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输煤系统犁煤器配电和控制方案的改进与应用

发布时间：2011/3/20 阅读次数：2006 字体大小: 【小】【中】【大】

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苏同韩建忠

（华电国际邹县发电厂山东邹城 273522）

摘要：本文对输煤系统犁煤器传统配电和控制方案及改进后的配电和控制方案分别进行了阐述，对传统控制方案和电力线式现场总线控制方案进行了比较，并以邹县发电厂2*1000MW机组输煤系统犁煤器配电和控制方案为例，从技术和经济效益两个方面，对选用电力线式现场总线控制方案的使用效果及产生的效益进行分析。

关键词：输煤系统犁煤器配电控制改进现场总线经济效益

一、输煤系统煤仓层犁煤器配电和控制的特殊性

犁煤器作为火力发电厂输煤系统煤仓层主要的配煤设备，其在输煤工艺流程过程中起着重要的作用，也是输煤程控系统中最主要的监控对象。相对于其它的被控设备，犁煤器具有几个主要特征：

1、煤仓层犁煤器数量多，邹县电厂 2x1000MW 机组安装犁煤器46台，每台犁煤器对配电和控制的要求是完全相同的。

2、犁煤器电动推杆使用的电动机功率较小（一般 1.5kW）。

3、两台及两台以上的犁煤器同时动作的可能性不存在。

4、所有的犁煤器沿皮带边呈线性分布，前后范围可达二百米。

5、犁煤器本身动作需要时间，属于大时滞惯性设备，对控制的实时性要求不高。

6、犁煤器除远方控制外，还要求就地操作功能，所有在装的犁煤器都设置就地操作箱。

7、PLC 控制方案犁煤器信号电缆很长，控制回路受强电干扰严重。

8、煤仓层属狭长地带，犁煤器相关电缆根数多，电缆敷设难度大，运行中电缆不易清扫。

9、在设备运行中犁煤器电机处于停止状态，仅在煤仓满后或配煤时犁煤器抬落，在切换过程中短时处于运行状态，过程比较短暂。

10、煤仓高料位计的设置与犁煤器设置对应，一台犁煤器对应一个高料位计。

二、犁煤器传统控制方式的配电和控制方案及存在问题分析

1、犁煤器传统控制方式的配电方案

以邹县发电厂2*600MW机组煤仓层犁煤器控制方案为例，采用辐射型供电方案。设置专门的煤仓层MCC柜和远程站，在MCC柜内为每一台犁煤器设置一个独立的MCC 抽屉作为供电及控制单元，在每个犁煤器旁设置一个就地电控箱，在每个MCC 供电单元与犁煤器就地控制箱之间各引一ZRC-VV22-0.6/1kv 3x4+1x2.5电缆和一根ZRC-VV22-0.6/1kv的12芯电缆，做为动力电缆和控制引线，在每个犁煤器控制箱至远程站敷设一根信号电缆做为集控室信号的显示。其中MCC 柜内供电单元的数量、就地电控箱的数量、犁煤器数量三者对应相同。每个犁煤器MCC柜内元件配置相同，就地电控箱元件配置相同，电缆选用相同（根据犁煤器距离远程站及MCC室的距离电缆的长度有差别）。根据犁煤器配电元件布置位置的不同，对煤仓层MCC 柜分A、B两段进行供电。

2、犁煤器传统控制方式的控制方案

火力发电厂输煤系统控制自采用PLC 技术实现程控以来，基本都采用在煤仓层集中设置远程站，在每个犁煤器就地箱与程控柜之间以多根控制电缆相连的方案。十多年来，虽然不同的工程所选用的控制元件不同、接入程控系统的具体I/O 点数不同、与程控系统联系的电缆芯数不同，但万变不离其宗，总的来说具有以下几个基本特征：

（1）煤仓层设置专门的远程站，煤仓层所有犁煤器的 I/O 信号均由此远程站接入。

（2）煤仓高料位计单独供电，高料位信号采用独立的电缆引入煤仓层远程站，每个料位计至少包括电缆一根。

（3）每个犁煤器与程控系统之间都以多根电缆辐射状相连，至少包括 DI 电缆一根、DO 电缆一根。

（4）对 PLC 方案，每个犁煤器一般仅设置抬到位、落到位、程控位、故障位四个DI 点，设置抬控制、落控制两个DO 点。

3、犁煤器传统控制方式的配电及控制方案存在的问题分析

（1）犁煤器系统耗费的电缆数量多，电缆一次性采购费用高。

（2）MCC 柜、程控柜的数量多，设备投资费大，设备布置面积大。

（3）煤仓层电缆数量多，电缆通道的设计、施工困难。

（4）接入程控系统的 DI/DO 信号数量有限，自动化水平低。

（5）煤仓层电缆埋管数量多，现场施工工作量大。

（6）电缆敷设工作量大，施工工期长。

（7）整个系统的接线点多，现场接线、调试及故障查找困难。

（8）犁煤器相关控制电缆长度长，运行中受强电干扰问题严重。

（9）系统投运后电缆设施易积灰，电缆清扫困难。

三、犁煤器配电和控制的改进方案

基于以上对煤仓层犁煤器配电及控制现状的分析，结合犁煤器本身的特点，在工程设计中，对煤仓层犁煤器配电及控制方案进行合理的改进，解决工程建设中的实际问题，对工程而言，有着及其重要的意义。以下所述的改进方案，已在华电国际邹县电厂2×1000MW机组输煤系统中得到应用和实践，取得了显著的技术经济效益。

1、煤仓层犁煤器动力配电回路的设计改进

由于上文提到的犁煤器电动机功率小、运行同时率低、运行时间短的特点，因此从节省工程投资造价，又满足设备实际供电可靠性需求的角度出发，我们完全有理由将原辐射型供电改为环型供电方案。即每个犁煤器同前方案继续设置就地电控箱，将整个煤仓层犁煤器电控箱划分为多个组，每组设为一个环，每环由煤仓层MCC 柜引接2 个回路分别向头、尾电控箱供电，环内就地电控箱之间采用ZRC-VV22-0.6/1KV 3x4+1x2.5 电缆串行连接的方案。如此设计大大减少了MCC 柜内的回路数量，减少了MCC 柜的面数，方便了煤仓层电气设备布置，减少了设备投资，同时节省了动力电缆，方便了施工和维护。

在具体实施时，考虑先按皮带，再按机组分组的原则，对煤仓层犁煤器进行分组。具体设备配置原则为：在MCC 柜内供电回路仅设置16A 塑壳开关，开断容量满足MCC 柜要求；在每个犁煤器旁的就地电控箱内设置塑壳开关、接触器、热继电器等，外加一组隔离开关，塑壳开关开断容量比MCC 柜内的开关低一个等级。在箱内增加隔离开关，目的在于现场可将任一就地电控箱完全隔离，以保证每个就地电控箱的检修方便。

2、煤仓层犁煤器控制回路的设计改进

犁煤器控制回路的改进，主要得益于现场总线技术的发展，特别是电力线式现场总线技术的发展。从总体上讲，现场总线技术有基于双绞线和基于电力线两大类。由于基于双绞线的现场总线技术存在现场安装、维护技术门坎高、抗强电干扰能力差、无高防护等级的产品可供选型、设备造价高等缺点，致使其在工程中的应用一直受限。近两年电力线式现场总线技术的迅速发展为改进煤仓层犁煤器的控制方式带来了契机。电力线式现场总线技术，是国内控制领域的同行在解决火力发电厂输煤程控系统所存在的特殊问题的基础上，将通用的现场总线技术和低压电力线载波技术相融合，同时辅以工程的等诸多专有技术手段，而逐渐发展应用起来的一种现场总线通讯技术。该总线以布线简单方便的VV 或KVV 电缆作为现场总线信号传输的载体，既具有现场施工维护简单的特点，又具有其它通用现场总线技术的所有优点，而且设备价格低廉。将该技术引入到煤仓层犁煤器的控制，经过实践证明，在技术上是可行而且成功的。

电力线式现场总线技术的基本控制思路是：将整个控制系统划分为主控装置和分控装置两大部分。主控装置布置于输煤程控远程站，实现与输煤程控PLC之间的通讯，现场以被控对象为单位，设置分控装置，分控装置直接安装于被控对象所在的控制箱内。由于分控装置数量很多，工程中再按一定的原则，将分控装置分组，每组设置一个主控装置，主、分控装置之间以单根VV 或KVV 电缆串行总线连接。

3、煤仓层犁煤器控制回路设计改进的具体思路和设计原则

经过对多家电厂使用情况的了解，对煤仓层犁煤器控制回路设计改进的具体思路和原则如下：

（1）犁煤器控制方式改进以电力线式现场总线技术为基础实现。

（2）工程实施中以犁煤器为单位，设置犁煤器就地电控箱。

（3）犁煤器就地电控箱内布置犁煤器操作所需的动力设备、就地操作设备、电力线式现场总线犁煤器分控设备。

（4）犁煤器的远方、就地操作均通过犁煤器分控装置实现，犁煤器就地所有状态、故障诊断信息均以通讯方式至程控室画面显示。

（5）犁煤器分控装置之间采用单根 ZRC-KVV22-4x1.5 总线电缆环网连接，环网闭合点设在远程站程控柜。

（6）将犁煤器按所在皮带分组，每组设置一个电力线式现场总线主控装置，实现犁煤器分控装置与输煤程控系统之间的通讯连接。

（7）主控装置布置于煤仓层远程站程控柜内。

（8）煤仓层电动三通的控制与犁煤器相同，工程设计中应一并考虑。

（9）煤仓层高料位计的电源及信号电缆均从对应的犁煤器分控装置引接，工程中无需设置单独的信号和电源电缆。

（10）犁煤器分控装置既可通过现场总线以 AC220 集中供电，也可从就地电控箱内AC220V 回路分散供电。

四、犁煤器的传统配电和控制方案与改进后的配电和控制方案的技术经济比较

1、传统配电和控制方案与改进后的配电和控制方案的施工技术比较

（1）关于强电回路对控制回路的干扰

对常规PLC 方案，由于电缆电容的存在，现场经常导致隔离继电器误动，程控系统信号误报或皮带不听指挥的现象时有发生；对基于双绞线的现场总线技术，由于数字信号在线缆中以基波传输，强电干扰足使控制系统无法对数字信号作出正确识别，导致系统紊乱；对于电力线现场总线控制方式，由于控制信号以载波方式进行传输，唯有同频的信号才可对系统造成干扰，而这种干扰是可以预知并通过各种措施予以消除的，由此极大的提高了系统的抗干扰能力。

（2）关于动力和控制电缆的敷设

对于犁煤器的传统控制方案，由于电缆根数多，电缆敷设极其困难，要耗费大量的电缆埋管、电缆桥架等材料，同时造成电缆难以清扫的难题。采用电力线式现场总线控制方式后，电缆数量急剧减少，电缆只需沿皮带边穿管敷设，几乎不再需要电缆桥架材料，也方便了电缆的清扫。

（3）关于控制设备的防护等级

常规控制方案，就地控制设备的防护等级为IP65,不能完全满足设备使用环境，改进后的方案，充分考虑设备布置于现场就地，由于输煤系统的实际环境较差，要求IP67 的防护等级。

（4）关于控制设备的检修和维护

犁煤器的传统控制方案，要维护大量的电缆，大量的电气元件，大量的端子接线；而电力线式现场总线控制方案，只需要检查几根简单的总线，和几个现场总线模块而已，检修维护的工作量明显降低。

（5）关于改进方案的自动化水平

犁煤器传统的控制方案，每台犁煤器最多只考虑4 个DI点，2 个DO 点；而电力线式现场总线控制方案，对每台犁煤器考虑11 个DI 点，2 个DO 点，在程控室可显示15 个状态及故障判断信息，4 个设置及控制命令，大大提高了设备的自动化水平。

（6）关于改进方案的施工工作量

采样电力线式现场总线控制方案，MCC 柜数量减少、程控柜数量减少、电缆根数及长度急剧减少、现场接线及校线工作量急剧减小，因此极大缩短了工程建设周期，加快了工程建设进度。

（7）关于现场调试工作量

电力线式现场总线控制方案，现场接线的任务只是剩下了现场总线电缆接线，犁煤器就地电控箱内的接线在设备出厂前就已完成，现场调试的任务只是保证总线电缆连通完好，因此现场几乎无调试工作量。

2、传统配电和控制方案与改进后的配电和控制方案的经济效益比较

采用电力线式现场总线技术的经济性效益包括直接效益和间接效益两部分内容。直接效益又包括输煤程控一次性设备投资节省、电缆一次性采购费用节省、电缆通道费用节省、电缆施工费用节省等；间接效益包括输煤程控系统现场调试费用节省、系统运行维护费用节省等。

以下以华电国际邹县电厂2×1000MW机组输煤系统犁煤器配电和控制方案为例，对传统配电和控制方案与改进后的配电和控制方案所需工程费用进行比较。

（1）本项目主要数据：邹县发电厂2×1000MW机组，煤仓层长度：235.4米，原煤仓数量： 12 个、煤仓层犁煤器数量：46 套，高料位计数量： 48 个。

（2）电缆用量差异化一览表

控制对象	比较对象	常规方案（估算）	现场总线方案（实际）	节约电缆	节约费用（估算）
犁煤器	控制电缆	15000米	2000米	13000米	65万
	动力电缆	7500米	2200米	5300米	50万

（3）程控设备差异一览表

所属系统	子系统	比较对象	常规方案	现场总线方案
煤仓层远程站	犁煤器	DI 点	48x4	4 主控+48 犁煤器分控 +1 通讯接口模块，实际通讯和控制量达 720DI （ 48x15 ）
	犁煤器	DO点	48x2
	输煤程控具体设备	DI 模块	8块（32 通道），320 点
		DO 模块	5块（32 通道），160点
		隔离继电器	300只

（4）动力配电设备差异一览表

控制对象	比较对象	常规方案（估算）	现场总线方案（实际）	节约费用（估算）
犁煤器	配电设备	48个电源抽屉。	8个电源抽屉	40万

五、结论

通过对输煤系统犁煤器传统配电和控制方案与改进后的配电和控制方案比较可知，改进后的犁煤器配电和控制方案系统简单清晰、自动化程度高、电缆用量少、现场施工工作量小、抗干扰能力强、运行维护方便、系统可靠性高、整体经济指标好，一方面解决了输煤程控系统固有的难题，也给企业带来了可观的技术经济效益，故可在输煤系统工程设计中大力推广使用。

作者简介：苏同现任华电国际邹县发电厂燃料检修队副主任，工程师职称，从事燃料检修专业13年。

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