天然气调压站PLC控制系统改造

王 路

（福建晋江天然气发电有限公司，福建晋江 362200）

0 引言

某电厂建有4套GE公司S109 FA型燃气-蒸汽联合循环发电机组，通过燃料控制系统将天然气与空气混合燃料进行发电。天然气经中海油LNG站送到天然气调压站系统。调压站的主要作用是将LNG末站来的天然气过滤、调压后送至每台机组，配置有1台入口紧急切断阀ESD、计量单元、4台机组紧急切断阀ESD、管线及控制系统PLC等设备，调压站管路及紧急切断阀布置如图1所示。ESD是燃料紧急切断阀，机组正常运行保持常开，只有紧急情况才关闭。该阀属于气动阀，从安全方面考虑，将气动阀设计成得电、得气开启，失电、失气关闭，可在特殊情况下紧急切断燃料，保证安全。为防止误动取消就地事故按钮，现该阀还留有远程、就地、远程紧急按钮三种操作方式[1]。

图1 调压站管路及紧急切断阀布置图

1 改造背景

天然气调压站控制系统是建厂初期产品，配备1套施耐德Modican PLC控制系统，系统采用Modicon（140-CPU 671 60）控制器，配置为DI、DO、AI、AO模块，上位机画面采用RS485通信协议与OVATION DCS通信实现数据监视。调压站控制系统于2008年投入运行，迄今投运时间已经超过12年。PLC硬件老化系统不稳定。该类型PLC控制器等主要模块已经停产，无法采购相关备件，检修维护不便。

DCS对现场阀门采用硬接线控制，设计较为繁琐，中间环节多，误动风险大。并且PLC与DCS通信不稳定，时常出现远程通信中断等现象，影响调压站系统的监视和操作。

2 现状分析

2.1 PLC及ESD阀电源配置分析

原PLC及ESD阀电源布置如图2[2]所示。ESD电源配置UPS不间断电源供电，调压站控制系统用户少，蓄电池容量小，在交流电完全丢失后蓄电池可维持约1 h供电。UPS电源取自集控380 V PC A/B段，经双电源切换装置后供电。

图2 PLC模块电源布置

调压站控制系统PLC电源虽然采用UPS供电，但从电源配置的安全方面考虑仍存在隐患：UPS上级电源未设置真正双电源，而简单采用电源切换模块后单母线供电，且UPS输入未设置交流电源失压告警。当UPS上级电源AC 220 V母线或空气空开QF1故障，未能及时发现处理，蓄电池耗尽，会造成UPS失电，导致PLC控制器失电，远程失去控制、监视，ESD电磁阀因失电阀门关闭，切断燃料量。

调压站紧急切断阀ESD电磁阀采用DC 24 V电压供电，所有阀门的电磁阀电源均取自同一24 V母线，当24 V母线或电磁阀电源空开故障，会造成双电磁阀同时失电，ESD阀关闭，切断燃料。且电磁阀未设置失电告警，日常无法监视电磁阀带电状态。另外机组ESD电源与照明、空调、可燃气体检测及计量回路取自同一母线，亦为隐患。

2.2 ESD阀配置及气源分析

为提高ESD阀可靠性，调压站所有ESD阀均配置双气源、双电磁阀。从实际的配置分析发现未能真正实现双气源、双电源。两路气源均取自同一根仪用空气母管，当控制气源母管故障，会造成两路气源同时丢失，ESD阀失气关闭，切断燃料量。

3 技术改造

3.1 控制系统PLC升级改造

控制系统在保持原有功能不变的基础上，对控制系统设备、网络及软件进行优化升级，升级成与DCS一致的OVATION专家级控制系统。控制器采用艾默生公司的最新型OCR1100型DPU，与机组共享Dell公司生产的当前主流的工控机，在完全翻译现有控制系统软件基础上，进行二次开发，重新组态一套具有OVATION特色的上下位机软件[3]。

控制室增加一个带DPU的OVATION控制柜，原PLC柜拆除，保留需用的控制电缆。新控制柜就位后，电缆直接接至新增的OVATION机柜，根据I/O列表接线施工。操作系统和OVATION软件无需更新，需对现有DCS画面进行相应编译调整优化，对调压站数据库点名和控制逻辑进行组态。监视画面在1号机组上位机实现，其它机组通过映射也可进行监视，重要I/O信号加入历史点，以便后续查询趋势。增加各ESD阀及安全切断阀的阀位故障判断逻辑，正确识别出阀门的实际状态并进行相关报警。

升级后的OVATION控制柜电源为满足25项反措中关于DCS系统电源的相关规定，从调压站MCC控制柜双电源切换装置进线处分别引出调压站DCS电源1和调压站DCS电源2，接入新改造的“调压站DCS控制柜”内给DCS控制系统单独供电，实现DCS供电电源独立冗余，如图3所示。

图3 新增DCS控制系统电源

3.2 调压站PLC电源模块技改

根据25项反措要求，严禁非分散系统用电设备接到分散控制系统的电源装置上，因此需要将ESD阀供电电源单独剥离出来。为真正实现PLC系统双电源供电，需在原有电源配置基础上增加两路电源、一个UPS、一个整流器、一组蓄电池，实现双电源、双母线、双空开。电源取自不同机组的不间断电源系统及集控保安段，提高电源的可靠性。两路电源分别从1、3号机组UPS取。另外在UPS电源输入端分别装设电源失压告警继电器KA1和KA2，可实时监视输入电源供电情况，彻底消除调压站PLC控制系统UPS失电的风险，如图4所示。

图4 PLC电源模块技改

3.3 ESD阀电磁阀及气源改造

由于ESD阀供电电源无冗余电源回路，电源可靠性低。为真正实现ESD阀双电磁阀、双气源配置，在原有配置基础上增加一路仪用气，一条DC 24 V母线。电磁阀电源分别从DC1 24 V及DC2母线上取，实现ESD阀电磁阀1、2独立供电，电磁阀1由气源1供气、电磁阀2由气源2供气，另外在电磁阀1、2处加装失压告警继电器KA3、KA4，实时监视电磁阀带电情况，发现故障电磁阀，彻底消除ESD阀失电、失气风险，如图5所示。

图5 ESD阀双电源、双气源技改

4 结语

调压站PLC控制系统升级改造为Ovation专家控制系统，大大提高了系统的稳定性和经济性。Ovation DCS控制系统采用更先进设计理念和更尖端的科技，相对PLC控制系统更加安全、可靠，自动化程度高，同时具有更强的历史数据功能。晋江燃气电厂1—4号机余热锅炉采用Ovation DCS系统，热控维护人员及运行操作人员熟悉该系统，非常容易上手。

调压站能否可靠工作，直接关系到机组可靠安全运行。通过技改供电系统硬件可靠性虽提高了，但日常的维护和运行操作仍需加强。日常维护应加强蓄电池性能监视，确保交流电源失效时蓄电池可维持供电不小于30 min。双电源模块应定期切换，保证可靠切换。运行方面应熟悉ESD阀就地操作，当电源模块故障时可将ESD切至就地保持常开，并加强远程及紧急按钮的管理防止人为误操作。调压站系统属于公用系统，一旦出问题将影响多台甚至全厂机组的安全运行，在日常的设备维护和运行操作方面应做到万无一失。