600MW机组循环水液压蝶阀控制方式稳定性优化

徐子拥

【摘 要】某厂#1、2机600MW超临界机组，采用海水冷却的单元制直流供水方式，每台机配有两台循环水泵，对凝汽器及闭式冷却水进行冷却，当任意一台循环水泵由于事故停运时，都会影响凝汽器真空，以及闭式冷却水的冷却效果，从而对机组正常运行造成严重影响。而循环水泵系统可能出现故障中的液压蝶阀故障是该厂急需解决的对象，以减少机组运行中存的安全隐患。

【关键词】液压蝶阀；控制方式；电源失电；优化措施

中图分类号： TM621 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）12-0035-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.015

1 改造前背景

两台600MW超临界机组均采用海水开式直流供水系统，两台机共用一座露天布置的循环水泵平台，每台机组配置两台循环水泵。其系统流程为：引水明渠（海水引入）→进水前池→循环水泵房→压力供水管→凝结器→虹吸井→自流暗沟→排水口。

循环水系统配备有：循环水泵，液压油站系统，液压驱动出口蝶阀，旋转滤网，二次滤网，电机轴承冷却水升压水泵，冲洗水泵，栅栏清污机等配套设备。在此套系统中，液压油站包括电气控制柜、两台液压油泵，两个蓄能器，一个液压蝶阀，即循环水泵出口门。循环水的液压油站电气控制柜的安全稳定性对蝶阀控制来说尤为关键。

蝶阀控制柜露天布置，柜内包括380V油泵动力电源，220V电源、24V电源及PLC卡件布置在柜内。正常运行时380V动力电取自循环水MMC配电室，柜内PLC控制器的24V电源通过柜内的380V经过交直流电源转换器转换为直流直接为负载供电，同时对蓄电池进行浮充，使蓄电池一直处于备用状态。二者之间经过一个切换装置相互切换，当控制系统交流电源故障停电导致24V电源消失时，该切换装置自动切至备用状态的蓄电池方式，实现不间断供电；当24V电源恢复时需手动进行回切至主路供电。蓄电池可维持的时间30分钟，在此区间能保持阀门电器控制的供电和蝶阀状态的正常。

2 蝶阀控制方式及存在问题

本厂循环水泵设计为混流泵，联锁逻辑要求为：先开阀，阀开至15°时，泵再启动，蝶阀至90°全开时要在30秒内，否则视为泵启动失败，泵停阀门关至0°；正常运行时泵停同时关阀，先快关至15°，其目的是切断大部分水流，防治水泵倒转。15°至全关时为慢关，其作用是消除水锤压力在管网中产生的危害。油泵以及液压蝶阀的控制方式为电气柜内的PLC（可编程控制器）控制，现场各热控信号经PLC内逻辑判断后，进入DCS系统。根据液压系统内电磁阀状态的工作状态，分为“通电开阀，断电关阀”型和“通电开阀，通电关阀”型，该厂采用的是前者。

开阀：由用户DCS系统发出开发信号，液压油经过开阀电磁阀（24伏）进入蝶阀腔室，阀门开启至全开位。关阀：循环水泵停止同时，由用户DCS系统发出停泵信号，液压油经过关阀电磁阀（24伏）进而驱动阀门关闭至全关位，泵停。在此过程中蝶阀液压油自动补油压，油泵电机的启停由压力控制器控制，当系统压力低于设定下限时，油泵联启，达到设定上限时，油泵联停，使油压稳在一定范围内。

当循环水泵跳闸时，如其出口蝶阀不能联锁关闭，或正常运行时关阀电磁阀故障，蝶阀状态异常，都会导致进入凝汽器的冷却水压力及流量降低，进而导致凝汽器对低压缸排气的冷却效果急剧变差，真空下降，当机组真空降至-74.7KPa，联锁保护动作跳闸停机。

随着#1、2机组运行的年限增加，加之海边气候环境多变，设备易腐蚀，已严重影响柜内24V电源转换器的供电安全可靠性、供电电压品质、蓄电池的使用寿命以及故障时蓄电池供电持久力。目前此柜内内部装置元件较多，包括PLC，电源转换装置，切换装置和蓄电池等；空间小，接线复杂，其布置了380V，220V，24V电源，需要排查的故障点多，给故障分析处理造成很大困扰。因此，当液压蝶阀开关阀出现故障时，尤其是涉及到电气回路及控制回路故障时，检修维护人员需要立即前去就地排查故障，造成了排查故障耗时长，排除故障效率低，严重影响机组安全稳定运行。

3 控制改造方案策略

针对上述问题的存在，经研究决定采用智能电源系统，对循环水蝶阀控制柜内的热工设备进行独立供电，代替原设备出厂配套的老旧电源装置的供电方式，以便减小设备缺陷率。

3.1 新智能电源系统组成

ZR-24V智能电源系统由三部分组成：2个24V直流模块单元分居两侧、中间一个一个智能监控单元和电池单元。

该系统内部模块设计集成了均流控制电路，因此可以直接将2个电源并联使用，每个电源自动均衡分配負载电流，使得所有电源都工作在最优状态，整体寿命得到提高。并且由于2个电源模块可并行均流工作，所以系统能短时间提供2倍额定电流输出。

同时智能电源配有监控单元，液晶显示屏，可实现实时检测每个模块的输出电压、输出电流以及系统运行状态等各项参数，当系统出现异常情况时可及时告警并显示在液晶屏上，以便及时处理。

此电源系统还内置设有24V/7Ah蓄电池，该电池可以起到两个作用：一是提供短时备用输出。即使双路输出电源均失电的情况下，依然可以使系统正常工作一段时间，这就为维护人员去现场及时有效的查找并解决故障争取了宝贵时间；二是当24V系统有部分回路出现异常短路状况时，蓄电池可以提供较大的放大电流，确保短路的回路保险或空开立即断开，起到切除短路故障点的作用，使其余电路能够正常工作。

3.2 控制回路优化措施

根据优化改造方案，在用户端将原有柜内直流电源转换装置，供电切换装置，蓄电池及部分空余的端子排拆除，移除一部分空间。将直流电源用户重新整合接入新的端子并且布置在此空间内，使回路简单明了。

在供电端，新电源系统设计安装在#1、2机循环水电子间内。每台循环水泵对应加装一套ZR-24V智能电源系统，两台泵独立供电，保证供电可靠性。#1A循环水泵蝶阀电源系统的两个直流模块进线电源分别取自#1机循环水热力配电柜上的220V空开3K和4K，#1B泵电源系统的两路进线电源则取自7K和8K。同时此热力配电柜母线亦由两路电源供电，分别来自380V水处理1段和380V水处理2段，进一步增加了供电可靠性。

优化改造后的24V电源通过三条4x1.0的硬線电缆从循环水电子间送至就地蝶阀控制柜里，供PLC卡件、开关电磁阀、压力传感器、接近开关等设备使用。且该电缆外包裹蛇皮管并埋于电缆沟中，独立于动力电缆铺设埋放，防止后期电气电缆检修时被误挖断等。

3.3 DCS控制逻辑优化

ZR-24V智能电源装置具有以下特点：

（1）实时在线监测，能实时显示电压，负载电流、模块内部温度、运行状态等各项参数；

（2）提供声光报警，显示当前报警信息，查询历史报警内容，特别重要的是提供报警干接点输出；

（3）能瞬间提供2倍以上额定电流输出，在负载出现异常时可确保继电器电磁阀等正常动作；

（4）可提供电池大电流输出及后备功能（需要外接电池及充电管理模块）；

（5）电源模块之间无需切换装置，可实现自动均流工作方式，免去不必要设备，减小故障可能性；

（6）支持带电热插拔，更换单一模块简单便捷；

（7）监控单元采用彩色液晶屏显示，显示直观，可触摸操控，方便检修维护人员翻阅巡查。

介于之前电源故障时不能第一时间从上位机上看到报警信号，运行人员判断不了故障类别，且该套智能电源系统具有报警干接点输出的功能，因此我们将该功能予以充分利用。将电源装置的故障输出端子接到循环水电子间内模件柜IMDSI14开关量输入卡件上，引入DCS控制逻辑里，作为一个开关量报警信号，当系统出现故障报警时，运行及检修维护人员可以第一时间从操作画面上的蝶阀状态一栏中了解报警内容，清晰明了，快速判定故障点，免去不必要的排查，从而大大减少处理缺陷的时间。此外将报警信号引入DCS系统中，检修维护人员可随时查询数据库中的存储的事故报警记录等历史数据，方便总结相关经验，做好事故预想。

4 结束语

新智能电源系统由于处于室内环境，配有空调和抽湿机，可将所处温度控制在22℃-25℃之间，湿度控制在50%-65%之间，使设备处在合适的工作环境，从根本上解决了外界环境对此控制系统的外在影响，尤其是在恶劣环境下，如：台风天气，南方沿海的回南天天气，通常湿度大于90%。

经过此次电源优化改造后，机组运行一段时间的观察比较，蝶阀低压工作电源状态良好，并无以往类似故障再次发生，有效解决了上述问题，达到预期效果。另外该优化改造方案经过生产现场实际应用验证后得到认可，推理可适用于某厂其他类似控制系统，如输灰系统，除盐水等系统。同时也可以应用在其他重要的热工控制系统及控制设备的电力供应，如DCS、DEH、ETS等系统，大大减少检修维护量，维护费用等，达到一劳永逸的效果。