淺析油區(qū)電氣系統(tǒng)改造

楊文波 翟光明

摘 要

我廠油區(qū)電氣部分的控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)均為俄羅斯設(shè)備，自投產(chǎn)到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行將近20年，期間存在設(shè)備嚴(yán)重老化、備件無法購買、系統(tǒng)復(fù)雜難以維護(hù)等諸多問題。這些不穩(wěn)定因素嚴(yán)重影響我廠兩臺(tái)500MW機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。加之近幾年國家對(duì)環(huán)保要求更加嚴(yán)格，需要實(shí)現(xiàn)微油點(diǎn)火、脫硫、脫硝等，因此油區(qū)電氣系統(tǒng)改造勢(shì)在必行。

關(guān)鍵詞

油區(qū);電氣系統(tǒng);改造

中圖分類號(hào)： G434;G712? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.041

1 油區(qū)改造的背景

我廠油區(qū)電氣系統(tǒng)主要采用的是蘇聯(lián)20世紀(jì)70年代產(chǎn)品，這些設(shè)備運(yùn)行到現(xiàn)在存在嚴(yán)重的老化、備件難以買到、系統(tǒng)復(fù)雜維護(hù)困難等諸多問題。加之我廠近幾年對(duì)鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)的改造，已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了微油點(diǎn)火，油區(qū)內(nèi)的很多設(shè)備就需要進(jìn)行重新優(yōu)化與改造，以符合國家節(jié)能減排，綠色環(huán)保的要求，因此油區(qū)電氣系統(tǒng)改造是大勢(shì)所趨，勢(shì)在必行。

1.1 改造前的油區(qū)電氣控制系統(tǒng)

改造前油區(qū)電氣系統(tǒng)的控制部分，主要采用蘇聯(lián)的控制系統(tǒng)，蘇聯(lián)的控制系統(tǒng)以其“傻大笨粗”而著稱。其控制方式主要是依靠繼電器，不論是執(zhí)行部分還是邏輯部分，均采用繼電器的組合和一些電子元件板來完成。這就造成了其控制系統(tǒng)的復(fù)雜和節(jié)點(diǎn)的故障率增加。例如一個(gè)繼電器的輔助節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，那排查起來將是一個(gè)很細(xì)致很復(fù)雜的工作，根據(jù)以往消缺經(jīng)歷，需要幾個(gè)人針對(duì)老的圖紙耗費(fèi)很長時(shí)間進(jìn)行故障排查，尤其是涉及電氣設(shè)備的聯(lián)鎖問題，點(diǎn)與點(diǎn)之間的關(guān)系對(duì)于故障的排查涉及的面更寬廣、復(fù)雜，如果沒有親歷改造，對(duì)于后來接手的新員工，復(fù)雜程度與消缺難度更高。如果涉及電子元器件故障，備品備件采購也是一大問題，當(dāng)初采用的是蘇聯(lián)70年代的設(shè)備，到如今已經(jīng)基本無法采購，而國內(nèi)又沒有匹配的元件，一旦出現(xiàn)故障在備件沒有情況下，將對(duì)油區(qū)安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成很大的影響，嚴(yán)重情況可能影響機(jī)組的點(diǎn)火啟動(dòng)。即便國內(nèi)能夠制造出特定的與之相符的電子元器件，那么費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)很高，不符合當(dāng)今節(jié)能減排增效的理念。

1.2 改造前的油區(qū)電氣一次系統(tǒng)

改造前油區(qū)一次電氣系統(tǒng)也是蘇聯(lián)設(shè)備，其就地操作方式均為刀閘操作方式，開關(guān)體積大，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大（35千克左右），如果運(yùn)行人員沒有一定的體力，操作起來比較困難，危險(xiǎn)性也比較大。加之設(shè)備在運(yùn)行將近20年過程中，出現(xiàn)絕緣老化，金屬磨損嚴(yán)重，動(dòng)平衡不穩(wěn)定等因素，也嚴(yán)重影響供油系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 油區(qū)改造方案

2.1 電氣控制系統(tǒng)的改造

將油區(qū)原繼電器控制系統(tǒng)改為PLC程序控制，PLC采用Siemens公司S7-300型PLC。利用PLC的梯形圖邏輯來代替原來現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的繼電器控制。這樣將現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)輸入到PLC模塊（模擬量和開關(guān)量），經(jīng)過邏輯組態(tài)與梯形圖的現(xiàn)場(chǎng)邏輯，最后通過輸出DO模塊，輸出到隔離繼電器，這樣系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了從復(fù)雜龐大到簡約、簡單。一旦出現(xiàn)故障，我們就可以從梯形圖很簡單、清晰的查明到底是現(xiàn)場(chǎng)哪個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)了問題。PLC采用以太網(wǎng)進(jìn)行通信，主站設(shè)置在油區(qū)PLC室，通過光纖收發(fā)器與輸煤集控室操作主機(jī)相連，并且光纖通訊采用雙光纖冗余來增強(qiáng)通訊鏈路的安全穩(wěn)定性。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的改造

將原#3、#4小柴油供油泵回油手動(dòng)門846更換成電動(dòng)調(diào)節(jié)門，將原#3、#4小柴油供油泵出口手動(dòng)門830、833更換成電動(dòng)門;原#1、#2大柴油供油泵拆除、將#3、#4小柴油供油泵增加變頻器并且將其更換成變頻電機(jī)。CS04母線段08、09、10、11四個(gè)間隔進(jìn)行拆改，CS04-11間隔作為備用進(jìn)線間隔，進(jìn)線開關(guān)選擇630A施耐德開關(guān)。#0、#1、#2柴油罐油溫、油位和供油油壓檢測(cè)裝置改造，模擬量接點(diǎn)接入PLC系統(tǒng)，油泵房煙氣濃度接點(diǎn)進(jìn)入PLC。#0、#1、#2柴油罐噴淋水閥和泡沫閥，泡沫液間#1、#2泡沫混合液電動(dòng)門遠(yuǎn)方啟停控制接入PLC系統(tǒng)。油區(qū)排渣泵、卸油泵、通風(fēng)機(jī)動(dòng)力回路接到母線柜，實(shí)現(xiàn)PLC控制。新加裝的#3、#4柴油供油泵出口電動(dòng)門和回油電動(dòng)調(diào)節(jié)門和原有電動(dòng)門動(dòng)力回路接到母線柜，實(shí)現(xiàn)PLC控制。

3 專項(xiàng)技術(shù)措施

（1）柴油卸油泵動(dòng)力電纜自卸油泵至現(xiàn)在柴油控制室在經(jīng)過電纜溝到配電室，控制按鈕經(jīng)路線到PLC柜。

（2）排渣泵動(dòng)力電纜自排渣泵至現(xiàn)在柴油控制室在經(jīng)過電纜溝到配電室，控制按鈕和自動(dòng)探極經(jīng)路線到PLC柜。

（3）新裝電動(dòng)門和電動(dòng)調(diào)節(jié)門動(dòng)力電纜走向自電動(dòng)門走西墻、南墻、原柴油控制室再經(jīng)過電纜溝到配電室，控制按鈕和限位經(jīng)路線到PLC柜。

（4）柴油供油泵控制按鈕經(jīng)過現(xiàn)在柴油控制室在經(jīng)過電纜溝到PLC柜

（5）罐區(qū)蝶閥控制按鈕經(jīng)#2罐東側(cè)墻向北，在北墻處經(jīng)過地埋進(jìn)入電纜溝到PLC柜。

（6）柴油泵房穿線管分線盒采用防爆分線盒，柴油泵房內(nèi)無裸露電纜。

4 系統(tǒng)改造工作要求

（1）開工前先拆除原重油控制柜，將新PLC柜安裝就位。

（2）拆除CS04段母線柜的CS04-8、9、10、11四個(gè)間隔，安裝新母線柜。

（3）敷設(shè)供油泵至母線柜電纜，敷設(shè)各設(shè)備到PLC柜的控制電纜。

（4）敷設(shè)油區(qū)PLC柜至輸煤集控上位機(jī)之間的通訊光纜

（5）更換#3、#4柴油供油泵出口手動(dòng)門和回油手動(dòng)門為電動(dòng)門和電動(dòng)調(diào)節(jié)門。

（6）油區(qū)PLC柜控制線接線、所有電纜掛機(jī)打電纜掛牌，端子號(hào)使用機(jī)打不褪色線號(hào)。

（7）編寫油區(qū)PLC程序，接線結(jié)束后進(jìn)行整體調(diào)試。

（8）油區(qū)PLC安裝調(diào)試后設(shè)備見本色、標(biāo)牌齊全。

5 改造后油系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行方式和實(shí)現(xiàn)功能

5.1 柴油供油泵運(yùn)行方式及連鎖功能

（1）機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)油區(qū)采用一臺(tái)供油泵33Hz低頻運(yùn)行，為油系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供1.5MPa的供油壓力，另一臺(tái)泵備用，在鍋爐需要緊急投油時(shí)，聯(lián)鎖調(diào)整柴油供油泵回油調(diào)節(jié)門，調(diào)整供油壓力，PLC檢測(cè)壓力并與設(shè)定值進(jìn)行比較，若壓力仍不能滿足要求，再自動(dòng)啟動(dòng)另外一臺(tái)柴油供油泵。

（2）鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，一臺(tái)泵運(yùn)行，壓力不足時(shí)自動(dòng)聯(lián)鎖啟動(dòng)另一臺(tái)泵，同時(shí)程控系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)測(cè)到的壓力值與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過PID（比例-積分-微分）算法自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)門的開度，以使壓力維持在正常值2.5MPa，調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)范圍2.4～2.6MPa之間。

（3）柴油供油泵間的連鎖功能。兩臺(tái)小柴油供油泵之間具備低油壓聯(lián)鎖和事故連鎖，一臺(tái)供油泵發(fā)生故障跳閘立即連啟另一臺(tái)供油泵。根據(jù)供油母管壓力檢測(cè)裝置，自動(dòng)調(diào)整調(diào)節(jié)門開度，來調(diào)整供油壓力。一臺(tái)小柴油供油泵運(yùn)行壓力降低到調(diào)整調(diào)節(jié)門不能滿足供油壓力時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)另一臺(tái)小柴油供油泵。原#1大柴油供油泵作為緊急備用（鍋爐點(diǎn)火當(dāng)小柴油供油泵發(fā)生故障，供油壓力不能滿足要求時(shí)啟動(dòng)#1大柴油供油泵）。

5.2 其他設(shè)備運(yùn)行方式和連鎖功能

（1）柴油卸油泵在卸油時(shí)啟動(dòng)，就地和輸煤集控遠(yuǎn)方均可操作;

（2）排渣泵隨液位自動(dòng)啟、停，同時(shí)就地手動(dòng)可啟、停;

（3）柴油泵房通風(fēng)機(jī)啟停方式：就地、遠(yuǎn)方均能啟停，煙氣和油氣濃度與通風(fēng)機(jī)連鎖啟動(dòng)。就地操作不進(jìn)PLC程序，遠(yuǎn)方啟停實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)啟停;

（4）罐區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)備操作設(shè)置上位機(jī)操作和就地操作，上位機(jī)顯示閥門開、關(guān)狀態(tài)，而且就地操作不進(jìn)PLC程序;大消防泵啟停通過PLC控制和就地控制。

（5）#3、#4出口電動(dòng)門和回油電動(dòng)調(diào)節(jié)門可以自動(dòng)啟停，同時(shí)可以就地操作;

5.3 上位機(jī)畫面組態(tài)

上位機(jī)顯示供油泵、卸油泵、排渣泵等各個(gè)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);包括顯示供油泵電動(dòng)機(jī)電流;各電動(dòng)門開、關(guān)狀態(tài);電動(dòng)調(diào)節(jié)門開、關(guān)位置顯示和到位顯示;上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)顯示各柴油罐油溫、油位，柴油供油母管壓力等。上位機(jī)畫面提供開關(guān)跳閘、保護(hù)器動(dòng)作報(bào)警，并且隨時(shí)能夠查看報(bào)警記錄、操作記錄和歷史曲線、供油量統(tǒng)計(jì)顯示。當(dāng)出現(xiàn)低油壓的時(shí)候，上位機(jī)還能夠進(jìn)行聲音報(bào)警，對(duì)值班人員進(jìn)行提示。

6 改造后的優(yōu)勢(shì)與未來的展望

油區(qū)電氣系統(tǒng)的改造，很大程度上符合了當(dāng)今火力發(fā)電廠節(jié)能減排增效的理念，尤其是采用了PLC技術(shù)與變頻技術(shù)。原來一直工頻運(yùn)行的供油泵采用低頻33Hz運(yùn)行，保證供油網(wǎng)絡(luò)在低壓力情況下，一旦需要投油變頻器能夠在5秒的時(shí)間內(nèi)迅速將壓力提升至2.5MPa。供油泵電機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)候的電流由原來的67A電流降至30A，能耗也相對(duì)降低一半，符合當(dāng)今節(jié)能環(huán)保的理念。低頻運(yùn)行也使得供油管道壓力降低（流體P-V-T關(guān)系），相應(yīng)的油溫也跟著降低，減少了夏季油泵出口溫度高的安全隱患。

未來油區(qū)的趨勢(shì)就是更加智能化、更加安全穩(wěn)定的無人值守，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求智能化控制。因此我們還要不斷地學(xué)習(xí)更新、更前沿的科學(xué)知識(shí)，為實(shí)現(xiàn)下一步無人值守智能油區(qū)而努力。