燃氣輪機CO2火災保護控制系統升級改造

朱 俊

(上海華電電力發展有限公司望亭發電分公司，江蘇 蘇州 215155)

1 原控制系統概述

上海華電電力發展有限公司望亭發電分公司兩臺燃機為美國GE公司生產的S109FA燃氣——蒸汽聯合循環發電機組，機組上配備的CO2火災保護系統是由美國Chemetron公司生產的帶Micro 1-EV型微處理器控制屏的自動滅火系統。該系統主要由CO2模塊、主控單元、熱敏式探測儀、壓力開關、電磁閥以及相關的閥門、噴嘴、連接管路組成。系統共分1區和2區兩部分，1區布置有10個熱敏式探測儀，2區布置4個，各分部在A，B兩側，當火災引起環境溫度升高，使A側和B側各有一個探測儀接點閉合動作時，觸發機組跳閘信號、停用1區和2區冷卻風機，并發出聲光報警，延時30 s觸發CO2系統噴射，進行1 min的初噴和30 min的續噴射將火災撲滅[1]。

2 改造前存在的問題

該公司兩臺燃機配套的CO2火災保護系統自機組2005年投產后使用至今，已經連續使用了15年，其核心控制單元——Micro 1-EV型控制器電路板組件已經出現不同程度的老化，其運算速度、安全穩定性已經完全不能適應目前機組運行的要求，給機組的安全穩定運行帶來了很大的隱患?，F把存在的問題歸納如下：

(1)CO2火災保護系統的核心控制單元Micro 1-EV 型控制器是高集成化的控制電路板組件，其板子上的微處理器、電容、二極管、固態繼電器等部件都出現不同程度的老化，某些元器件老化嚴重。目前，市面上該型號的產品早就停產，已經采購不到全新的備件。其控制器里的程序固化在微處理器內部，無法查看，更無法將程序拷出，即使有相同型號的備件也無法將程序直接拷入，需要逐條編譯，但目前沒有這樣的技術，而且Chemetron公司已被收購，無法找到對其產品的技術支持。

(2)CO2火災保護系統的控制箱與CO2模塊布置在一起，是布置在汽機房廠房外的露天布置[2]，其放水等級只是普通的防雨等級，機組投產時并未布置專門的防雨檐，在暴雨等惡劣天氣下會有少量水滲入控制箱內，使箱內的濕度變大，加速控制電路板的老化。

(3)熱敏式探測儀、控制電纜以及終端電阻等部件都是布置在燃機艙、燃料模塊、二號軸承區內，機組運行時的空間溫度在160～180 ℃，而且有些布置在高溫的管道附近，其工作溫度可能更高。由于長期工作在高溫的環境下，探測儀、控制電纜都發生了不同程度的老化，經常出現開路、接地等報警信號。

(4)原系統1區有10個探測儀，分為A，B兩側各5個，2區有4個探測儀，分為A，B兩側各2個，所有A側及B側的探頭都是并接，任意一個探頭短路只能通過測量判斷是A側還是B側短路，無法確定具體是哪一個探測儀短路，這給故障分析帶來很大不便。探測儀是依次并接，如果在某處發生開路，并接在后面的探測儀都將不起作用，而且對開路故障的查找也很不方便。

(5)控制柜內的電磁閥、噴射壓力開關以及電磁閥到初噴續噴閥之間的連接管路都出現了不同程度的老化，噴射時電磁閥漏氣、壓力開關卡澀、連接管路腐蝕嚴重等現象都存在。

(6)由于夏季高溫，該公司2號機組用來冷卻88BT風機電機軸承的噴水裝置的落水正好連續噴濺在CO2系統控制箱上部。由于水量大而且沒有防雨檐等遮擋設施，部分冷卻水滲入柜內。隨著環境溫度的升高和降低，這些水漬就在柜內蒸發和冷凝，正好滴在上部1區控制電路板的驅動輸出部分。雖然事后采取了烘干等措施，但控制電路板還是受到了影響，不定期地發生了幾次無規律的系統誤動作，嚴重影響機組的安全穩定運行。

3 改造方案

基于以上存在的問題，CO2火災保護控制系統的升級改造勢在必行。通過討論研究以及到其他電廠調研學習，最終決定采用南京消防器材股份有限公司生產的國產型低壓CO2火災保護控制系統來替代原來的美國進口產品。具體改造方案如下：

(1)棄用原來的Micro 1-EV型微處理器及其控制系統部件，采用西門子S7-1214型PLC為核心控制器，安全可靠性高、通用性強，便于對控制程序的查看分析、編輯修改和導入導出，硬件發生故障更換也非常方便。

(2)棄用原來的主控制箱，采用南京消防器材股份有限公司專用的T19-68型控制箱替代，更換I/O擴展模塊、控制電源、繼電器、按鈕開關、信號指示燈、蓄電池等所有箱內控制設備。

(3)新增7寸薄膜晶體管四線電阻式彩色液晶觸摸屏為人機界面(Human Machine Interface，HMI)，全中文界面，系統狀態、報警信息、歷史事件追憶等功能一目了然，操作簡便、直觀。

(4)新增一個故障打印機，直接與控制系統連接，可以設置自動打印和手動打印兩種模式，便于對故障的分析處理。

(5)對現場所有熱敏探測儀進行檢查校驗，對老化故障的進行更換。對手動釋放按鈕、隔離開關、聲光報警器、壓力開關、電磁閥等控制部件進行檢查測試，對老化故障的設備進行更換。

(6)把從電磁閥到噴射閥之間老化的橡膠管路全部更換為紫銅管，并在控制箱的上方制作專門的防雨檐，有效避免因下雨及其他因素造成水滴滲入控制箱內，導致設備損壞。

(7)更換1區和2區所有老化的耐高溫電纜，并增加部分耐高溫電纜，把原來A，B側探測儀并接的模式改為一對一的控制模式，即把每一個熱敏探測儀的信號都分別接入控制器，實現對每一個探測儀的實時監控，提高了系統的安全可靠性，同時也方便了對故障的分析和處理。

4 改造中所做的具體工作

(1)在機組停機期間完成具體的升級改造工作。在改造前編制了《燃氣輪機CO2火災保護控制系統升級改造安全技術措施》，并辦理了工作票，在施工過程中嚴格按照措施的要求進行施工。

(2)施工前先關閉CO2系統排放總門33FP-1A，拉掉控制系統電源，將觸發火災保護系統動作、機組跳閘、聯停風機的輸入輸出信號解除，防止改造過程中出現系統誤動作[3]。

(3)將電源線、輸入輸出信號線從原系統端子上拆下，全部做好標記。拆除老控制箱，安裝固定新的控制箱及其箱內所有電源、控制、信號、輸入輸出等設備，并在控制箱的上方制作一個專門的防雨檐，可以避免因下雨及其他因素造成水滴滲入控制箱內，導致設備損壞。

(4)把1區和2區14個熱敏探測儀拆下進行校驗檢查，對現場所有手動釋放按鈕、隔離開關、聲光報警器、壓力開關、電磁閥等控制部件進行檢查測試，對老化故障的設備進行更換。把從電磁閥到噴射閥之間老化的橡膠管路全部更換為紫銅管。

(5)拆除1區和2區所有熱敏探測儀到現場端子箱之間老化的電纜，全部更換為耐高溫電纜，并增加部分電纜，重新制作電纜穿線管敷設到主控制箱，實現對探測儀一對一的控制模式，提高系統的安全可靠性。

(6)裝復所有拆下以及檢查校驗的現場設備，恢復控制箱內電源、輸入輸出等外部信號的接線，并對系統內部的接線進行檢查核對，為系統上電調試做好準備。

(7)確認現場所有設備裝復、控制箱內接線按圖紙核對準確無誤后，對系統進行上電，啟動可編程邏輯控制器控制模塊，查看系統信息，檢查邏輯組態程序是否正確，檢查系統中各個設備的工作狀態是否正常，有無異常報警信號。

(8)確認系統內所有設備工作正常后進行系統的靜態調試工作。首先，釋放觸發火災保護系統動作、機組跳閘、聯停風機的輸入輸出信號。其次，對熱敏探測儀每一個單獨短接，查看系統狀態及聲光報警信息。再次，把A，B側兩個探測儀同時短接，檢查是否觸發CO2系統噴射，機組跳閘信號以及聯停88BT，88BD，88BN風機信號是否正常發出，聲光報警信號是否正常。最后，對手動釋放按鈕、隔離開關、壓力開關、電磁閥、閥門位置開關等信號都一一進行模擬測試，確保控制系統內顯示和設備實際狀態完全一致。

(9)系統靜態調試正常后進行CO2系統的實際噴射試驗。首先，確認1區和2區現場人員全都撤離，檢查燃機艙頂部重力擋板在開啟位置后，將燃機艙門關閉，打開CO2系統排放總門33FP-1A。其次，在控制器內將初噴和續噴的時間改為0.2 min和1.0 min，強制啟動88BT，88BD，88BN風機。在控制箱內將1區和2區A、B側各一個探頭同時短接，檢查機組跳閘信號是否發出，88BT，88BD，88BN風機是否停止，現場是否發出聲光報警信號。延時30 s觸發CO2系統初噴，檢查電磁閥、噴射閥是否都動正常動作，管道接頭處無CO2泄漏。0.2 min后進行CO2系統續噴，檢查電磁閥、噴射閥是否都動正常動作，11.0 min后噴射結束。把短接的信號恢復，改回噴射時間，對系統進行復位，到1區和2區查看CO2系統的噴射情況，查看重力擋板是否關閉，查看CO2液罐內CO2的消耗情況，確認CO2系統實噴正常。

(10)對燃機艙重力擋板進行復位開啟，將CO2罐體內的液體補充至90%以上，把現場及控制箱上所有的手動釋放按鈕全都做好鉛封，并加好保護罩，防止人員誤碰。在控制系統內檢查所有設備狀態正常，無異常報警信號，CO2火災保護系統恢復正常工作模式。

5 改造后的效果

CO2火災保護控制系統升級改造后，系統的可靠性得到極大的提升，機組運行中未再發生過因控制系統設備、回路老化而導致的開路、接地、短路等異常情況，系統的誤動作率降低到零，有效避免了機組非停事件的發生，保障機組設備的安全穩定運行。同時，把1區、2區所有熱敏探測儀改為一對一的控制模式，并增加了人機界面HMI以及故障打印機，實現了對每一個探測儀的實時監控，并且可以自動實時打印報警信息，對報警信號進行精確的歷史追憶，提升了整個系統的安全性和故障情況分析判斷的便捷性。

6 結語

通過對CO2火災保護控制系統的升級改造，使得整個系統在安全可靠性方面得到了極大的提升，避免了因控制器、電路板、電纜、探測儀等設備老化故障導致的系統誤動作，有效降低了機組非停事件的發生率，為機組的安全穩定運行奠定了堅實的基礎。