燃氣輪機電廠天然氣調壓站ESD電磁閥安全性分析

龍智睿 黃酈胤

1.浙江國華余姚燃氣發電有限責任公司 浙江 寧波 315400

2.中國電建集團湖北工程有限公司工程建設公司/調試分公司 湖北 武漢 430061

0 引言

浙江國華余姚燃氣發電公司(下稱余姚電廠)主設備采用S209FA燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，包括2臺GE公司9F級燃氣輪機發電機組，1臺D11型蒸汽輪機發電機組，2臺美國DELTAK公司生產的三壓、再熱、無補燃、自然循環、臥式余熱鍋爐。整套聯合循環發電設備控制系統由一套分散控制系統(OVATION)、三套Mar k VI控制系統組成，采用機、爐、電及網控集中控制方式，通過對機組的數據采集(DAS)、模擬量控制(MCS)、順序控制(SCS)、電氣系統控制(ECS)、汽機旁路與其它輔助系統以及余熱鍋爐等的控制，以實現整套機組的負荷協調控制。

1 系統設備現狀

余姚電廠調壓站ESD閥電磁閥供電電源回路從380 V事故保安段B段引出220 VAC接到調壓站控制柜內，經過UPS之后接到220 VAC轉24 VDC模塊，接到ESD閥電磁閥。未設立雙冗余電源回路。

余姚電廠調壓站ESD閥電磁閥使用的是一個兩位三通單控電磁閥，不具備線圈失電保位功能(ESD是緊急切斷閥，要求在緊急情況下迅速關閉)，當電磁閥線圈故障時，會導致閥門誤動作。

2 ESD電磁閥線圈供電電源優化分析

調壓站ESD電磁閥采用24 VDC電源，運行中電磁閥線圈保持得電閥門打開，電磁閥線圈失電閥門關閉，ESD電磁閥供電無冗余配置，機組運行中線圈一旦失電閥門就會快速關斷，存在較大隱患。

調壓站ESD閥電磁閥線圈電源增加一路24 VDC冗余供電電源。從廠區PC A段引出220 VAC，通過220 VAC轉換24 VDC電源轉換模塊和原供電回路一起接入24 VDC電源冗余模塊，形成冗余，給調壓站ESD閥電磁閥線圈供電。

選擇冗余模塊緊湊型通用電源確保了系統的最高有效性。采用SFB技術(選擇性熔斷技術)，可在12 ms內發出6倍于額定電流的電流，從而可靠、快速地觸發標準斷路器。電源選擇性地斷開故障電源通道，從而將故障限制在一定范圍內，而重要的系統部分仍可繼續運行。通過對輸出電壓和電流的持續監視，可提供全面的診斷功能。預防性功能監視將使關鍵的操作模式可視化，并在發生故障前將其記錄在控制單元中。

3 ESD電磁閥冗余優化分析：

3.1 ESD電磁閥的選擇:兩位三通:一個進氣口P、一個出氣口A、一個排氣口R。

單控電磁閥:是通過控制電磁線圈的電流通斷以及彈簧作用，來控制閥芯的運動，達到控制閥的開閉。

當線圈得電時閥芯克服彈簧力，彈簧壓縮，進氣口P與出氣口A聯通。當線圈失電時閥芯在彈簧力的驅動下復位，出氣口A與排氣口S聯通。

雙電控電磁閥:通過兩側電磁線圈的得電、失電來控制開閉，當一個線圈失電，另一個未得電時可以保持閥芯不動，稱為有記憶功能的閥。

當正線圈得電時閥芯向正線圈側移動，進氣口P與出氣口A聯通，出氣口B與排氣口R2聯通。當負線圈得電時閥芯向負線圈側移動，進氣口P與出氣口B聯通，出氣口B與排氣口R1聯通。

余姚電廠ESD的執行機構為氣動執行機構，彈簧返回型。由于ESD是緊急切斷閥，要求在緊急情況下迅速關閉的特性，所以必須選擇單缸進氣的氣缸，和單控兩位三通電磁閥。進氣開閥，關閉時靠彈簧可以滿足迅速關閉閥門的要求。雙控電磁閥雖然具有保位功能，但是不能滿足迅速關閉閥門的要求。

3.2 ESD電磁閥控制氣源回路優化:ESD閥電磁閥冗余優化后，雙電磁閥同時得電，氣缸進氣，閥門打開，雙電磁閥同時失電，氣缸排氣，閥門關閉，詳見圖1。

3.3 冗余電磁閥的安全性分析 由于現場使用的是單控兩位三通電磁閥，線圈得電，氣缸進氣，閥門打開，線圈失電，氣缸排氣，閥門關閉，所以誤動的情況只可能發生在閥已經打開時。使用雙電磁閥冗余后主電磁閥得電的動作控制ESD閥的開啟，冗余電磁閥同時得電處于進氣狀態備用，當主電磁閥故障失電氣路切換，冗余電磁閥的進氣通過切換氣路后的主電磁閥進入ESD閥氣缸，保證ESD閥依然處于開狀態，可以成功的防止ESD閥門誤關閉，安全性明顯提高。

圖1 ESD閥雙電磁閥冗余后原理圖

一般ESD閥電磁閥舉動的原因有:工作壓差超標、密封環失效、電氣失效、異物等。天然氣電廠ESD閥電磁閥使用的介質是天然氣，因工作壓差超標導致拒動的可能性極低。現場環境屬于正常環境，在電磁閥安裝時注意密封圈的安裝工藝，保持電磁閥與氣缸結合面的清潔可以有效降低因密封環失效導致ESD閥拒動的可能性。由于ESD閥是失電關閥，在關閥時電氣失效導致拒動的可能性為零。在開閥時，電磁閥冗余可以降低電氣失效導致拒動的可能性。介質進入電磁閥前經過濾網，定期清理、更換濾網能有效的降低電磁閥因異物導致ESD閥拒動的可能性。

3.4 ESD電磁閥誤動與拒動防范措施分析:

四、定期檢查并緊固主要設備接線端子，并測量出電壓是否正常。

五、預防試檢修對存在隱患的空氣開關及時更換。

六、加強巡回檢查工作管理，及時發現ESD閥電磁閥線圈、24 VDC轉換模塊、電源切換模塊等長期帶電運行設備的故障，并及時處理。

七、定期更換電磁閥

八、定期更換減壓閥

九、定期清理或更換濾網

十、定期做電源切換實驗。

十一、定期更換ESD閥電磁閥及線圈。

4 性能試驗

余姚電廠對調壓站ESD閥冗余優化后，進行多項相關性能試驗如下:

模擬ESD閥電磁閥供電冗余電源一路故障實驗。ESD閥正常開啟時，斷開從廠區PC A段來的供電，ESD閥保持開啟狀態，閥門正常。斷開從380V事故保安段B段來的供電，ESD閥保持開啟狀態，閥門正常。實驗合格。

模擬ESD閥雙電磁閥其中一個電磁閥線圈故障失電實驗。斷開主電磁閥線圈電源，主電磁閥失電氣路切換，備用電磁閥狀態保持，持續供氣，ESD閥保持開啟狀態，閥門正常。斷開備用電磁閥線圈電源，備用電磁閥失電氣路切換，主電磁閥狀態保持，持續供氣，ESD閥保持開啟狀態，閥門正常。實驗合格。

5 結束語

目前浙江省內燃機電廠調壓站大多數采用就地PLC控制方式，ESD電磁閥采用24 VDC電源，運行中保持得電常開狀態，監督檢查發現部分機組ESD電磁閥供電無冗余或冗余配置不合理的問題存在較大隱患。ESD電磁閥線圈供電電源及控制氣源回路冗余優化可以降低電磁閥誤動的可能性，增加ESD閥使用的可靠性。