國(guó)華臺(tái)電600MW 機(jī)組撈渣機(jī)控制系統(tǒng)改造與應(yīng)用

丁 博

(廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，廣東 臺(tái)山529228)

0 引言

臺(tái)山電廠機(jī)組撈渣機(jī)經(jīng)過15 年的運(yùn)行，控制系統(tǒng)設(shè)備逐漸老化，部分元器件甚至停產(chǎn)，導(dǎo)致設(shè)備故障頻繁，維護(hù)困難。國(guó)內(nèi)外許多電廠輔機(jī)控制系統(tǒng)在原PLC 就地控制設(shè)備老化的情況下，將其改造為DCS 控制，方便簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，運(yùn)行穩(wěn)定。臺(tái)山電廠在機(jī)組大修時(shí)，將撈渣機(jī)控制系統(tǒng)改造為DCS 控制，改造后的控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，運(yùn)行人員操作簡(jiǎn)易，檢修人員維護(hù)方便。

1 撈渣機(jī)系統(tǒng)概況

臺(tái)山電廠撈渣機(jī)為英國(guó)克萊德公司提供的埋刮板撈渣機(jī)；正常排渣量為4.91 t/h，異常工況時(shí)最大可帶20 t/h；控制系統(tǒng)采用AB 公司的SLC500 系列PLC 就地控制，通過通訊模塊與DCS 通訊提供到OT的報(bào)警信息。該套系統(tǒng)對(duì)撈渣機(jī)本體的啟停、調(diào)速及所有配套的閥門進(jìn)行控制，并且儲(chǔ)存有大量邏輯，實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)條件的動(dòng)作。控制系統(tǒng)內(nèi)部多用開關(guān)量作為撈渣機(jī)運(yùn)行控制策略，運(yùn)行人員無法監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，不能判斷撈渣機(jī)運(yùn)行狀況，在出現(xiàn)異常工況時(shí)也難以提前預(yù)控和實(shí)時(shí)干預(yù)，不利于運(yùn)行安全。

近幾年曾多次出現(xiàn)過撈渣機(jī)異常跳閘及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)異常、油壓波動(dòng)、轉(zhuǎn)速與渣量不匹配，排渣情況不佳引起鍋爐降負(fù)荷的現(xiàn)象。由于控制系統(tǒng)是AB 公司封裝的“黑匣子”結(jié)構(gòu)，造成對(duì)系統(tǒng)缺乏深入的了解，出現(xiàn)故障時(shí)分析起來非常困難。長(zhǎng)期運(yùn)行后，原系統(tǒng)中的很多配套設(shè)備已經(jīng)停用但未拆除，但是這些設(shè)備老化故障觸發(fā)的報(bào)警依然會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成影響，控制系統(tǒng)故障次數(shù)呈逐步增高趨勢(shì)，近五年故障次數(shù)為4 次/年；而且 AB LOGIX500 系列 PLC 已停產(chǎn)，面臨著撈渣機(jī)PLC 卡件損壞后無備件可換的情況。

撈渣機(jī)一旦故障停運(yùn)必須爭(zhēng)分奪秒排除故障，否則鍋爐將限負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將被迫停爐停機(jī)，因此有必要對(duì)撈渣機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，降低故障次數(shù)，提高機(jī)組安全運(yùn)行系數(shù)。

2 控制系統(tǒng)改造

撈渣機(jī)改造后運(yùn)行原理是通過接觸器控制撈渣機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)油泵電機(jī)運(yùn)行，建立油壓；同時(shí)通過比例控制模塊輸出信號(hào)給電液伺服閥，控制油管路進(jìn)油量，來驅(qū)動(dòng)撈渣機(jī)頭部行星齒輪，帶動(dòng)鏈條運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行。

此次改造，硬件部分是去除就地的PLC 控制系統(tǒng)，保留原來的控制接觸器、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、比例控制模塊、 油泵比例調(diào)節(jié)閥等電氣元件和動(dòng)力電纜，重新敷設(shè)就地設(shè)備至DCS 控制電纜。按照新要求，在DCS 上組態(tài)撈渣機(jī)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)撈渣機(jī)系統(tǒng)的DCS 控制。

2.1 供電電源改造

原供電電源取自380 V 動(dòng)力柜供電至就地配電柜，變壓后作為控制系統(tǒng)電源，和電機(jī)等設(shè)備公用一個(gè)電源。改造時(shí)，考慮供電可靠性，選自電子間鍋爐配電柜UPS 220 V 直接供電給控制系統(tǒng)，保證供電安全。所有控制系統(tǒng)用電全部來自UPS，原有的供電系統(tǒng)拆除。

2.2 液壓驅(qū)動(dòng)及啟停控制改造

原有的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是通過PLC 繼電器回路控制主油泵、冷卻風(fēng)扇等電機(jī)的接觸器閉合。

改造后，撈渣機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)主油泵、鏈條張緊油泵和冷卻風(fēng)扇使用原有380 V 動(dòng)力電源回路供電，啟動(dòng)指令通過DCS 指令繼電器接入電機(jī)控制接觸器輔助觸點(diǎn)C1 和C2，接觸器閉合，動(dòng)力回路導(dǎo)通，從而使驅(qū)動(dòng)油站液壓油泵和冷卻風(fēng)扇的電機(jī)運(yùn)行。

撈渣機(jī)驅(qū)動(dòng)油站啟動(dòng)指令宜采用短指令，長(zhǎng)指令會(huì)增加DCS 負(fù)荷率；啟動(dòng)指令可以通過主油泵接觸器的常開觸點(diǎn)C1，搭設(shè)啟動(dòng)自閉合保持回路，使指令一直寄存，保持閉鎖；然后再串入停止指令，形成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟停回路，如圖2 所示。

圖1 主設(shè)備控制原理

圖2 指令自閉和控制原理

2.3 轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制優(yōu)化

原來撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速采用就地PLC 控制，速度控制時(shí)根據(jù)撈渣機(jī)渣量多少，運(yùn)行人員人工判斷，手動(dòng)增加轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，自動(dòng)化水平較低。改造后，通過分析及優(yōu)化相關(guān)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了撈渣機(jī)運(yùn)行全程控，如圖3 所示。

改造后，撈渣機(jī)鏈條速度可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。撈渣機(jī)預(yù)設(shè)給定正常運(yùn)行速度為1.6 cm/s，再比較實(shí)際反饋速度與給定值的差值，送入PID 控制器，使DCS卡件輸出4 ～20 mA 電流到就地控制柜的Parker 電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換模塊輸出0 ～10 V 到比例控制模塊，比例控制模塊再控制液壓驅(qū)動(dòng)油泵的比例調(diào)節(jié)閥，進(jìn)而控制液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)油量以達(dá)到調(diào)速的效果。在檢測(cè)到主油泵啟動(dòng)信號(hào)前，DCS 應(yīng)始終送出4 mA 信號(hào)。在特殊工況時(shí)，可解開自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，通過操作員站手動(dòng)增減速度，如圖4 所示。

改造后，啟動(dòng)時(shí)無需在就地通過電位計(jì)來緩慢調(diào)節(jié)撈渣機(jī)速度，只需要在操作員站遠(yuǎn)方增加轉(zhuǎn)速指令，變速調(diào)節(jié)，如圖5 所示。

圖4 撈渣機(jī)鏈條轉(zhuǎn)速控制原理圖

圖5 電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊功能圖

2.4 撈渣機(jī)保護(hù)取消與增加情況

(1)由于液壓驅(qū)動(dòng)油站油壓開關(guān)不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油壓，不利于判斷油泵運(yùn)行情況，所以需要增加驅(qū)動(dòng)油壓變送器，在邏輯里增加≥10 MPa 時(shí)報(bào)警信號(hào)，有利于運(yùn)行人員做出判斷。

(2)由于采用了DCS 控制撈渣機(jī)轉(zhuǎn)速，在DCS 畫面可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速，鏈條斷鏈報(bào)警開關(guān)失去了存在意義。改造后，取消鏈條斷鏈報(bào)警開關(guān)，在邏輯里增加轉(zhuǎn)速低報(bào)警，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于0.2 cm/s 時(shí)報(bào)警。

(3)原有的溫度開關(guān)控制液壓驅(qū)動(dòng)油站冷卻風(fēng)扇啟停，不能實(shí)時(shí)反映油箱溫度，不利于運(yùn)行人員判斷就地工況。在油箱原位置將溫度開關(guān)更換為熱電阻，在邏輯中增加液壓油箱油溫≥45 ℃時(shí)啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇運(yùn)行，≤40 ℃時(shí)停止冷卻風(fēng)扇運(yùn)行的邏輯判斷。

(4)液壓油站的油箱油位低和低低報(bào)警保留，仍舊通過液位開關(guān)送至DCS，作為報(bào)警和油泵跳閘的條件。

(5) 將UPS 來的220 V 供電通過就地控制柜上的急停按鈕，作為就地?fù)圃鼨C(jī)緊急停機(jī)按鈕，以此作為撈渣機(jī)急停控制。

3 改造效果分析

將PLC 控制改為DCS 控制后，徹底解決故障率較高、設(shè)備老化等問題，系統(tǒng)故障次數(shù)由原來的4 次/年(近5 年)降到0 次，提高了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

運(yùn)行人員可以在DCS 上實(shí)時(shí)看到撈渣機(jī)運(yùn)行所有數(shù)據(jù)，更好做出判斷和預(yù)控，更可以全程控?fù)圃鼨C(jī)啟停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，省去了原來經(jīng)常到就地調(diào)節(jié)，提高了自動(dòng)化水平還降低了手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。日常運(yùn)行油壓保持平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速還可以根據(jù)渣量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，滿足《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程 DL/T657—2015》的要求。

4 結(jié)語

撈渣機(jī)由就地PLC 控制改為DCS 控制后，取得了成功，自動(dòng)化水平得到提高，重要輔機(jī)可靠性和機(jī)組安全性得到了提升。該項(xiàng)目的改造成功，使600MW機(jī)組的撈渣機(jī)控制策略得到較大的發(fā)展，也為其他電廠的輔機(jī)就地PLC 改為DCS 控制提供了借鑒。