國(guó)產(chǎn)機(jī)組空預(yù)器DCS改造方案研究與應(yīng)用

張志鵬，李承憲，黃 達(dá)，謝 明，楊文思

（國(guó)家電投江西電力有限公司新昌發(fā)電分公司，江西 南昌 330117）

0 引言

空氣預(yù)熱器也被簡(jiǎn)稱(chēng)為空預(yù)器，是一種提高鍋爐熱交換性能，降低熱量損耗的預(yù)熱設(shè)備?？諝忸A(yù)熱器的作用，是將鍋爐尾部煙道中排出的煙氣中攜帶的熱量，通過(guò)散熱片傳導(dǎo)到進(jìn)入鍋爐前的空氣中，繼而將空氣預(yù)熱到一定的溫度[1]。如果出現(xiàn)空預(yù)器停運(yùn)，將會(huì)引發(fā)機(jī)組減負(fù)荷甚至停機(jī)事件，因此空預(yù)器的安全和穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系著機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)由于某廠空預(yù)器未安裝氣動(dòng)馬達(dá)，機(jī)組運(yùn)行中空預(yù)器一旦出現(xiàn)異常停運(yùn)，空預(yù)器只能依靠人工手動(dòng)盤(pán)動(dòng)才能再次啟動(dòng)，空預(yù)器往往需要數(shù)天才能恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重影響機(jī)組負(fù)荷接待[2]。

文中對(duì)某廠700 MW機(jī)組空預(yù)器電機(jī)控制回路存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的控制方案，并成功完成了控制回路優(yōu)化和動(dòng)靜態(tài)切換試驗(yàn)。

1 改造前空預(yù)器電機(jī)控制方式及存在的問(wèn)題

某廠1號(hào)機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為1號(hào)機(jī)組）空預(yù)器控制系統(tǒng)2009年12月投運(yùn)至今已滿(mǎn)10年，采用東鍋?zhàn)钥氐目刂葡到y(tǒng)。其主要控制回路如圖1所示，控制原理為：一臺(tái)空預(yù)器配置兩臺(tái)電機(jī)，電機(jī)變頻啟動(dòng)，達(dá)到轉(zhuǎn)速后切換至工頻運(yùn)行，若運(yùn)行中一臺(tái)電機(jī)異常跳閘，則聯(lián)啟另一臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行，轉(zhuǎn)速到達(dá)后切換至工頻運(yùn)行。運(yùn)行中，切換過(guò)程中的控制主要由就地控制柜的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1 改造前空預(yù)器電機(jī)控制回路圖

該控制方式存在的問(wèn)題有：

1）空預(yù)器電機(jī)啟動(dòng)及切換由就地PLC控制，柜內(nèi)接觸器、繼電器等配合完成啟停及切換，熱備的兩臺(tái)PLC時(shí)刻不間斷地交換PLC數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運(yùn)行周期緩慢，長(zhǎng)達(dá)150多毫秒；而且，PLC控制方式存在著很大安全隱患風(fēng)險(xiǎn)，PLC軟件組態(tài)修改繁瑣；歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)警、打印曲線等功能較弱，不利于事件分析。如19年8月份，該廠發(fā)生多次主電機(jī)異常事件（歷史趨勢(shì)如圖2所示），空預(yù)器運(yùn)行中主電機(jī)異常跳閘，另一臺(tái)電機(jī)聯(lián)啟失敗，導(dǎo)致空預(yù)器跳閘?，F(xiàn)場(chǎng)檢查電源、PLC、各電氣元件、電機(jī)均正常，由于無(wú)追憶功能，無(wú)法判斷事故原因，只能在停機(jī)期間對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)電氣元件進(jìn)行更換，但設(shè)備隱患一直無(wú)法根除。

圖2 改造前空預(yù)器電機(jī)異常切換

2）空預(yù)器主電機(jī)工頻運(yùn)行電氣跳閘后，啟動(dòng)輔電機(jī)變頻運(yùn)行，此切換過(guò)程中，電機(jī)被空預(yù)器帶著轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于發(fā)電機(jī)運(yùn)行，易產(chǎn)生大電流使變頻器跳閘，導(dǎo)致切換失敗，空預(yù)器跳閘。

2 改造方案

改造后的空預(yù)器電機(jī)控制系統(tǒng)與主機(jī)DCS一體化控制，具有數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、控制輸出、設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警、歷史趨勢(shì)、事故歷史追憶、日志及報(bào)表打印功能，以及具備GPS時(shí)鐘功能。針對(duì)切換過(guò)程中易失敗的問(wèn)題，將原有工頻切變頻的邏輯改為工頻切工頻，簡(jiǎn)化中間切換過(guò)程，提高成功率。

2.1 就地空預(yù)器電機(jī)控制柜配置及內(nèi)部布置方案

就地控制柜內(nèi)部接線由原來(lái)的柜內(nèi)PLC控制改為DCS控制，可以對(duì)柜內(nèi)接線進(jìn)行優(yōu)化，改造后的柜內(nèi)接線如下圖3所示。

圖3 改造后空預(yù)器電機(jī)控制回路圖

2.2 邏輯組態(tài)

邏輯組態(tài)在原邏輯組態(tài)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，根據(jù)廠家說(shuō)明書(shū)，確定了以下邏輯方案（含操作畫(huà)面）。

2.2.1 畫(huà)面部分

空預(yù)器3014畫(huà)面，原空預(yù)器主輔電機(jī)操作畫(huà)面改為如圖4所示，主輔電機(jī)各新增變頻操作畫(huà)面和工頻操作畫(huà)面，在風(fēng)煙和送引風(fēng)機(jī)畫(huà)面刪除了操作界面，留有空預(yù)器主輔電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和空預(yù)器主輔電機(jī)電流顯示。

圖4 改造后的空預(yù)器電機(jī)控制畫(huà)面

2.2.2 空預(yù)器主電機(jī)變頻

以空預(yù)器A主電機(jī)為例，AB側(cè)邏輯設(shè)計(jì)一致，主輔電機(jī)邏輯設(shè)計(jì)一致，改造后的空預(yù)器主電機(jī)變頻邏輯圖如圖5所示。

圖5 改造后空預(yù)器主電機(jī)變頻邏輯

1）啟允許?？疹A(yù)器A主電機(jī)變頻未報(bào)故障時(shí)，空預(yù)器A導(dǎo)向軸承溫度和支撐軸承溫度合適（均低于70℃），且空預(yù)器輔電機(jī)未運(yùn)行；

2）無(wú)聯(lián)鎖啟條件，與改造前一致；

3）手動(dòng)停。與改造前一致，運(yùn)行人員在操作畫(huà)面上可手動(dòng)停；

4）新增保護(hù)停條件：當(dāng)出現(xiàn)空預(yù)器A主電機(jī)變頻故障信號(hào)時(shí)，保護(hù)?？疹A(yù)器A主電機(jī)。

2.2.3 空預(yù)器主電機(jī)工頻

如圖6為改造后空預(yù)器主電機(jī)工頻邏輯，具體如下：

圖6 改造后空預(yù)器主電機(jī)工頻邏輯

1）啟允許（以下條件滿(mǎn)足，運(yùn)行人員無(wú)法手動(dòng)啟工頻，只能由聯(lián)鎖啟動(dòng)）。空預(yù)器A主電機(jī)工頻未報(bào)故障時(shí)，空預(yù)器A導(dǎo)向軸承溫度和支撐軸承溫度合適（均低于70℃）；

2）停允許：空預(yù)器A入口煙氣溫度低于200℃；

3）聯(lián)鎖啟條件（以下條件任一條滿(mǎn)足即可）；

（1）主電機(jī)的變頻切工頻：空預(yù)器A主電機(jī)變頻已運(yùn)行時(shí)，空預(yù)器A主電機(jī)變頻轉(zhuǎn)速到達(dá)信號(hào)延時(shí)5 s聯(lián)鎖啟動(dòng)空預(yù)器A主電機(jī)工頻；

（2）主輔電機(jī)之間工頻切工頻：空預(yù)器A主電機(jī)投備用時(shí)，空預(yù)器A輔電機(jī)工頻停，無(wú)延時(shí)，聯(lián)鎖啟空預(yù)器A主電機(jī)工頻；

4）保護(hù)停：空預(yù)器A主電機(jī)工頻故障。

2.3 動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)

2.3.1 變頻切工頻試驗(yàn)

在對(duì)1號(hào)機(jī)組空預(yù)器電機(jī)控制進(jìn)行改造后，電氣和熱控專(zhuān)業(yè)進(jìn)行了動(dòng)靜態(tài)調(diào)試，以主電機(jī)為例，多次進(jìn)行主電機(jī)的變頻切換至工頻的操作，如圖7所示，2020年2月11日15：04：28啟空預(yù)器A主電機(jī)變頻方式運(yùn)行，15：06：37空預(yù)器A變頻轉(zhuǎn)速到達(dá)信號(hào)為1，5s后聯(lián)啟空預(yù)器A主電機(jī)工頻，?？疹A(yù)器A主電機(jī)變頻。變頻切工頻試驗(yàn)成功。

圖7 改造后的空預(yù)器主電機(jī)切換試驗(yàn)

2.3.2 工頻切工頻試驗(yàn)

該試驗(yàn)為主輔電機(jī)之間的工頻切工頻。如圖7所示，2020年2月11日15：07：50空預(yù)器A主電機(jī)工頻方式運(yùn)行，?？疹A(yù)器A主電機(jī)工頻，無(wú)延時(shí)，聯(lián)鎖啟空預(yù)器A輔電機(jī)工頻；15：08：44，?？疹A(yù)器A輔電機(jī)工頻，無(wú)延時(shí)，聯(lián)鎖啟空預(yù)器A主電機(jī)工頻。試驗(yàn)證明工頻切工頻邏輯設(shè)計(jì)的正確性。

3 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目實(shí)施后，1號(hào)機(jī)組空預(yù)器電機(jī)控制系統(tǒng)采用Ovation DCS控制方式，并入1號(hào)機(jī)組DCS控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了空預(yù)器電機(jī)控制與主機(jī)DCS的一體化控制，在1號(hào)工程師站組態(tài)維護(hù)，并在集控室進(jìn)行集中監(jiān)控，滿(mǎn)足1號(hào)機(jī)組連續(xù)安全生產(chǎn)的需求，解決PLC產(chǎn)品老化等問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制、監(jiān)控畫(huà)面顯示、參數(shù)越限報(bào)警、事件記錄、趨勢(shì)圖等功能。操作畫(huà)面、組態(tài)方式與主機(jī)DCS相一致，減少操作人員和維護(hù)人員的工作量。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，可供同類(lèi)型機(jī)組空預(yù)器電機(jī)控制和DCS一體化改造參考。