空压机控制回路异常分析及优化

空压机控制回路异常分析及优化

张璐

大唐富平热电有限公司 陕西省富平市 711700

摘要：仪用压缩空气作为火力发电厂的“第二备用电源”，在火力发电厂中是重要的动力源，主要用于现场气动设备，例如磨煤机控制快关挡板、气动调门、汽机侧抽气系统逆止门、气动疏水门等等，一旦仪用气动力源失去，就地气动设备将导致无法操作或按预设方向动作，导致机组非停，甚至造成重大设备损坏事故，因此必须要保证空压机稳定运行，保证仪用气压力正常。本文分析研究了空压机电机就地控制回路和远方控制回路中存在的问题，通过针对性的技术改造，避免了空压机在控制器故障时跳闸、就地回路跳闸后自启动等安全隐患，实现了空压机平稳运行、启停可靠，提高了仪用空气系统的可靠性，为主机的运行提供了有利保障。

关键词：空压机 动力源 隐患 启停

0 引言

火力发电厂的空压机系统是辅机系统的重要组成部分，在正常的机组运行或停运中，空压机设备一般不会全部停运，无论在机组运行或停运中，现场很多设备需要靠压缩空气来维持设备的正常运转。空压机系统是为厂用气动操作阀、气动工具、向采用气力除灰的系统提供输送气源。例如磨煤机控制挡板，汽机侧抽气系统阀门等等，均需要压缩空气来维持阀门的正常运转或试验。还有为从电除尘输送至灰库的压缩空气、从灰库至近距离灰场的气力输灰系统的压缩空气提供可靠的气源，为厂用仪表提供干净、清洁、无油、无水的压缩空气。因此空压机在火力发电厂属于重要的辅机设备，且无法使用其他设备来代替。在机组正常运行或停运期间，若空压机停运或控制系统发生故障，导致空压机全停，现场设备失去整个仪用气系统，将会直接导致运行中的机组打闸或停运检修中气动阀门的误操作，容易发生设备事故。空压机控制系统的安全、可靠运行是保证发电厂安全、高效运行不可或缺的环节，一旦空压机系统出现问题，空压机全部停运或者部分停运，甚至会造成全厂降负荷或全厂停机。

1 设备概况

我公司二期公用系统设置4台美国寿力LS25S-250系列低噪音固定式螺杆压缩机，该压缩机由螺杆机头、电动机、油气分离桶、冷却系统、空气调节系统、润滑系统、安全阀及控制系统等组成，空气压缩机的工作过程分为吸气、压缩、排气三个过程。

这4台空压机为二期两台600MW机组（3号、4号机组）提供仪用气，由于寿力空压机控制面板启动指令只能接收长指令，DCS中启动指令输出通道继电器常带电，一期DCS控制器故障将导致空压机全部跳闸（某厂曾经发生公用控制系统全部离线，导致空压机全部跳闸），现场设备失去仪用气，将会直接导致运行中的3、4号机组非停，造成重大事故。

4台空压机的控制均属于远方DCS与就地配合的启动方式，DCS侧指令只发送启动指令，但由于电动机的控制回路设计与实际情况不能很好的配合，控制回路存在多处问题和隐患，不能满足实际运行的控制要求，影响了空压机的安全稳定运行，对3、4号机组的安全运行有重大的隐患，若空压机全停或故障，直接威胁到机组随时停运。

2 问题分析及解决方案

结合我公司最近出现的几次空压机异常启停情况，我们以二期主机4台空压机为切入点，分析了其控制回路目前存在的问题，并制定了针对性的控制回路改造策略，大概有以下几个方面：

2.1问题一：我公司二期公用系统共有三对控制器，包括31号、32号、33号控制器，二期主机1、2号空压机控制分布在32号控制器，3、4号空压机控制分布在33号控制器。在机组运行期间，二期公用DCS控制系统频频出现问题，多次出现控制器离线问题，当控制器离线时，二期主机1、2、3、4号空压机中运行空压机跳闸，严重威胁了机组安全可靠运行。

问题分析：通过研究空压机远方和就地控制回路，发现空压机远方启停指令采用的是长指令信号触发，一旦DROP32控制器、DROP33控制器离线（近期二期公用DCS控制器频繁出现全部离线的异常情况），当前运行空压机的启动长指令信号会消失（电厂DCS系统一般都有控制器离线导致开关量信号消失这一特性），导致运行空压机瞬间跳闸。

优化前DCS远方控制逻辑如下（图1、图2）：

图1 原DCS控制逻辑图

图2 控制器离线时指令消失

改进方法：将DCS启动长指令改为短指令脉冲信号，同时增加远程停止脉冲指令信号（在上位机发出启动和停止指令时，相应发出3秒短脉冲指令至就地控制，空压机在远程控制位置时，接到远程启动指令后启动，保持运行状态，直到接到停止指令停止）。可以避免控制器故障造成的长指令启动指令消失的问题。

具体实施措施：敷设从二期公用系统DCS（二期3号机组电子间公用继电器柜后 ）5、6、7、8号继电器盘相应通道至二期主机厂用空压机就地控制柜2*2*1.5 KVVP控制电缆4根，分别做为1、2、3、4号空压机远方停运指令电缆。增加DCS开关量DO输出通道, 分别作为二期4台空压机DCS远程停运指令， DCS最终设置通道为：

1号空压机停运指令DO通道：C32A-B7-10

2号空压机停运指令DO通道：C32A-B8-10

3号空压机停运指令DO通道：C33A-B7-10

4号空压机停运指令DO通道：C33A-B8-08

注意事项：考虑到分散控制系统的独立性原则，为了分散故障风险，将4个DO输出通道分布在不同的DO输出卡件上。

优化后远方DCS远方控制逻辑如下（图3）：

图3优化后DCS控制逻辑图

2.2问题二：如何实现启动指令的保持。

问题分析：当DCS启动指令由长指令改为短指令后，DCS无法实现启动指令保持。

改进方法：只能通过在就地空压机控制柜内增加中间继电器自保持回路，实现远方启停控制。

具体实施措施：在就地空压机控制柜内增加中间继电器（欧姆龙AC220V），在DCS启动指令常开触点两端并联辅助继电器KM常开触点。当DCS发出启动指令后，KM辅助继电器带电，KM常开触点闭合，KM辅助继电器线圈自保持一直带电，形成启动指令的自保持，确保了启动指令发出的可靠性。

注意事项：端子排及二次配线均采用2.5平方米多股软铜线，防止二次线断开造成设备误动或拒动，影响设备的稳定性。

改进前后的控制回路如下图所示（图4）：

图4优化后就地控制回路

2.3问题三:空压机在运行过程中通过就地控制回路造成空压机跳闸，可能存在空压机自启动的风险。

问题分析：当空压机在运行过程中通过就地控制回路造成空压机跳闸时，此时DCS并无停止指令发出，DCS停止指令一直闭合，就地自保持控制回路中KM继电器线圈自保持一直带电，常开接点一直闭合，自保持回路无法断开，可能存在空压机自启动的风险。

解决方法：在DCS上增加空压机控制逻辑：当空压机停运信号来时自动触发停运指令，从而复位就地自保持回路。即只要空压机停运信号来，就会发出停运指令，从而复位就地自保持回路，防止了自保持回路一直带电、空压机就地故障跳闸，故障复位后造成空压机自启动的安全隐患。

注意事项：为了避免停止指令误发，停运信号采用空压机运行信号取非、空压机停运信号、空压机电流小于5A经过三取二判断，防止停运信号误发造成停运指令误发。

优化后的控制逻辑如下图所示（图5）：

图5优化后DCS逻辑

3 试验及结论：

在就地控制回路和远方逻辑控制方案实施结束后，逐台进行改造后试验，（因二期公用控制器异常具有偶发性，且3、4号机组当时没有出现双机全停，故未对此条进行试验），发现4台空压机远方、就地控制回路均正常，启停未见异常情况。

4 取得的效果：

虽然二期公用控制器频繁故障的问题仍未解决，随后又出现过几次，但并不影响空压机的正常运行。通过优化二期主机空压机远方控制逻辑和就地控制回路，成功避免了二期空压机在启停过程中出现的各种异常问题，大大提高了仪用压缩空气系统运行的稳定性，消除了可能存在的设备隐患，从而提高整个机组运行的安全可靠性。另一方面，也减轻了运行人员和检修人员的工作量。同时，对于保持设备健康水平、延长空压机寿命和保持最佳运行工况，提高机组经济性都十分有利，有明显的经济效益。改进后运行两个月，再未发生过空压机在运行过程中出现异常情况。

5 推广与应用：

通过调研发现，电厂DCS系统一般都有控制器离线导致开关量信号消失这一特性，而且DCS控制指令多采用长指令，因此寿力空压机普遍存在这一隐患。全厂除二期公用4台空压机，还有一期公用4台空压机，一、二期除灰各6台空压机，1、2、3、4号脱硫共8台空压机均存在这样的控制回路不完善问题。我厂通过优化二期主机空压机远方控制逻辑和就地控制回路，避免了DCS控制器全部离线导致空压机全部跳闸的重大隐患，解决了短指令不能实现自保持的难题，防止了空压机就地跳闸可能造成的空压机自启动故障。接下来，会将此次控制回路改造优化依次应用到这些空压机中，我们也将在改造的过程中，继续将控制回路简化优化，为空压机运行提供更加良好的控制环境。同时，我们也会将此次优化思路和改造过程形成宝贵的技术资料，为其他电厂类似空压机控制提供成熟的改造方案。

参考文献

［1］刘群.空压机控制系统二次回路改造工程项目分析.科技创新与应用，2012年11月(中)

［2］樊晓云.厂用COMPAIR空压机主马达控制回路改造.山西电力，2005(1)