关于提高燃机电厂调压站ESD阀控制回路可靠性的研究

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摘要：本文介绍了调压站ESD阀控制回路的原理，结合电厂实际应用情况，对ESD阀电源和控制回路存在的隐患进行了简单的分析，并提出有效提高可靠性的方案。

关键词：调压站；ESD阀控制回路；改造优化；可靠性

一、引言

在燃机电厂中，天然气调压站承担着全厂能源供应的作用，对天然气进行调压、稳压后送给单元机组供气，对其安全可靠性的重要性不言而喻。天然气调压站一般配置有入口单元、计量单元、分离单元、过滤单元、加热单元、调压单元，入口单元和调压单元配置有天然气紧急关断阀，分别称为入口ESD总阀和单元机组ESD阀，当出现故障时，可快速关闭调压站和单元机组的供气传输。

二、设备概况

某厂调压站内共有一台入口ESD总阀和三台单元机组ESD阀，采用双电磁阀并联工作，采用独立于DCS系统的供电，紧急关断阀（ESD阀）是一个带气动执行机构的隔断球阀，开关操作是依靠气动执行机构来进行的，ESD阀设有电动控制和手动控制两种方式，电动方式为电磁阀控制，手动方式为手动三通阀控制。

当在PLC柜面按下急停按钮或从DCS接收急停信号后，两路电磁阀失电，ESD阀气动执行机构失气，从而使ESD阀关闭，切断入口天然气；当就地按下开阀按钮后，电磁阀得电，ESD阀气动执行机构得气，从而使ESD自开供应天然气。

正常操作下，ESD阀关闭条件为：（1）在DCS画面按下急停按钮；（2）在PLC机柜按下急停按钮；（3）执行机构失气；（4）两台电磁阀同时失电。

三、ESD阀电源和控制回路

调压站入口总ESD阀和3台出口ESD阀的启动、急停继电器线圈为220VDC供电，220VDC两路电源由电气提供，两路电源经过空开送至负载，这两路电源“+”侧用二极管隔离后并接到负载，“-”直接并接到负载。电气直流系统安装了绝缘检测装置，装置检测到调压站220VDC环路，直流系统接线图如图1所示。

ESD阀控制原理图如图2所示，从图中可以看出两个电磁阀线圈的供电是依靠21KA41和21KA42两个继电器的自保持功能回路进行供电，通过就地按钮使继电器回路闭合，21KA41和21KA42两个继电器带电，通过自身常开接点实现自保持带电功能，两个继电器常开接点并联后与电磁阀串联，电磁阀得电，ESD阀打开，急停按钮同时断开两路继电器和电磁阀回路，使电磁阀断电，ESD阀自关。两路电磁阀并联，任一电磁阀失电后均不影响其他一路电磁阀回路，不影响ESD阀状态。

四、存在问题及隐患分析

从以上分析及现场确认得出，目前ESD阀电源和控制回路存在以下几点隐患：

电源方面：两路直流电源直接并接到一路母线上，再送至各个负载，这种连接方式，会导致合环故障报警。

控制回路方面：继电器和电磁阀回路均采用一个空开供电的接线方式，当任一空开故障时，两个回路均会同时失电导致ESD阀自关。两个电磁阀虽然采取并联的方式，但仍在一个接线回路中，当任一电磁阀故障导致内部接线短路时，仍有烧毁另一台电磁阀导致ESD阀失电自关的风险。

控制气源方面：出口单元ESD阀控制气源现由母管通过控制气至出口单元一次阀经过滤减压阀后直接只经一路送入#1、#3、#5出口单元ESD阀气源管路，当出现管路漏气时，无法实现有效隔离的措施，造成气源压力降低，严重危害机组的安全稳定运行。

五、改造优化方案

5.1 电源回路改造

针对我厂现有的接线方式，为防止电气直流系统合环，目前有以下几种方法：一是采用二极管做直流电源隔离，优点是两路电源没有切换时间差，缺点是会造成电气绝缘检测报警；二是采用双电源切换装置，优点是电气绝缘检测不会报警，缺点是有切换时间差，一般用在由UPS电池供电的系统中。

对于我公司调压站的ESD阀来说，电源切换有时间差会导致调压站入口总ESD阀和3台出口ESD阀自关。现计划取消调压站ESD阀原有两路直流电源并联方式，新增一路母线，使两路直流电源分别接至两个ESD阀控制回路，实现电源冗余功能。并在两路电源回路中分别增加一个电源检测继电器，当任一路电源失电时，均能有效发出失电报警。

5.2 控制回路改造

针对继电器和电磁阀控制回路的问题，新增两个断路器，使两个继电器和两个电磁阀形成单独的回路，利用继电器自身的常开接点，实现两路继电器的自复位功能，即任一继电器故障恢复后，都能自动带电恢复正常运行。两个电磁阀在实现冗余功能的同时，也能达到互不干扰的效果，显著提高了电磁阀设备的运行可靠性。如图4所示，线内标注均为新增回路，增加断路器QF32和QF12使继电器21KA41、21KA42和电磁阀712、713四个设备形成独立的4个控制回路，完全实现了设备互为冗余的作用，且任意设备故障恢复后，可以实现自复位功能，无需手动复位，可直接自动带电投入运行，极大的提高了设备控制回路的冗余可靠性。

5.3 气源回路改造

出口单元ESD阀控制气源管路中，在#1和#3、#3和#5出口ESD阀之间各增加一路气源取样管，并安装球阀以实现三套机组出口ESD阀控制气源相互独立，当任一路气源发生漏气时，都不会影响其他两路的正常运行的效果，极大地提高了设备的可靠性。

六、结束语

在燃气轮机联合循环电厂中，ESD阀在整个系统中具有重要的作用，该设备的可靠性直接影响整套机组的安全稳定性。通过对ESD阀电源、气源和控制回路进行深入的研究，分析存在的问题及隐患，并提出有效的改造优化方案，极大的提高了ESD阀的设备可靠性，有效促进了燃气机组的安全稳定运行。

参考文献：

[1]国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义[M].北京：中国电力出版社，2014.5.

[2]马国喜.燃气轮机电厂天然气调压站装置与功能分析[J].燃气轮机技术，2011.（24）4.

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