(fù)正常。通過原因排查,發(fā)現(xiàn)低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥控制器故障,導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥1、2號傳感器信號及輸入指令無效,觸發(fā)故障報警,具體情況分析如下。

a.低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥存在指令與反饋偏差大現(xiàn)象,長時間調(diào)節(jié)動作,導(dǎo)致該調(diào)門控制器長時間處于運算狀態(tài),增加控制器運算頻率,致使控制器故障,控制器自帶閉鎖功能,觸發(fā)故障報警,由圖1調(diào)取調(diào)門投運過程中的指令與反饋曲線,發(fā)現(xiàn)調(diào)門長時間調(diào)節(jié)動作,控制器長時間處于運算狀態(tài),增加控制器運算負荷,觸發(fā)故障報警。

b.低壓缸進汽調(diào)門控制器PLC 為小型DCS控制回路,應(yīng)用于1、2號機組低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥,已發(fā)生4次故障原因相同的不安全事件,故判斷該調(diào)門控制器可靠性低,不適合應(yīng)用于低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥等重要設(shè)備。

圖1 調(diào)節(jié)閥長時間處于頻繁調(diào)節(jié)狀態(tài)

3 技術(shù)改造的實施方案

類比該火電廠其他機組低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥控制器運行穩(wěn)定,未出現(xiàn)過故障的情況。改造前經(jīng)過詳細討論、評估,利用2號機組停機檢修機會,對調(diào)門控制器進行改型更換,徹底解決現(xiàn)有控制器可靠性低的隱患。

3.1 前期準(zhǔn)備工作

查看其他機組控制程序,對照現(xiàn)場設(shè)備接線圖和電氣原理圖,查閱資料,對每條控制語句進行解讀分析。原控制器組態(tài)為模塊化編程語言,根據(jù)2 號機組調(diào)節(jié)閥的具體功能修改現(xiàn)有程序,將快關(guān)功能改為快開,由于調(diào)節(jié)閥存在PID 調(diào)節(jié)控制,PLC 編程常用的梯形圖無法實現(xiàn)復(fù)雜的調(diào)節(jié)運算,而是采用結(jié)構(gòu)化文本語言控制程序,完成程序修改后下裝至控制器。

3.2 中期改造工作

編寫好控制器內(nèi)部程序后,參考原有控制器的接線原理圖,梳理現(xiàn)場閥門每個電磁閥的接線,并對所有繼電器接線進行核對,記錄每一根接線的功能與位置。在梳理完所有接線后,去除舊控制器的所有接線,然后安裝新控制器,根據(jù)新電氣原理圖,完成DI、DO、AI、AO 接線。

3.3 后期調(diào)試工作

3.3.1 送電后報警信號調(diào)試

控制器送電后出現(xiàn)“2個傳感器信號和輸入信號故障”報警,查看圖紙,檢查回路接線,與5號機組(機組停備)比對,沒有發(fā)現(xiàn)問題。將控制器安裝至5 號機組,沒有故障報警,說明控制器本身沒有問題,接線存在問題。根據(jù)AB 控制器的接線圖紙,經(jīng)過仔細研究,發(fā)現(xiàn)對于同一控制器不同的接地方法對應(yīng)不同的接線方式,對比5 號機組控制器接地方法,測量檢查2 號機組,確實不同,這就影響了單端輸出傳感器和差分輸出傳感器的接線方式,于是按照圖紙改變控制器接線見圖2,控制器送電報警消失。

圖2 AB PLC差分輸出傳感器端子接線示意

3.3.2 就地閥門靜態(tài)調(diào)試

a.操作閥門開關(guān)指令,閥門實際動作完全相反,經(jīng)查找原因為放大器指令的驅(qū)動電接反了。控制器指令是轉(zhuǎn)換成-10～+10V 的驅(qū)動電壓給到放大器的。經(jīng)測量控制器到放大器的輸出電壓,開關(guān)指令確實正負相反,更改接線后慢開、慢關(guān)和快開功能試驗正常。

b.操作調(diào)閥階躍指令時(閥門開度100%,輸出指令0%),閥門拒動調(diào)試。檢查控制器本身或者內(nèi)部程序,將控制器連接筆記本電腦,實時觀察內(nèi)部程序的運算過程和各個I/O 通道的輸入輸出值,發(fā)現(xiàn)控制程序顯示,當(dāng)階躍性指令大于15 mA(即指令反饋偏差大于93.75%)時,控制程序觸發(fā)一個閉鎖功能,閥門指令無法發(fā)出。再次試驗,測量控制器確實未發(fā)出指令信號,將組態(tài)內(nèi)2處大于15 000,均改為大于20 500,解除階躍性指令閉鎖功能后,閥門動作正常。

3.3.3 試驗項目調(diào)試

a.就地開關(guān)閥門。遠方切至手動方式,就地慢開/慢關(guān)/快開。

b.遠方操作閥門。遠方操作站指令控制閥門,從0%～100%開關(guān)閥門(包括大幅度全開全關(guān)閥門);遠方切至開關(guān)量控制方式,可操作慢開/慢關(guān)/快開,控制站模擬量輸出跟蹤實際反饋;遠方快開操作。

c.聯(lián)鎖快開。當(dāng)輔機故障減負荷(RUNBACK)時,快關(guān)電磁閥失電,閥門快開。

d.聯(lián)鎖開。手動供熱切除,閥門無快開指令,閥門按5%速率開到100%。

e.異常試驗?？刂破鲾嚯?閥門保位;指令信號斷線,閥門保位;LVDT1/LVDT2 反饋信號斷線,閥門保位;拔出放大器卡件,閥門保位。

4 改造效果

a.可靠性提高。原控制器為小型DCS 控制模塊,更換前累計發(fā)生4次低壓缸進汽調(diào)門反饋藍板的不安全事件,更換為先進的PLC 控制器后,新型控制器運行穩(wěn)定,未出現(xiàn)過由于控制器故障引起的不安全事件。閥門自動調(diào)節(jié)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速。

b.便于監(jiān)控和維護。改造后新型控制器克服內(nèi)部控制程序不可讀,組態(tài)不透明等缺點,編程簡單,可在線修改程序,實時監(jiān)控組態(tài)運算結(jié)果和各輸入、輸出繼電器運行狀態(tài),便于監(jiān)控、維護。

5 結(jié)束語

某火電廠2號機組供熱低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥使用小型DCS控制器,故障率高,嚴(yán)重影響供熱系統(tǒng)安全運行,廠家對控制器程序保密,技術(shù)壟斷,造成購買備件費用高昂。利用檢修停機機會,通過技術(shù)攻關(guān),破解控制器程序,在PLC 控制器中下裝控制邏輯,完成控制箱配線設(shè)計和接線,經(jīng)過反復(fù)調(diào)試試驗,改造完成,閥門控制平穩(wěn)、動作準(zhǔn)確,且各項聯(lián)鎖功能正常,達到了預(yù)期效果。此項改造項目節(jié)省資金費用,并且打開了原有控制器“黑匣子”,為以后維護工作提供了技術(shù)基礎(chǔ),同時可為相似機組控制器改型提供參考。