供热机组低压缸进汽调节阀控制器升级改造

韩国强,韩子赫

(华能国际电力股份有限公司上安电厂,河北 石家庄 050310)

随着科技的进步,电力行业的自动化程度快速提高,电力装备广泛应用控制器等自动化设备进行控制[1-4]。以下介绍某火电厂一次供热设备升级改造过程中,针对低压缸进汽调节阀发生4次不安全事件的情况,对机组低压缸进汽调节阀控制器进行技术改造,提高了系统性能,排除了控制器不稳定因素,实现了控制器可拆分管理,节省了改造基金,对电厂安全生产具有重大意义。

1 设备概况

某火电厂2台350 MW 供热机组低压缸进汽液控调节阀集高温蒸汽流量调节和智能检测、快速关闭功能于一体,选用高温蝶阀配以弹簧-液压传动装置与先进的液压控制系统、电气控制系统集合而成。该调节阀安装于汽轮机中、低压联通管上能够自动调整供热抽汽流量,保证向用户提供符合要求的供热抽汽压力。阀门控制站模拟量指令控制方式为自动方式下,给定中压缸排压力设定值,经过逻辑运算控制阀门开度。

低压缸进汽液控调节阀使用的控制器为阀门厂配套提供的小型DCS 模块,投产2年以来,累计发生4次调阀反馈蓝板、阀门切手动的不安全事件,分别为1号机组2018年11月8日1时44分;2号机组2017年12月22日11时47分、2019年12月8日17时36分、2020年2月12日23时38分。检查发现调阀控制器长时间高负荷运算,触发控制器故障报警,引起调阀切至手动,反馈显示错误。

2 设备存在的问题

2020年2月12日23时38分,2号机组监盘大屏幕显示“汽轮机低压缸进汽供热调节阀异常”,二级报警为:1号传感器故障、2号传感器故障、输入信号故障。阀切至手动且反馈变为蓝板-25%,异常前开度为24%,就地查看实际开度为24%,检查为阀控制器模件故障。2月13日2时12分,汽机专业配合将该阀低限机械限制在24%,2时16分对该阀控制器模件进行复位后故障消失,阀门恢复正常。通过原因排查,发现低压缸进汽调节阀控制器故障,导致调节阀1、2号传感器信号及输入指令无效,触发故障报警,具体情况分析如下。

a.低压缸进汽调节阀存在指令与反馈偏差大现象,长时间调节动作,导致该调门控制器长时间处于运算状态,增加控制器运算频率,致使控制器故障,控制器自带闭锁功能,触发故障报警,由图1调取调门投运过程中的指令与反馈曲线,发现调门长时间调节动作,控制器长时间处于运算状态,增加控制器运算负荷,触发故障报警。

b.低压缸进汽调门控制器PLC 为小型DCS控制回路,应用于1、2号机组低压缸进汽调节阀,已发生4次故障原因相同的不安全事件,故判断该调门控制器可靠性低,不适合应用于低压缸进汽调节阀等重要设备。

图1 调节阀长时间处于频繁调节状态

3 技术改造的实施方案

类比该火电厂其他机组低压缸进汽调节阀控制器运行稳定,未出现过故障的情况。改造前经过详细讨论、评估,利用2号机组停机检修机会,对调门控制器进行改型更换,彻底解决现有控制器可靠性低的隐患。

3.1 前期准备工作

查看其他机组控制程序,对照现场设备接线图和电气原理图,查阅资料,对每条控制语句进行解读分析。原控制器组态为模块化编程语言,根据2 号机组调节阀的具体功能修改现有程序,将快关功能改为快开,由于调节阀存在PID 调节控制,PLC 编程常用的梯形图无法实现复杂的调节运算,而是采用结构化文本语言控制程序,完成程序修改后下装至控制器。

3.2 中期改造工作

编写好控制器内部程序后,参考原有控制器的接线原理图,梳理现场阀门每个电磁阀的接线,并对所有继电器接线进行核对,记录每一根接线的功能与位置。在梳理完所有接线后,去除旧控制器的所有接线,然后安装新控制器,根据新电气原理图,完成DI、DO、AI、AO 接线。

3.3 后期调试工作

3.3.1 送电后报警信号调试

控制器送电后出现“2个传感器信号和输入信号故障”报警,查看图纸,检查回路接线,与5号机组(机组停备)比对,没有发现问题。将控制器安装至5 号机组,没有故障报警,说明控制器本身没有问题,接线存在问题。根据AB 控制器的接线图纸,经过仔细研究,发现对于同一控制器不同的接地方法对应不同的接线方式,对比5 号机组控制器接地方法,测量检查2 号机组,确实不同,这就影响了单端输出传感器和差分输出传感器的接线方式,于是按照图纸改变控制器接线见图2,控制器送电报警消失。

图2 AB PLC差分输出传感器端子接线示意

3.3.2 就地阀门静态调试

a.操作阀门开关指令,阀门实际动作完全相反,经查找原因为放大器指令的驱动电接反了。控制器指令是转换成-10～+10V 的驱动电压给到放大器的。经测量控制器到放大器的输出电压,开关指令确实正负相反,更改接线后慢开、慢关和快开功能试验正常。

b.操作调阀阶跃指令时(阀门开度100%,输出指令0%),阀门拒动调试。检查控制器本身或者内部程序,将控制器连接笔记本电脑,实时观察内部程序的运算过程和各个I/O 通道的输入输出值,发现控制程序显示,当阶跃性指令大于15 mA(即指令反馈偏差大于93.75%)时,控制程序触发一个闭锁功能,阀门指令无法发出。再次试验,测量控制器确实未发出指令信号,将组态内2处大于15 000,均改为大于20 500,解除阶跃性指令闭锁功能后,阀门动作正常。

3.3.3 试验项目调试

a.就地开关阀门。远方切至手动方式,就地慢开/慢关/快开。

b.远方操作阀门。远方操作站指令控制阀门,从0%～100%开关阀门(包括大幅度全开全关阀门);远方切至开关量控制方式,可操作慢开/慢关/快开,控制站模拟量输出跟踪实际反馈;远方快开操作。

c.联锁快开。当辅机故障减负荷(RUNBACK)时,快关电磁阀失电,阀门快开。

d.联锁开。手动供热切除,阀门无快开指令,阀门按5%速率开到100%。

e.异常试验。控制器断电,阀门保位;指令信号断线,阀门保位;LVDT1/LVDT2 反馈信号断线,阀门保位;拔出放大器卡件,阀门保位。

4 改造效果

a.可靠性提高。原控制器为小型DCS 控制模块,更换前累计发生4次低压缸进汽调门反馈蓝板的不安全事件,更换为先进的PLC 控制器后,新型控制器运行稳定,未出现过由于控制器故障引起的不安全事件。阀门自动调节稳定、准确、快速。

b.便于监控和维护。改造后新型控制器克服内部控制程序不可读,组态不透明等缺点,编程简单,可在线修改程序,实时监控组态运算结果和各输入、输出继电器运行状态,便于监控、维护。

5 结束语

某火电厂2号机组供热低压缸进汽调节阀使用小型DCS控制器,故障率高,严重影响供热系统安全运行,厂家对控制器程序保密,技术垄断,造成购买备件费用高昂。利用检修停机机会,通过技术攻关,破解控制器程序,在PLC 控制器中下装控制逻辑,完成控制箱配线设计和接线,经过反复调试试验,改造完成,阀门控制平稳、动作准确,且各项联锁功能正常,达到了预期效果。此项改造项目节省资金费用,并且打开了原有控制器“黑匣子”,为以后维护工作提供了技术基础,同时可为相似机组控制器改型提供参考。