冗余電磁閥的氣路聯接改造設計

黃 亮

（杭州華電半山發電有限公司，杭州 310000）

0 引言

能源高效的使用是推動人類社會進步發展的基石，熱力發電機組極大促進了電-熱能源的聯合使用。安全運行是各類發電裝置設計的前提，在保證發電系統安全的情況下，提高系統運行效率和煤炭一次能源的高效轉換是亟待解決的問題。電磁閥作為工業生產自動化重要的執行元件，配合不同電路可實現不同控制目標，保證了系統運行的精確性和靈活性[1]。調壓站系統天然氣控制閥門對于燃氣－蒸汽聯合循環發電系統的穩定運行十分關鍵，電磁閥的廣泛使用是基于其控制的穩定性和精確性，作為天然氣控制系統安全聯鎖互保系統最終的執行單元，冗余電磁閥控制保證了發電系統的安全、穩定、準確運行。

杭州華電半山發電有限公司燃機一期3 臺390MW 燃氣－蒸汽聯合循環發電機組于2005 年正式投產發電。調壓站系統天然氣進口緊急切斷閥0GV9401 是一期3 臺機組進氣總閥，所有3 臺機組的進氣全部由它控制。單電磁閥控制風險主要由電磁閥線圈故障、電子室空開故障、電磁閥閥體故障、氣源壓力不足、電磁閥接線松動、氣源管意外脫落、工人誤操作、端子箱工作時短路、減壓閥故障、作業不熟練、崗位技能不足和作業流程不規范等造成。

如果閥門誤關，將導致3 臺機組全部失氣跳閘。一臺機組熱啟動要花費人民幣10 萬元，3 臺機組跳閘，熱啟動費用將花費30 萬元，會造成較大的經濟損失和安全問題[2]。0GV9401 是氣動閥，儀用氣為天然氣，單電源單回路電磁閥控制，雙缸進氣，得電得氣開閥，失電失氣關閥。為解決上述閥門誤關問題，保證生產安全和經濟運行，本文提出一種新的控制回路，將單電源單電磁閥控制改造為雙電源雙電磁閥控制，避免由于控制回路或硬件故障造成誤關閥門。

圖1 電磁閥工作原理Fig.1 Working principle of solenoid valve

1 實施過程

0GV9401 是氣動閥，雙缸進氣，得氣開閥，失氣關閥。儀用氣為天然氣，管線中天然氣降壓至1MPa 后進入氣動閥控制管路，分別通過過濾減壓閥和電磁閥，輸出控制氣動放大器動作。氣動閥控制管路直接連接氣動放大器，進而往氣缸進氣，驅動氣動閥工作。該閥由單電源單回路電磁閥控制，電磁閥得電開閥，失電關閥。電磁閥故障，控制回路接線松動、老化，電磁閥失電都會導致閥門誤動作，造成機組跳閘。誤跳閘會對機組的安全性、經濟性和穩定性帶來重大隱患[3]。采用雙控回路后，進一步提高了系統的安全性。開閥時，只要一個電磁閥得電動作，氣動閥就會開啟，保證了閥門正常按指令操作。只有當兩個電磁閥同時失電時，閥門才會關閉，一個電磁閥失電，閥門位置保持不變，避免了因電源或者電控回路意外導致閥門誤關，確保了機組真正需要關斷緊急切斷閥0GV9401 時，閥門才動作，一個電磁閥誤動作時，閥門不動作，機組不跳閘。

氣路連接改造問題一開始并沒有引起太多關注，大多數工業生產中采用常規的電磁閥冗余并聯方法。如圖1所示的按鈕信號一分二輸出至兩塊DO 卡件；AB 段各取一路電源分別串接DO 輸出，送至就地電磁閥；在原先電磁閥進出口管路各增加一個三通，新增一個電磁閥與之并聯。在調試時，發現普通并聯模式不適用電磁閥氣路冗余改造，當其中一路電磁閥失電時，長排儀用氣，從而造成較大的浪費，達不到理想目標，顯然并聯思路并不能解決上述問題。

如圖1 所示，電磁閥的工作原理為當電磁閥得電時，AB 接通，BC 斷開，儀用氣通過AB 口至氣缸，進氣開閥；當電磁閥失電時，AB 斷開，BC 接通，氣缸內儀用氣通過BC 排放，失氣關閥。

按照常規并聯方法連接電磁閥，如圖2 所示。

進一步對常規并聯電磁閥進行分析如下：

圖2 常規并聯電磁閥Fig.2 Conventional parallel solenoid valve

1）電磁閥1、電磁閥2 都得電，儀用氣通過A1B1、A2B2 進氣，開閥。

2）電磁閥1、電磁閥2 都失電，氣缸內儀用氣通過B1C1、B2C2 排氣，關閥。

3）電磁閥1 得電，電磁閥2 故障失電，儀用氣通過A1B1 進氣，開閥。但是，同時通過B2C2 排氣，儀用氣一直泄漏。

4）電磁閥1 故障失電，電磁閥2 得電，儀用氣通過A2B2 進氣，開閥。同理，儀用氣一直通過B1C1 泄漏。

雙電磁閥并聯的模式，雖然能達到雙路控制的目標，但是當一個電磁閥失電時，另一個電磁閥在排氣，這樣誤動作時，雖然能保機組但損耗大量天然氣。顯然，并聯方法并不適用冗余電磁閥連接改造，不能解決閥門誤關問題。于是，修改了設計思路，采用了非常規的串聯方式連接電磁閥。電磁閥1 的出口連接后面電磁閥2 的排氣口，這樣可以保證無論是兩個電磁閥得電，或者任意一個電磁閥得電，氣動閥都能進氣開閥、失氣關閥，而且儀用氣不會泄漏，有效避免了閥門誤關問題。修改后的電磁閥連接方式如圖3 所示。

對圖3 所述方法進行分析如下：

a）電磁閥1、電磁閥2 都得電，儀用氣通過A2B2 進氣，開閥；而此時B2C2 斷開，所以A1B1C2 這路儀用氣被封閉在管道里，不起作用，不會造成泄漏。

b）電磁閥1、電磁閥2 都失電，氣缸內儀用氣通過B2C2B1C1 的路徑，一直通到C1 口排氣，關閥。

c）電磁閥1 得電，電磁閥2 故障失電，此時C2B2 接通，儀用氣通過A1B1C2B2 路徑進氣至氣缸，開閥。

d）電磁閥1 故障失電，電磁閥2 得電，儀用氣通過A2B2 進氣，開閥，電磁閥1 不起作用，因為B2C2 斷開，所以B1C1 管道內無氣，不會造成泄漏。

通過非常規的串聯方式連接電磁閥，在降低了單個電磁閥控制緊急切斷閥0GV9401 風險情況下，進一步解決了調壓站0GV9401 由單回路控制的安全隱患，并減少了儀用氣的損失。

2 實施效果

通過本文所設計的電磁閥串聯方式實現了雙電磁閥冗余控制，保證了雙電磁閥得失電，或者單電磁閥得失電的情況下，控制閥門開關的精準性和安全性；同時，保證不會發生儀用氣泄漏的問題。非常規的串聯方式連接電磁閥保證了兩個電磁閥進氣與排氣相互制約和互鎖，既達到了設計目的，也防止了天然氣外泄，保證了安全又節能。在改造過程中，還發現對氣管路的氣密性要求是非常高的，采用國產的卡套和儀表管有泄漏現象，后采用全部進口卡套和接頭才解決這一問題。

在實際應用中，經過5 個月的跟蹤調查，并未出現氣源管路泄漏問題，電磁閥運行正常。該方法在重要氣動閥實現雙回路冗余控制上有較強應用價值。

3 結束語

本文對燃氣－蒸汽聯合循環發電機組中，天然氣調壓站系統天然氣進口緊急切斷閥0GV9401 冗余問題進行氣路聯接改造，采用非常規的電磁閥串聯連接方式，對電磁閥常規串聯和并聯設計進行分析，在此基礎上對非常規電磁閥串聯連接方式進行研究和分析，并在實際應用中證明所提聯接設計的有效性和可靠性。

圖3 非常規串聯方式Fig.3 Unconventional series connection

采用本文所述聯接設計可有效防止設備發生突發性故障，只要安排人員定期巡檢，就可以及時發現并處理電磁閥問題，減少了儀用氣浪費的同時，也極大降低了系統的故障率。