冗余電磁閥的氣路聯(lián)接改造設(shè)計(jì)

黃 亮

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310000）

0 引言

能源高效的使用是推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步發(fā)展的基石，熱力發(fā)電機(jī)組極大促進(jìn)了電-熱能源的聯(lián)合使用。安全運(yùn)行是各類發(fā)電裝置設(shè)計(jì)的前提，在保證發(fā)電系統(tǒng)安全的情況下，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和煤炭一次能源的高效轉(zhuǎn)換是亟待解決的問(wèn)題。電磁閥作為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化重要的執(zhí)行元件，配合不同電路可實(shí)現(xiàn)不同控制目標(biāo)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的精確性和靈活性[1]。調(diào)壓站系統(tǒng)天然氣控制閥門對(duì)于燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行十分關(guān)鍵，電磁閥的廣泛使用是基于其控制的穩(wěn)定性和精確性，作為天然氣控制系統(tǒng)安全聯(lián)鎖互保系統(tǒng)最終的執(zhí)行單元，冗余電磁閥控制保證了發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、準(zhǔn)確運(yùn)行。

杭州華電半山發(fā)電有限公司燃機(jī)一期3 臺(tái)390MW 燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組于2005 年正式投產(chǎn)發(fā)電。調(diào)壓站系統(tǒng)天然氣進(jìn)口緊急切斷閥0GV9401 是一期3 臺(tái)機(jī)組進(jìn)氣總閥，所有3 臺(tái)機(jī)組的進(jìn)氣全部由它控制。單電磁閥控制風(fēng)險(xiǎn)主要由電磁閥線圈故障、電子室空開(kāi)故障、電磁閥閥體故障、氣源壓力不足、電磁閥接線松動(dòng)、氣源管意外脫落、工人誤操作、端子箱工作時(shí)短路、減壓閥故障、作業(yè)不熟練、崗位技能不足和作業(yè)流程不規(guī)范等造成。

如果閥門誤關(guān)，將導(dǎo)致3 臺(tái)機(jī)組全部失氣跳閘。一臺(tái)機(jī)組熱啟動(dòng)要花費(fèi)人民幣10 萬(wàn)元，3 臺(tái)機(jī)組跳閘，熱啟動(dòng)費(fèi)用將花費(fèi)30 萬(wàn)元，會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和安全問(wèn)題[2]。0GV9401 是氣動(dòng)閥，儀用氣為天然氣，單電源單回路電磁閥控制，雙缸進(jìn)氣，得電得氣開(kāi)閥，失電失氣關(guān)閥。為解決上述閥門誤關(guān)問(wèn)題，保證生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(guān)閥門。

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

1 實(shí)施過(guò)程

0GV9401 是氣動(dòng)閥，雙缸進(jìn)氣，得氣開(kāi)閥，失氣關(guān)閥。儀用氣為天然氣，管線中天然氣降壓至1MPa 后進(jìn)入氣動(dòng)閥控制管路，分別通過(guò)過(guò)濾減壓閥和電磁閥，輸出控制氣動(dòng)放大器動(dòng)作。氣動(dòng)閥控制管路直接連接氣動(dòng)放大器，進(jìn)而往氣缸進(jìn)氣，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)閥工作。該閥由單電源單回路電磁閥控制，電磁閥得電開(kāi)閥，失電關(guān)閥。電磁閥故障，控制回路接線松動(dòng)、老化，電磁閥失電都會(huì)導(dǎo)致閥門誤動(dòng)作，造成機(jī)組跳閘。誤跳閘會(huì)對(duì)機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性帶來(lái)重大隱患[3]。采用雙控回路后，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的安全性。開(kāi)閥時(shí)，只要一個(gè)電磁閥得電動(dòng)作，氣動(dòng)閥就會(huì)開(kāi)啟，保證了閥門正常按指令操作。只有當(dāng)兩個(gè)電磁閥同時(shí)失電時(shí)，閥門才會(huì)關(guān)閉，一個(gè)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(dǎo)致閥門誤關(guān)，確保了機(jī)組真正需要關(guān)斷緊急切斷閥0GV9401 時(shí)，閥門才動(dòng)作，一個(gè)電磁閥誤動(dòng)作時(shí)，閥門不動(dòng)作，機(jī)組不跳閘。

氣路連接改造問(wèn)題一開(kāi)始并沒(méi)有引起太多關(guān)注，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)中采用常規(guī)的電磁閥冗余并聯(lián)方法。如圖1所示的按鈕信號(hào)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(jìn)出口管路各增加一個(gè)三通，新增一個(gè)電磁閥與之并聯(lián)。在調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)普通并聯(lián)模式不適用電磁閥氣路冗余改造，當(dāng)其中一路電磁閥失電時(shí)，長(zhǎng)排儀用氣，從而造成較大的浪費(fèi)，達(dá)不到理想目標(biāo)，顯然并聯(lián)思路并不能解決上述問(wèn)題。

如圖1 所示，電磁閥的工作原理為當(dāng)電磁閥得電時(shí)，AB 接通，BC 斷開(kāi)，儀用氣通過(guò)AB 口至氣缸，進(jìn)氣開(kāi)閥；當(dāng)電磁閥失電時(shí)，AB 斷開(kāi)，BC 接通，氣缸內(nèi)儀用氣通過(guò)BC 排放，失氣關(guān)閥。

按照常規(guī)并聯(lián)方法連接電磁閥，如圖2 所示。

進(jìn)一步對(duì)常規(guī)并聯(lián)電磁閥進(jìn)行分析如下：

圖2 常規(guī)并聯(lián)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(guò)A1B1、A2B2 進(jìn)氣，開(kāi)閥。

2）電磁閥1、電磁閥2 都失電，氣缸內(nèi)儀用氣通過(guò)B1C1、B2C2 排氣，關(guān)閥。

3）電磁閥1 得電，電磁閥2 故障失電，儀用氣通過(guò)A1B1 進(jìn)氣，開(kāi)閥。但是，同時(shí)通過(guò)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(guò)A2B2 進(jìn)氣，開(kāi)閥。同理，儀用氣一直通過(guò)B1C1 泄漏。

雙電磁閥并聯(lián)的模式，雖然能達(dá)到雙路控制的目標(biāo)，但是當(dāng)一個(gè)電磁閥失電時(shí)，另一個(gè)電磁閥在排氣，這樣誤動(dòng)作時(shí)，雖然能保機(jī)組但損耗大量天然氣。顯然，并聯(lián)方法并不適用冗余電磁閥連接改造，不能解決閥門誤關(guān)問(wèn)題。于是，修改了設(shè)計(jì)思路，采用了非常規(guī)的串聯(lián)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(wú)論是兩個(gè)電磁閥得電，或者任意一個(gè)電磁閥得電，氣動(dòng)閥都能進(jìn)氣開(kāi)閥、失氣關(guān)閥，而且儀用氣不會(huì)泄漏，有效避免了閥門誤關(guān)問(wèn)題。修改后的電磁閥連接方式如圖3 所示。

對(duì)圖3 所述方法進(jìn)行分析如下：

a）電磁閥1、電磁閥2 都得電，儀用氣通過(guò)A2B2 進(jìn)氣，開(kāi)閥；而此時(shí)B2C2 斷開(kāi)，所以A1B1C2 這路儀用氣被封閉在管道里，不起作用，不會(huì)造成泄漏。

b）電磁閥1、電磁閥2 都失電，氣缸內(nèi)儀用氣通過(guò)B2C2B1C1 的路徑，一直通到C1 口排氣，關(guān)閥。

c）電磁閥1 得電，電磁閥2 故障失電，此時(shí)C2B2 接通，儀用氣通過(guò)A1B1C2B2 路徑進(jìn)氣至氣缸，開(kāi)閥。

d）電磁閥1 故障失電，電磁閥2 得電，儀用氣通過(guò)A2B2 進(jìn)氣，開(kāi)閥，電磁閥1 不起作用，因?yàn)锽2C2 斷開(kāi)，所以B1C1 管道內(nèi)無(wú)氣，不會(huì)造成泄漏。

通過(guò)非常規(guī)的串聯(lián)方式連接電磁閥，在降低了單個(gè)電磁閥控制緊急切斷閥0GV9401 風(fēng)險(xiǎn)情況下，進(jìn)一步解決了調(diào)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(shí)施效果

通過(guò)本文所設(shè)計(jì)的電磁閥串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)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(kāi)關(guān)的精準(zhǔn)性和安全性；同時(shí)，保證不會(huì)發(fā)生儀用氣泄漏的問(wèn)題。非常規(guī)的串聯(lián)方式連接電磁閥保證了兩個(gè)電磁閥進(jìn)氣與排氣相互制約和互鎖，既達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，也防止了天然氣外泄，保證了安全又節(jié)能。在改造過(guò)程中，還發(fā)現(xiàn)對(duì)氣管路的氣密性要求是非常高的，采用國(guó)產(chǎn)的卡套和儀表管有泄漏現(xiàn)象，后采用全部進(jìn)口卡套和接頭才解決這一問(wèn)題。

在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)過(guò)5 個(gè)月的跟蹤調(diào)查，并未出現(xiàn)氣源管路泄漏問(wèn)題，電磁閥運(yùn)行正常。該方法在重要?dú)鈩?dòng)閥實(shí)現(xiàn)雙回路冗余控制上有較強(qiáng)應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組中，天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)天然氣進(jìn)口緊急切斷閥0GV9401 冗余問(wèn)題進(jìn)行氣路聯(lián)接改造，采用非常規(guī)的電磁閥串聯(lián)連接方式，對(duì)電磁閥常規(guī)串聯(lián)和并聯(lián)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)非常規(guī)電磁閥串聯(lián)連接方式進(jìn)行研究和分析，并在實(shí)際應(yīng)用中證明所提聯(lián)接設(shè)計(jì)的有效性和可靠性。

圖3 非常規(guī)串聯(lián)方式Fig.3 Unconventional series connection

采用本文所述聯(lián)接設(shè)計(jì)可有效防止設(shè)備發(fā)生突發(fā)性故障，只要安排人員定期巡檢，就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理電磁閥問(wèn)題，減少了儀用氣浪費(fèi)的同時(shí)，也極大降低了系統(tǒng)的故障率。