小型汽輪機一鍵掛閘系統(tǒng)改造與應(yīng)用

黃光偉

（福建省福能龍安熱電有限公司 福建寧德 355208）

0 引言

目前多數(shù)國產(chǎn)小型汽輪機組自動化水平較低，控制邏輯不完善，無法實現(xiàn)遠程一鍵掛閘及自動控制，而許多大中型汽輪機多具備此功能。為滿足電力企業(yè)集中控制的要求，降低運行人員勞動強度，需對小型汽輪機一鍵掛閘系統(tǒng)進行改造。本文介紹17.1 MW 國產(chǎn)小型背壓汽輪機DEH 控制系統(tǒng)一鍵掛閘的改造方案及改造后的應(yīng)用情況。

1 改造前的設(shè)備狀況及存在問題

1.1 設(shè)備簡介

龍安熱電公司鍋爐選用華西能源工業(yè)股份有限公司設(shè)計生產(chǎn)的150 t/h 高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐，DCS 采用杭州和利時自動化有限公司設(shè)計生產(chǎn)的MACS V6 系統(tǒng)。#1 汽輪機組是杭州汽輪機股份有限公司設(shè)計生產(chǎn)的HNG40/40 新型背壓汽輪機，額定功率17.1 MW，額定轉(zhuǎn)速5 214 r/min，進汽額定壓力13.0 MPa，進汽額定溫度535 ℃，進汽額定流量150 t/h，排汽額定壓力1.6 MPa。汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要包含轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)字式調(diào)速器、電液轉(zhuǎn)換器、油動機和調(diào)節(jié)汽閥等部件，而速關(guān)組件是將調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的部分部件組合安裝在一起，其主要功能有就地啟、停機、遙控停機、速關(guān)閥聯(lián)機試驗等［1］。速關(guān)組件本體的結(jié)構(gòu)和外形見圖1。

圖1 速關(guān)組件結(jié)構(gòu)和外形圖

速關(guān)組件工作原理見圖2，在速關(guān)組件中設(shè)計有與原理圖相同的內(nèi)部油路。啟動油換向閥（1843）和速關(guān)油換向閥（1842）都是旋鈕換向閥，均在就地開啟主汽速關(guān)閥時使用［1］。只有當主汽速關(guān)閥完全開啟后，才允許投入調(diào)速器，然后沖轉(zhuǎn)汽輪機。

圖2 速關(guān)組件工作原理圖

1.2 改造前的基本狀況

當汽輪機需掛閘啟動時，運行人員必須在現(xiàn)場手動依次將速關(guān)油換向閥（1842）和啟動油換向閥（1843）的旋鈕逆時針方向旋轉(zhuǎn)90°，則速關(guān)油換向閥（1842）的P 與B、A 與T 形成通路。在壓力油E1 油壓作用下插裝閥DG16 關(guān)閉，切斷壓力油E1 與速關(guān)油E2 的通路，速關(guān)油E2 油壓為0，同時啟動油換向閥（1843）的P 與B 及A 與T 形成通路，于是啟動油F 建立油壓。當啟動油壓力上升到0.6 MPa 時，將速關(guān)油換向閥（1842）旋鈕順時針方向回旋90°，使速關(guān)油換向閥（1842）復位，則P與A、B 與T 形成通路，于是DG16 開啟，壓力油E1 與速關(guān)油E2 形成通路，使速關(guān)油E2 建立壓力，待速關(guān)油E2 壓力穩(wěn)定后，再將啟動油換向閥（1843）復位，使F 與T 接通。由于啟動油換向閥（1843）回油口裝有節(jié)流孔板和可調(diào)針閥，因此主汽速關(guān)閥將會隨著啟動油的回油過程而逐漸開啟，此時才完成現(xiàn)場掛閘步驟［1］。

1.3 存在問題

（1）現(xiàn)場手動掛閘操作過于繁瑣，需要多人參與完成，且運行操作人員技能水平參差不齊，存在誤操作的風險。

（2）當機組事故跳閘后，無法快速重新掛閘，導致機組重新啟動時間較長，不利于事故應(yīng)急處置。

2 改造方案分析與實施

2.1 改造方案分析

通過對改造可行性研究分析，且基于目前電磁閥功能已較為完善，完全能滿足改造要求，決定利用電磁閥對掛閘油路進行控制，最終確定了遠程一鍵掛閘改造方案。

2.2 改造方案及實施

將速關(guān)組件上的啟動油換向閥和速關(guān)油換向閥拆除后，均更換為型號 Rexroth（MNR：R900561274 4WE6D62/EG24N9K4）的電磁閥。

從#1 電子間DEH 系統(tǒng)控制柜繼電器板敷設(shè)兩條規(guī)格為ZR-KVV-2*1.5 的控制電纜，分別接至啟動油換向電磁閥和速關(guān)油換向電磁閥，電磁閥電源均取自DEH 系統(tǒng)控制柜24 V電源端子排。

在DCS 工程總控原有控制邏輯基礎(chǔ)上增加一鍵掛閘控制邏輯。

（1）啟動油換向電磁閥控制方案為：設(shè)置是否自動掛閘選擇，當選擇自動掛閘，掛閘按鈕、所有閥門全關(guān)、汽輪機已跳閘和速關(guān)油壓低開關(guān)四個信號同時來時，啟動油換向電磁閥將得電通油，啟動油壓和速關(guān)油壓依次建立。設(shè)定建立啟動油壓所需時間，當啟動油壓力上升到0.6 MPa 后，自動釋放啟動油壓力，主汽速關(guān)閥自動開啟。

根據(jù)建立啟動油壓現(xiàn)場模擬試驗（試驗數(shù)據(jù)見表1），通過測量啟動油壓建立所需時間及主汽速關(guān)閥開關(guān)狀態(tài)，最終確定啟動油換向電磁閥得電通油時間為60 s。啟動油換向電磁閥控制邏輯見圖3。

圖3 啟動油換向電磁閥控制邏輯

表1 建立啟動油壓試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

（2）速關(guān)油換向電磁閥控制方案為：設(shè)置是否自動掛閘選擇，當選擇自動掛閘，機組DEH 開出打閘信號來時，速關(guān)油換向電磁閥得電，釋放速關(guān)油壓力，主汽速關(guān)閥自動關(guān)閉；當機組已跳閘信號來時，速關(guān)油換向電磁閥失電復位，速關(guān)油油路保持在通路狀態(tài)。當再次掛閘時，啟動油換向電磁閥得電建立啟動油后，速關(guān)油壓力也開始建立形成。速關(guān)油換向電磁閥控制邏輯見圖4。

圖4 速關(guān)油換向電磁閥控制邏輯

在DCS 工程總控的DEH 組態(tài)畫面中增加相應(yīng)一鍵掛閘操作按鈕。“一鍵掛閘”框內(nèi)增設(shè)“掛閘”、“啟動油”、“速關(guān)油”“手動掛閘”4 個按鍵，操作按鈕見圖5。

圖5 一鍵掛閘操作按鈕

（1）“一鍵掛閘”框中“啟動油”按鍵顯示灰色，說明啟動電磁閥處在“失電”“泄油”狀態(tài)；“啟動油”按鍵顯示紅色說明啟動電磁閥處在“得電”“通油”狀態(tài)。“速關(guān)油”按鍵顯示灰色說明速關(guān)電磁閥處在“得電”“泄油”狀態(tài)；“速關(guān)油”按鍵顯示紅色，說明速關(guān)電磁閥處在“失電”“通油”狀態(tài)。

（2）“一鍵掛閘”框中“手動掛閘”按鍵是只作為“自動掛閘”與“手動掛閘”切換按鍵。

（3）“一鍵掛閘”框中“掛閘”按鍵只作為自動掛閘時使用。

3 改造后的應(yīng)用情況

3.1 改造后的一鍵掛閘控制系統(tǒng)

一鍵掛閘控制系統(tǒng)分為2 種操作模式：遠程手動掛閘和遠程自動掛閘。

（1）遠程手動掛閘模式。運行人員通過在集控室點擊DEH畫面中“一鍵掛閘”框，檢查“手動掛閘”顯示應(yīng)為綠色，此時機組掛閘處于手動。如“速關(guān)油”按鍵處于失電狀態(tài)，則顯示紅色，此時“啟動油”應(yīng)顯示灰色，點擊“啟動油”按鍵，跳出“啟動油建立”確認框，點擊確認后，“啟動油”顯示紅色，此時啟動油壓和速關(guān)油壓依次開始建立。當DEH 畫面上端顯示“已掛閘”，方可點擊“啟動油按鍵”按鍵，跳出“啟動油泄油”確認框，確認后，啟動油開始泄油，主汽速關(guān)閥開啟，DEH 畫面上端“主汽門開”將會顯示紅色，此時已完成遠程手動掛閘步驟。

（2）遠程自動掛閘模式。運行人員通過在集控室點擊點擊DEH 畫面中“一鍵掛閘”框中“手動掛閘”按鍵，跳出“自動掛閘”確認框，點擊確認后，“一鍵掛閘”框中“手動掛閘”按鍵顯示紅色“自動掛閘”。再點擊“一鍵掛閘”框中“掛閘”按鍵，DEH系統(tǒng)將根據(jù)邏輯設(shè)定好的程序自動檢測“速關(guān)油”按鍵是否在失電狀態(tài)：若“速關(guān)油”按鍵在得電狀態(tài)，DEH 系統(tǒng)自動將“速關(guān)油”按鍵轉(zhuǎn)為失電狀態(tài)。DEH 系統(tǒng)將根據(jù)邏輯設(shè)定好的程序自動依次建立啟動油壓力和速關(guān)油壓力，60 s 后，系統(tǒng)將自動泄去啟動油，主汽速關(guān)閥也自動開啟，DEH 畫面上端“主汽門開”將會顯示紅色，此時已完成遠程自動掛閘步驟。

3.2 改造后的運行實踐

汽輪機一鍵掛閘系統(tǒng)投運兩年半以來，設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，提高了汽輪機組自動化程度，解決了原來啟動掛閘需要運行人員到現(xiàn)場操作的問題，降低了操作人員的工作量和誤操作風險。

4 結(jié)語

汽輪機一鍵掛閘系統(tǒng)改造取得良好效果，為同類機組的相關(guān)改造提供了有益的經(jīng)驗，也為公司汽輪機后續(xù)一鍵啟動改造奠定了堅實基礎(chǔ)。