宝钢电厂4号机组循环水泵房控制系统

文章编:00-9944204)04-0040-05宝钢电厂4号机组循环水泵房控制系统朱雪明(上海市政工程设计研究总院<集团>有限公司,上海200092)摘要:该文介绍了宝钢电厂4号机组循环水泵房现场控制系统设计,内容主要包括监控内容、控制原则、PLC现场站设计、主要控制功能和控制系统供电设计。由于所涉被监控设备地理位置分散和电厂运行要求高可靠性，系统设计与常规市政泵站相比有一定的复杂性及特异性。系统采用远DCS及就地PLC相结合的构架,各环节均采用冗余系统,采用符合循环水泵特点的控制逻辑及有效的保护措施,实现了泵房的可靠运行。几年来运行结果表明,该控制系统设计符合使用方的要求。关键词:电厂循环水;泵房;控制系统中图分类号:TP273文献标志码:BControl System Design of the Circulating Water Pumping Station in #4 Unit ofBaosteel Power PlantZHU Xue-ming(Shanghai Municipal Engineering Design Institute(Group )Co. ,Ltd. ,Shanghai 200092 ,China)Abstract:The paper concentrates on local control system design of the circulating water pumping station in #4 Unitof Baosteel Power Plant. The main research includes control content , control principles , control funetions ,the design ofPLC local control unit and power supply system of the control system. Considering that the equipments in pumpingstation were geographically dispersed and the power plant requires high-reliability ,the circulating water pumping sta-tion's control system design was more complex compared with conventional municipal pumping station's. The controlsystem adopts architecture with remote DCS and local PLC. Redundant systems were used in every system section.Through control logic which comply with the characteristics of the circulating pump and safety efective precautions ,to achieve reliable operation of the pumping station. After the run of several years ,the results indicate the controlsystem meets the user' s requirements.Key words :circulating water in power plant;pumping station;control system宝钢电厂增建4号机组取排水设施项目系扩运行,相对市政泵站"其需要更高的自动化可靠性。建性质，为增建规模为1x350 MW等级的电厂4号机电厂4号机组循环水泵房建在现有取水泵站组提供循环水。循环水泵房的水源取自长江,循泵0~3号机组泵房的东侧，新增6/0.4 kV变配电系统机组系统采用水冷系统，由循泵升压后送人凝汽位于现有取水泵站配电间。循环水泵房现场控制设器,通过凝汽器升温后经管渠排入长江。为保证发电备与循泵高压电动机柜、电厂4号机组DCS上位系机组的正常发电，循环水泵必须保证100%的稳定统不在同一地理位置,循泵高压电动机柜、DCS上中国煤化工收稿日期:2013-12- 25;修订日期:2014 -01-21作者简介:朱雪明(1964- -),男,高级工程师,研究方向为市政I程仪表自动化/月.MHCNMH G40Automation & Instrumentation 2014(4)位系统均设置在电厂4号机组主厂房内,距离循环水泵房约1000多米。循泵高压电动机柜、电厂4号1主要 监控内容机组DCS上位系统由电厂4号机组主体设计单位电厂4号机组循环水泵房现场控制系统主要设计。监控对象范围如图1所示。至发电机组凝气器轴冷水(进水管)轴冷水系统(不属本设计范围)_ 轴冷水(回水管)-D4--上D-甲CA循泵●笔王?至放置滤网冲洗泵$B循泵0▼(人储菜古|本本|s本排放品客口本宁甲工业水图1循泵机组 工艺流程图.Fig.1 Process flow diagram of circulating water pumping unit1)位于循环水泵房两台循泵,采用双速电机。泵出口压力、循泵润滑水进水流量、循泵电机冷却循泵高压电动机柜位于4号机组主厂房。水出水流量、旋转滤网前/后水位、旋转滤网冲洗水2)位于每台循泵出水管上带一体化电动执行压力、循泵电机定子/轴承温度、循泵电机冷却水出机构的电动蝶阀。水温度等。3)位于循泵附近的循泵润滑水及电机轴瓦冷6)循环水泵房6/0.4 kV变配电系统。却水系统。循泵润滑水主回路为外接工业水,备用7)控制涉及的其它相关对象:发电机组凝气器回路为循泵压力出水,每套循泵配置--套润滑水增1#和2#进水阀、1#和2#工业水轴冷水泵等。压水泵及切换用电磁阀。循泵电机轴瓦冷却水主回路为外接闭式轴冷水，备用回路为外接工业水,管2控制原则路上有切换用电磁阀。电厂4号机组循环水泵房现场挖制系统是电厂4)位于泵房前池的两套旋转滤网及冲洗系统。4号机组DCMH中国煤化工于循环水泵房5)在线检测仪表信号,包括:循泵电机转速、循调试、试运行CNM H Gcs上位系统投自动化与仪表2014(4)41人运行时间早,所以在循环水泵房配电控制间设置统主回路与备用回路切换与闭锁。PLC现场站,在电厂4#机组DCS上位系统投人运行2)“PLC手动”。操作员可按照机组设备启动顺前,完成循环水泵房范围内的设备调试和试运行。序,依此按下相应的按钮完成机组的启停。当机组泵房现场控制系统的控制原则根据电厂4号采用PLC手动方式控制时,亦需通过联锁逻辑处理机组DCS系统整体监控要求和泵房实际运行管理后再执行。要求予以确定内。3)无论循环水泵房PLC现场站在“就地PLC控循环水泵房PLC现场站在“远方DCS控制"方制”方式下,还是在“远方DCS控制”方式下,循泵出式下，接受电厂4号机组DCS上位系统来的启、停口阀的状态信号均送至主厂房DCS上位系统。循泵控制指令,经现场PLC进行相关条件是否满足逻辑判断后，直接控制循泵高压电动机柜内断路3 PLC现场站设计器，完成循泵机组的一步化启停和出口阀门的联PLC现场站根据控制功能需求和现场控制系统动。循泵高压电动机柜相关信号同时返回循环水泵可靠性、实时性要求进行设计。现场控制系统架构房PLC现场站和主厂房DCS上位系统。.如图2所示。鉴于循环水在电厂生产过程中的重要循环水泵房PLC现场站在“就地PLC控制"方性,为提高现场控制系统及其与DCS上位系统通信式下,采用“PLC自动”和“PLC手动”两种方式进行的可靠性, PLC现场站采用冗余设计。其中PLC控控制:制器采用双背板方式硬件热备冗余、主要电源冗1)“PLC自动"。操作员按下“循泵低速启动命余、主机架至扩展机架通信网络冗余,PLC站与令”、“循泵高速启动命令”按钮或“循泵低速停止命DCS.上位系统通信网络冗余。柜面手动操作按钮、令”、“循泵高速停止命令”按钮,由PLC内部程序进指示光牌及警铃均通过PLC开关量输人输出模块行逻辑判断、实现循泵及出口阀门的联动,完成机.连接,以满足现场手动方式控制时需通过联锁逻辑组的一步化启停,并且自动完成润滑水与冷却水系处理后再执行的要求。电厂主厂房一一~1000米>循环水泵房↑0.. D光牌警铃"1”开关按钮 .柜面pIpo旋转谑网系统运行工况金令[废转德网电气控制街I DI/DO 循泵润滑水泵运行工况/命+[循泵机组低配柜3DP]i以外设备的运行iMODBUS RTIDI 6/0.4kV变配电系统故障信号i命令及工况协议光电转换器循泵机组低配柜2DP]光缆DI排水泵运行工况七排水泵控制箱PX]电厂DIDO工况/命令4#机组4A循泵出口阀DCS系统+循泵运行模式! DOAL阀位信号电动执行机构i循泵出口阀运行工况DD/DO工况/命令1#主机架.2#主机架. AI阀位信号4B循泵出口阀循泵运行命令1 Du其它来自电厂的联锁信号DI || 扩展机架DO AIOV禺腊水.冷却水系统电磁阀.该控制连接由_DI无源触点主体设计8现场压力开关、流量开关|扩展机架单位设计“I AI 4-20 mA/DC24V的现场二线制仪表(压力、液位)6kV变电循泵运行工况/命 令jDIDOAI P100 .必测温元件P100(电机绕组、轴承、水温)所循泵双“ 制柜循泵房PLC柜(CC-3CC)Al 4-20 mADC24V凶现场测速传感器中国煤化工图2现场控制系统架构圉Fig.2 Structure of field control systeJYHCNMH G42Automation & Instrumentation 2014(4)PLC采用Schneider Quantum系列产品,双机热高速转换到低速时,必须当转速降低至420r/min时备型,通过热备卡进行系统的热备冗余,热备同步光才能启动低速运行。双速电机高、低速之间切换及纤通信专线通信速率为100 MBPS,热备控制器与扩闭锁由循环水泵房PLC程序完成,由PLC直接控制展I/0模块之间采用双同轴电缆进行连接，通讯速高、低速馈电断路器分合实现高、低速之间的切换。率大于1.544 M,PLC编程软件采用Unity Pro软件。4.3循泵机组启动为提高控制的实时性,参与控制的信号和命令下列条件须全部满足循泵机组才能启动:采用电缆硬接线传输,包括:来自DCS上位系统的1)开循泵润滑水主回路进水电磁阀打开;DCS启动准备请求、发电机组凝气器1#和2#进水2)循泵润滑水进水流量≥3m/h'(此时不得由阀全开/全关状态、1#和2#工业水轴冷水泵运行状备用回路供水);态等信号和循泵低速或高速启动1停止指令;送至3)循泵电机冷却水出水流量≥3m/h'(此时不DCS.上位系统的循泵启动DCS控制、循泵启动PLC得由备用回路供水);控制、循泵检修模式、循泵PLC顺控模式、循泵出口4)前池液位≥标高-3.2m(标高系统为吴淞高电动阀全开或全关状态等信号;来自循泵高压电动程系统);机柜的可远方操作、分/合闸状态、保护动作等信号;5)电动机柜上“遥控/电厂就地开关柜控制”选送至循泵高压电动机柜的循泵低速或高速启动1停择开关在“遥控”档。止等命令;循环水泵房工艺设备运行信号和命令;先启动循泵电机,再开出口电动蝶阀。6/0.4 kV变配电设备故障信号;在线检测仪表信号。4.4循泵机组停止设计中采用电机类设备的开停两点控制,手动/循泵机组停止分为正常停止和异常中止两种。自动无扰动切换凹，同--设备开关量信号公共点不循泵机组正常停止时，先关闭出口蝶阀到30°,合并等技术措施,提高控制的可靠性、无扰动性和.再停泵。泵停后,阀全关。抗干扰性。只要出现下列情况之一时,联锁停循泵电机:1)定子线圈温度≥130 C4主要控制功 能要求2)推力轴瓦温度≥804.1 基本要求3)导轴瓦温度≥80 C1)应用软件应满足循泵机组、旋转滤网安全.4)下轴承温度≥95 C启、停、运行及保护。5)发电机组凝气器进水阀关闭2)应用软件应满足冗余组态的控制系统,在控6)发电机组凝气器出水阀关闭制系统局部故障时,不会引起机组的危急状态。4.5循泵润滑水及 电机冷却水系统3)机组中的控制一般包括各阀门的开关及电润滑水与冷却水系统主回路与备用回路的切机的开停,机组中各设备的作用决定着机组开停中换与闭锁要求为:的控制顺序4。控制顺序中每- -步 均应通过设备来润滑水系统主回路切换为备用回路的条件是的反馈信号得以确认,每一步都应监视预定的执行循泵润滑水进水流量<3m/h';时间。如果顺序未能在约定的时间内完成,发报警,冷却水系统主回路切换为备用回路的条件是且禁止顺序进行下去。如果事故消除,在运行人员循泵电机冷却水出水流量<3 mh'。.再启动后,可使程序再进行下去。4.6旋转滤网4)在自动顺序控制期间,出现任何故障或运行旋转滤网前后的水位差达到300mm(可调)或人员中断信号,应使正在进行的程序中断并回到安连续4~8h (可调)未能达到规定运行冲洗水位差全状态。时,启动冲洗泵,顺序启动旋转滤网低速正转、高速4.2 循泵机组运行模式正转持续时间20~30min(可调),水位差降至50mm循泵机组冬天开一台高速、夏天开两台高速、以下,停止冲洗过程。春秋季开两台低速。循泵机组由低速转换到高速4.7 报耆1中国煤化工时,要低速断电后延迟1s后才能启动高速运行;由循环水MHCNMHG了较为完善的自动化与仪表2014(4)报警功能,各类报警如下:备用常用1)在线检测仪表检测量越限报警:定子线圈温度≥125C推力轴瓦温度≥75 C上林一林三不导轴瓦温度≥75 C白切装置| PLCPLC C2KC24Y) . CD24YAC1I0Y 1 ACIO下轴承温度≥85 C常用电源备 用电源本循泵润滑水进水压力<0.35MPa或>0.6MPa滤波器循泵电机冷却水进水压力<0.25 MPa或>0.4 MPa1o卡件1/0卡件|继电器组|继电器组旋转滤网冲洗水压力低<0.35MPa电磁阀电源仪表旋转滤冲洗前网前后水位差≥600mm图3控制系统供电系统图旋转滤冲洗时旋转滤网高速正转持续20min,Fig.3 Power supply diagram of control system网前后水位差≥600 mm警仪器等供电的开关电源采用冗余设计,电压等级格栅清污机前后水位差≥600mm2)工艺设备和电气设备启动1停止、开启/关闭为DC24V。不同电压等级的电源装置均有故障报警信号输出至PLC。越时限报警。对于电机供电回路断路器/接触器、电动蝶阀等6结语有命令执行反馈信号的,如果顺序未能在约定的时宝钢电厂4号机组循环水泵房现场控制系统的间内完成则报警。3)直接来自工艺设备.电气设备的故障信号。设计满足了4号机组监控总体技术要求。系统投人运行至今，控制系统设计的高可靠性确保了泵房工艺4)控制系统设备自身故障的报警。设备的运行正常,直观的信号监视、齐全的报警提示以及便于操作的界面满足了现场操作需求。系统设计5控制系统供电设计PLC现场站由两路来自不同上级的电源供电,中采用的各类冗余技术和全面的控制功能对今后大如图3所示。常用电源来自4号机组主厂房AC110型市政泵站控制系统的设计具有一定的借鉴作用。VUPS分电盘，备用电源来自新设配电柜3DP、参考文献:AC380VJT制，其中AC380 V电源在1CG柜中通[1]朱雪 明,黄澄,徐振强.大型市政输水泵站综合自动化系统设计过AC380 VIAC110 V变压器转换为AC110V。来自[I.给水排水,2010,36(2):52 -57.电厂4号机组UPS电源要求为AC110V.15A.在[2] 中华人民共 和国水利部.CB50265- 2010泵站设计规苑[S].北京:循环水泵房PLC站接入端压降小于5%。中国计划出版社,2011.PLC电源模块配置、电磁阀供电采用冗余设计,[3] 冯建玉 ,韩静.无扰动手自动切换在S7-300系统中的应用1自动化仪表,2007 ,28(z1):172-173.电压等级为AC110 V。为PLC输人/输出/通讯卡件、[4] 刘春青泵房 自动控制系统的信号设计I].中国科技博览,2008二线制仪表、信号转换器/分配器和电机转速数显报(22):129.■(上接第30页)跳闸时间点，能够为用电管理提供[2]张华东 ,秦建春,刘明.移动地线远程在线监测系统的设计与开便利。系统利用现有的GSM无线网络,信号能够覆发[J].自动化与仪表,2007 ,22(2):45- 48.盖半径最大35km,克服传统无线开关控制距离短，[3} 宏晶科 技.STC12C5052AD系列单片机器件手册[Z],2009.控制用电器功率有限制等缺点,并且摆脱传统开关.[4) 董殿永,姜平，基于 CSM短信息的无线微型打印机设计([].自动化与仪表,2013,28(2):33- -36.只有手动控制,增加定时跳闸功能。此外，本设计还5] 吕志刚,王鹏.基于STC89C58单片机淋浴节水控制器设计J].自可用于宿舍用电管理和智能家居远程管理等。动化与仪表,2011,26(7):57-60.5] 李永献,冯平.张保同.基于VC54123 的正泰NLI8型漏电断路器电路分析及中国煤化工$[1] 周密.空气断路器的发展方向与产品开发[J]电气时代,2006[7] 刘敏娜,潘宏电机远程监控系(1);11-13.统设计[小.自动YHCNMH G44Automation & Instrumentation 2014(4)