汽輪發(fā)電機組遠程緊急停機系統(tǒng)

詹守權(quán)，張元華，鄭振海

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

近年來，鋼鐵、石化、電力等能源領域越來越多的工廠采用遠程集中監(jiān)控多臺汽輪發(fā)電機組，提高了生產(chǎn)效率。但是，采用這種控制方式汽輪發(fā)電機組現(xiàn)場無人值守，存在緊急情況時能否可靠停機的問題。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（以下簡稱“鲅魚圈分公司”）對其汽輪發(fā)電機組遠程集中監(jiān)控改造后，原有的多臺機組如干熄焦1、2機組，75 t高爐煤氣 1、2機組，TRT 1、2機組及燒結(jié)余熱機組等集中到5 km外的集控大樓進行控制，機組現(xiàn)場無人值守，發(fā)生緊急情況時會出現(xiàn)機組無法可靠迅速地停機，將對相關(guān)機組工作人員的人身和設備安全造成重大損害。

同時，由于各機組的汽輪機廠家不同，機組油路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，液壓管路改造方案均不同，要求每個機組有各自獨立的雙冗余停機液壓閥組。由于通訊距離較遠，電子控制部分必須為雙冗余控制。據(jù)此，鲅魚圈分公司經(jīng)過多次論證，研究開發(fā)了一套兼顧電子和液壓兩個方面、安全可靠的遠程緊急停機系統(tǒng)，實現(xiàn)了汽輪發(fā)電機組遠程緊急安全停機，提高了動力機組的安全可靠性。本文對此做一介紹。

1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要包括電子控制和液壓控制兩部分。電子控制部分為雙冗余方式，一種為PLC控制方式，另外一種為開關(guān)量光纖中繼器控制方式。集控室側(cè)將緊急停機按鈕連接到PLC控制器及光纖中繼器上，通過光電通訊的方式同機組現(xiàn)場的緊急停機控制機柜進行通訊，機柜接收來自遠程集控室的控制指令，對機組現(xiàn)場的緊急停機閥組進行控制，實現(xiàn)遠程集控室對現(xiàn)場機組緊急停機裝置的控制。電子部分每個控制器均采用完全獨立的兩路直流24 V供電，系統(tǒng)供電完全冗余，任何部件發(fā)生故障都不會影響控制系統(tǒng)緊急停機的功能。

液壓控制部分采用專門設計集成的雙冗余停機電磁閥組，并且針對不同機組設計不同的油路改造方案。各機組停機電磁閥組的供電、電子控制信號、液壓驅(qū)動都獨立于現(xiàn)有的機組停機裝置，雙冗余停機閥組中任意一路電磁閥動作，機組均會停機，確保關(guān)鍵時刻可靠停機。遠程緊急停機系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 遠程緊急停機系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Remote Emergency Stop System

1.1 電子控制裝置

遠程緊急停機系統(tǒng)電子控制裝置的主要部件為PLC控制器及光纖中繼器。遠程緊急停機系統(tǒng)控制器通訊連接方式如圖2所示。

圖2 遠程緊急停機系統(tǒng)控制器通訊連接方式Fig.2 Communication Mode of Controller for Remote Emergency Stop System

PLC控制器通過以太網(wǎng)通訊，遠程集控室側(cè)控制器設為主站，機組現(xiàn)場側(cè)控制器設為從站，接收來自遠程集控室緊急停機按鈕的停機信號，控制現(xiàn)場液壓停機電磁閥組。參考PLC說明數(shù)據(jù)通過專用軟件進行編程，增加光電轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)以太網(wǎng)和光纖的信號轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)長距離的通訊。光纖中繼器是將開關(guān)量信號進行遠距離傳輸?shù)目刂破?，遠程集控室側(cè)接收緊急停機按鈕的停機信號，機組現(xiàn)場側(cè)控制液壓停機電磁閥組。

1.2 液壓控制裝置

遠程緊急停機系統(tǒng)液壓控制裝置采用專門定制的雙冗余停機電磁閥組，閥組中的停機電磁閥組件和放大滑閥組件型號分別為SDHE-D751/2和LIDA-3；單向隔離閥組件型號為CKEB-XCN；其他相關(guān)組件均按對各機組實際測繪和液壓后定制。液壓電磁閥組停機時間在200 ms以內(nèi)。

停機電磁閥互為冗余配置，任意一個電磁閥動作均可停機，電磁閥動作時間不超過50 ms，流量不小于每個機組液力計算流量（不小于60 L/min），最高壓力35 MPa。電磁閥電壓等級為直流24 V,采用雙冗余供電且?guī)фi存功能。停機電磁閥動作后，需現(xiàn)場確認具備啟機條件且按下電磁閥復位按鈕后方可使電磁閥復位，提高了機組的安全性。

放大滑閥本身流通能力不小于每個機組液力計算流量（不小于60 L/min），最高壓力35 MPa。

其他液壓停機閥組件對外所有接口均采用不銹鋼材料，閥塊采用45#碳鋼電鍍材料，管道接口為不銹鋼材料。遠程緊急停機系統(tǒng)液壓部分工作原理如圖3所示。

圖3 遠程緊急停機系統(tǒng)液壓部分工作原理圖Fig.3 Working Principle Diagram for Hydraulic Part to Remote Emergency Stop System

2 系統(tǒng)的安裝

遠程緊急停機系統(tǒng)須控制多臺汽輪機組，由于各汽輪機廠家不同，汽輪機安全油路和液壓接口均不相同，且結(jié)構(gòu)復雜，有些機組屬于煤氣現(xiàn)場，需特殊定制防爆電磁閥。另外，緊急停機系統(tǒng)為遠程控制，必須保證控制信號穩(wěn)定傳輸。因此，從液壓設備安裝、油路管道改造和光纖敷設等方面采取了如下措施。

（1）液壓設備安裝方面：考慮到遠程緊急停機系統(tǒng)的重要性以及機組在長時間運行時振動較大，將液壓裝置安裝在汽輪機一側(cè)，并定制專門支架同地面固定，提高裝置的可靠性及穩(wěn)定性。

（2）油路管道改造方面：遠程緊急停機系統(tǒng)需要改造不同汽輪機的安全油路，依據(jù)現(xiàn)有的液壓管路，通過對每臺機組進行實際測繪和液壓計算后，制定專門的改造方案，并合理布局，精確設計改造后油路。TRT機組只需關(guān)閉快切閥即可使機組安全停機，75 t高爐煤氣機組和燒結(jié)余熱機組需關(guān)閉機組主汽門和調(diào)速汽門才可使機組安全關(guān)閉。

（3）光纖敷設方面：將緊急停機按鈕集中安裝在遠程集控室操作臺上，便于操作。選用單模雙芯光纖來保證長距離通訊信號傳遞的穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)測試結(jié)果

對遠程緊急停機系統(tǒng)進行了靜態(tài)測試和動態(tài)測試，均能夠可靠、迅速地卸壓安全油，實現(xiàn)了汽輪發(fā)電機組安全停機；并進行了PLC控制器和光纖中繼器冗余停機方式切換試驗，這兩種停機方式下也都實現(xiàn)了可靠而迅速地停機；進行的冗余電源切換試驗能夠保證在任何部件發(fā)生故障時，該系統(tǒng)都可以發(fā)出停機信號，且停機反應時間均在設計范圍內(nèi)。各機組測試結(jié)果見表1。

表1 各機組測試結(jié)果Table 1 Test Results of Each Generating Unit

機組停機后，進行了遠程緊急停機系統(tǒng)復位功能試驗。現(xiàn)場確認機組安全停機情況下，按動復位按鈕后再次啟動機組，復位功能正常。

4 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司針對汽輪機組遠程集中監(jiān)控后現(xiàn)場無人值守問題，研究開發(fā)了一套可靠的遠程緊急停機系統(tǒng)，包括電子控制部分和液壓部分，并成功實施了安裝。該系統(tǒng)實現(xiàn)了供電冗余、控制回路冗余及現(xiàn)場液壓停機電磁閥組冗余，能夠在液壓裝置電磁閥、控制回路裝置及供電系統(tǒng)任何部件發(fā)生故障時安全停機，提高了動力機組的安全可靠性。該遠程緊急停機系統(tǒng)對鋼鐵、石化和電力領域動力機組遠程集中控制、保證機組的安全性方面有很大的借鑒意義。