燃气轮机电厂天然气调压站ESD 电磁阀安全性分析龙智睿1 黄郦胤21.浙江国华余姚燃气发电有限责任公司 浙江 宁波 3154002.中国电建集团湖北工程有限公司工程建设公司/调试分公司 湖北 武汉 430061作者简介:龙智睿㊁性别:男㊁出生年月日:1984.09.29㊁毕业日期和毕业学校㊁最后学位:2013年江西理工大学士学位㊁工作单位:浙江国华余姚燃气发电有限责任公司㊁职务职称:工程师㊂ʌ摘 要ɔESD 阀即为Emer g enc y shunt down 阀门是紧急切断阀㊂要求在紧急情况下迅速关闭,防止重大事故的发生㊂由于这个特性所以对ESD 阀电磁阀的供电电源的可靠性要求非常高㊂ESD 电磁阀采用24VDC电源,运行中保持得电常开状态,机组在正常运行中如果电磁阀突然失电,ESD 阀会快速关闭,截断机组供气,导致机组跳闸㊂ʌ关键词ɔESD ;电磁阀;安全;冗余ʌ中图分类号ɔTH137.52 ʌ文献标识码ɔB ʌ文章编号ɔ2095-588X (2019)-03-0217-010 引言浙江国华余姚燃气发电公司(下称余姚电厂)主设备采用S 209FA 燃气-蒸汽联合循环发电机组,包括2台GE 公司9F 级燃气轮机发电机组,1台D 11型蒸汽轮机发电机组,2台美国DELTAK 公司生产的三压㊁再热㊁无补燃㊁自然循环㊁卧式余热锅炉㊂整套联合循环发电设备控制系统由一套分散控制系统(OVATION )㊁三套Mark VI 控制系统组成,采用机㊁炉㊁电及网控集中控制方式,通过对机组的数据采集(DAS)㊁模拟量控制(MCS )㊁顺序控制(SCS )㊁电气系统控制(ECS )㊁汽机旁路与其它辅助系统以及余热锅炉等的控制,以实现整套机组的负荷协调控制㊂1 系统设备现状余姚电厂调压站ESD 阀电磁阀供电电源回路从380V 事故保安段B 段引出220VAC 接到调压站控制柜内,经过UPS 之后接到220VAC 转24VDC 模块,接到ESD 阀电磁阀㊂未设立双冗余电源回路㊂余姚电厂调压站ESD 阀电磁阀使用的是一个两位三通单控电磁阀,不具备线圈失电保位功能(ESD 是紧急切断阀,要求在紧急情况下迅速关闭),当电磁阀线圈故障时,会导致阀门误动作㊂2 ESD电磁阀线圈供电电源优化分析调压站ESD 电磁阀采用24VDC 电源,运行中电磁阀线圈保持得电阀门打开,电磁阀线圈失电阀门关闭,ESD 电磁阀供电无冗余配置,机组运行中线圈一旦失电阀门就会快速关断,存在较大隐患㊂调压站ESD 阀电磁阀线圈电源增加一路24VDC 冗余供电电源㊂从厂区PC A 段引出220VAC ,通过220VAC 转换24VDC 电源转换模块和原供电回路一起接入24VDC 电源冗余模块,形成冗余,给调压站ESD 阀电磁阀线圈供电㊂选择冗余模块紧凑型通用电源确保了系统的最高有效性㊂采用SFB技术(选择性熔断技术),可在12ms 内发出6倍于额定电流的电流,从而可靠㊁快速地触发标准断路器㊂电源选择性地断开故障电源通道,从而将故障限制在一定范围内,而重要的系统部分仍可继续运行㊂通过对输出电压和电流的持续监视,可提供全面的诊断功能㊂预防性功能监视将使关键的操作模式可视化,并在发生故障前将其记录在控制单元中㊂3 ESD 电磁阀冗余优化分析:3.1 ESD 电磁阀的选择:两位三通:一个进气口P ㊁一个出气口A ㊁一个排气口R ㊂单控电磁阀:是通过控制电磁线圈的电流通断以及弹簧作用,来控制阀芯的运动,达到控制阀的开闭㊂当线圈得电时阀芯克服弹簧力,弹簧压缩,进气口P 与出气口A 联通㊂当线圈失电时阀芯在弹簧力的驱动下复位,出气口A 与排气口S 联通㊂双电控电磁阀:通过两侧电磁线圈的得电㊁失电来控制开闭,当一个线圈失电,另一个未得电时可以保持阀芯不动,称为有记忆功能的阀㊂当正线圈得电时阀芯向正线圈侧移动,进气口P 与出气口A 联通,出气口B 与排气口R2联通㊂当负线圈得电时阀芯向负线圈侧移动,进气口P 与出气口B 联通,出气口B 与排气口R1联通㊂余姚电厂ESD 的执行机构为气动执行机构,弹簧返回型㊂由于ESD 是紧急切断阀,要求在紧急情况下迅速关闭的特性,所以必须选择单缸进气的气缸,和单控两位三通电磁阀㊂进气开阀,关闭时靠弹簧可以满足迅速关闭阀门的要求㊂双控电磁阀虽然具有保位功能,但是不能满足迅速关闭阀门的要求㊂3.2 ESD电磁阀控制气源回路优化:ESD 阀电磁阀冗余优化后,双电磁阀同时得电,气缸进气,阀门打开,双电磁阀同时失电,气缸排气,阀门关闭,详见图1㊂3.3 冗余电磁阀的安全性分析 由于现场使用的是单控两位三通电磁阀,线圈得电,气缸进气,阀门打开,线圈失电,气缸排气,阀门关闭,所以误动的情况只可能发生在阀已经打开时㊂使用双电磁阀冗余后主电磁阀得电的动作控制ESD 阀的开启,冗余电磁阀同时得电处于进气状态备用,当主电磁阀故障失电气路切换,冗余电磁阀的进气通过切换气路后的主电磁阀进入ESD 阀气缸,保证ESD 阀依然处于开状态,可以成功的防止ESD 阀门误关闭,安全性明显提高㊂图1 ESD 阀双电磁阀冗余后原理图一般ESD 阀电磁阀举动的原因有:工作压差超标㊁密封环失效㊁电气失效㊁异物等㊂天然气电厂ESD 阀电磁阀使用的介质是天然气,因工作压差超标导致拒动的可能性极低㊂现场环境属于正常环境,在电磁阀安装时注意密封圈的安装工艺,保持电磁阀与气缸结合面的清洁可以有效降低因密封环失效导致ESD 阀拒动的可能性㊂由于ESD 阀是失电关阀,在关阀时电气失效导致拒动的可能性为零㊂在开阀时,电磁阀冗余可以降低电气失效导致拒动的可能性㊂介质进入电磁阀前经过滤网,定期清理㊁更换滤网能有效的降低电磁阀因异物导致ESD 阀拒动的可能性㊂3.4 ESD 电磁阀误动与拒动防范措施分析:四㊁定期检查并紧固主要设备接线端子,并测量出电压是否正常㊂五㊁预防试检修对存在隐患的空气开关及时更换㊂六㊁加强巡回检查工作管理,及时发现ESD 阀电磁阀线圈㊁24VDC 转换模块㊁电源切换模块等长期带电运行设备的故障,并及时处理㊂七㊁定期更换电磁阀八㊁定期更换减压阀九㊁定期清理或更换滤网十㊁定期做电源切换实验㊂十一㊁定期更换ESD 阀电磁阀及线圈㊂4 性能试验余姚电厂对调压站ESD 阀冗余优化后,进行多项相关性能试验如下:模拟ESD 阀电磁阀供电冗余电源一路故障实验㊂ESD 阀正常开启时,断开从厂区PC A 段来的供电,ESD 阀保持开启状态,阀门正常㊂断开从380V事故保安段B 段来的供电,ESD 阀保持开启状态,阀门正常㊂实验合格㊂模拟ESD 阀双电磁阀其中一个电磁阀线圈故障失电实验㊂断开主电磁阀线圈电源,主电磁阀失电气路切换,备用电磁阀状态保持,持续供气,ESD 阀保持开启状态,阀门正常㊂断开备用电磁阀线圈电源,备用电磁阀失电气路切换,主电磁阀状态保持,持续供气,ESD 阀保持开启状态,阀门正常㊂实验合格㊂5 结束语目前浙江省内燃机电厂调压站大多数采用就地PLC 控制方式,ESD 电磁阀采用24VDC 电源,运行中保持得电常开状态,监督检查发现部分机组ESD 电磁阀供电无冗余或冗余配置不合理的问题存在较大隐患㊂ESD 电磁阀线圈供电电源及控制气源回路冗余优化可以降低电磁阀误动的可能性,增加ESD 阀使用的可靠性㊂参考文献[1] 中国华电集团公司编.大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书:设备及系统分册[M ].北京:中国电力出版社,2009.712 探索科学 2019年3月 科学与探讨。
