燃气轮机CO2火灾保护控制系统升级改造

朱 俊

(上海华电电力发展有限公司望亭发电分公司，江苏 苏州 215155)

1 原控制系统概述

上海华电电力发展有限公司望亭发电分公司两台燃机为美国GE公司生产的S109FA燃气——蒸汽联合循环发电机组，机组上配备的CO2火灾保护系统是由美国Chemetron公司生产的带Micro 1-EV型微处理器控制屏的自动灭火系统。该系统主要由CO2模块、主控单元、热敏式探测仪、压力开关、电磁阀以及相关的阀门、喷嘴、连接管路组成。系统共分1区和2区两部分，1区布置有10个热敏式探测仪，2区布置4个，各分部在A，B两侧，当火灾引起环境温度升高，使A侧和B侧各有一个探测仪接点闭合动作时，触发机组跳闸信号、停用1区和2区冷却风机，并发出声光报警，延时30 s触发CO2系统喷射，进行1 min的初喷和30 min的续喷射将火灾扑灭[1]。

2 改造前存在的问题

该公司两台燃机配套的CO2火灾保护系统自机组2005年投产后使用至今，已经连续使用了15年，其核心控制单元——Micro 1-EV型控制器电路板组件已经出现不同程度的老化，其运算速度、安全稳定性已经完全不能适应目前机组运行的要求，给机组的安全稳定运行带来了很大的隐患。现把存在的问题归纳如下：

(1)CO2火灾保护系统的核心控制单元Micro 1-EV 型控制器是高集成化的控制电路板组件，其板子上的微处理器、电容、二极管、固态继电器等部件都出现不同程度的老化，某些元器件老化严重。目前，市面上该型号的产品早就停产，已经采购不到全新的备件。其控制器里的程序固化在微处理器内部，无法查看，更无法将程序拷出，即使有相同型号的备件也无法将程序直接拷入，需要逐条编译，但目前没有这样的技术，而且Chemetron公司已被收购，无法找到对其产品的技术支持。

(2)CO2火灾保护系统的控制箱与CO2模块布置在一起，是布置在汽机房厂房外的露天布置[2]，其放水等级只是普通的防雨等级，机组投产时并未布置专门的防雨檐，在暴雨等恶劣天气下会有少量水渗入控制箱内，使箱内的湿度变大，加速控制电路板的老化。

(3)热敏式探测仪、控制电缆以及终端电阻等部件都是布置在燃机舱、燃料模块、二号轴承区内，机组运行时的空间温度在160～180 ℃，而且有些布置在高温的管道附近，其工作温度可能更高。由于长期工作在高温的环境下，探测仪、控制电缆都发生了不同程度的老化，经常出现开路、接地等报警信号。

(4)原系统1区有10个探测仪，分为A，B两侧各5个，2区有4个探测仪，分为A，B两侧各2个，所有A侧及B侧的探头都是并接，任意一个探头短路只能通过测量判断是A侧还是B侧短路，无法确定具体是哪一个探测仪短路，这给故障分析带来很大不便。探测仪是依次并接，如果在某处发生开路，并接在后面的探测仪都将不起作用，而且对开路故障的查找也很不方便。

(5)控制柜内的电磁阀、喷射压力开关以及电磁阀到初喷续喷阀之间的连接管路都出现了不同程度的老化，喷射时电磁阀漏气、压力开关卡涩、连接管路腐蚀严重等现象都存在。

(6)由于夏季高温，该公司2号机组用来冷却88BT风机电机轴承的喷水装置的落水正好连续喷溅在CO2系统控制箱上部。由于水量大而且没有防雨檐等遮挡设施，部分冷却水渗入柜内。随着环境温度的升高和降低，这些水渍就在柜内蒸发和冷凝，正好滴在上部1区控制电路板的驱动输出部分。虽然事后采取了烘干等措施，但控制电路板还是受到了影响，不定期地发生了几次无规律的系统误动作，严重影响机组的安全稳定运行。

3 改造方案

基于以上存在的问题，CO2火灾保护控制系统的升级改造势在必行。通过讨论研究以及到其他电厂调研学习，最终决定采用南京消防器材股份有限公司生产的国产型低压CO2火灾保护控制系统来替代原来的美国进口产品。具体改造方案如下：

(1)弃用原来的Micro 1-EV型微处理器及其控制系统部件，采用西门子S7-1214型PLC为核心控制器，安全可靠性高、通用性强，便于对控制程序的查看分析、编辑修改和导入导出，硬件发生故障更换也非常方便。

(2)弃用原来的主控制箱，采用南京消防器材股份有限公司专用的T19-68型控制箱替代，更换I/O扩展模块、控制电源、继电器、按钮开关、信号指示灯、蓄电池等所有箱内控制设备。

(3)新增7寸薄膜晶体管四线电阻式彩色液晶触摸屏为人机界面(Human Machine Interface，HMI)，全中文界面，系统状态、报警信息、历史事件追忆等功能一目了然，操作简便、直观。

(4)新增一个故障打印机，直接与控制系统连接，可以设置自动打印和手动打印两种模式，便于对故障的分析处理。

(5)对现场所有热敏探测仪进行检查校验，对老化故障的进行更换。对手动释放按钮、隔离开关、声光报警器、压力开关、电磁阀等控制部件进行检查测试，对老化故障的设备进行更换。

(6)把从电磁阀到喷射阀之间老化的橡胶管路全部更换为紫铜管，并在控制箱的上方制作专门的防雨檐，有效避免因下雨及其他因素造成水滴渗入控制箱内，导致设备损坏。

(7)更换1区和2区所有老化的耐高温电缆，并增加部分耐高温电缆，把原来A，B侧探测仪并接的模式改为一对一的控制模式，即把每一个热敏探测仪的信号都分别接入控制器，实现对每一个探测仪的实时监控，提高了系统的安全可靠性，同时也方便了对故障的分析和处理。

4 改造中所做的具体工作

(1)在机组停机期间完成具体的升级改造工作。在改造前编制了《燃气轮机CO2火灾保护控制系统升级改造安全技术措施》，并办理了工作票，在施工过程中严格按照措施的要求进行施工。

(2)施工前先关闭CO2系统排放总门33FP-1A，拉掉控制系统电源，将触发火灾保护系统动作、机组跳闸、联停风机的输入输出信号解除，防止改造过程中出现系统误动作[3]。

(3)将电源线、输入输出信号线从原系统端子上拆下，全部做好标记。拆除老控制箱，安装固定新的控制箱及其箱内所有电源、控制、信号、输入输出等设备，并在控制箱的上方制作一个专门的防雨檐，可以避免因下雨及其他因素造成水滴渗入控制箱内，导致设备损坏。

(4)把1区和2区14个热敏探测仪拆下进行校验检查，对现场所有手动释放按钮、隔离开关、声光报警器、压力开关、电磁阀等控制部件进行检查测试，对老化故障的设备进行更换。把从电磁阀到喷射阀之间老化的橡胶管路全部更换为紫铜管。

(5)拆除1区和2区所有热敏探测仪到现场端子箱之间老化的电缆，全部更换为耐高温电缆，并增加部分电缆，重新制作电缆穿线管敷设到主控制箱，实现对探测仪一对一的控制模式，提高系统的安全可靠性。

(6)装复所有拆下以及检查校验的现场设备，恢复控制箱内电源、输入输出等外部信号的接线，并对系统内部的接线进行检查核对，为系统上电调试做好准备。

(7)确认现场所有设备装复、控制箱内接线按图纸核对准确无误后，对系统进行上电，启动可编程逻辑控制器控制模块，查看系统信息，检查逻辑组态程序是否正确，检查系统中各个设备的工作状态是否正常，有无异常报警信号。

(8)确认系统内所有设备工作正常后进行系统的静态调试工作。首先，释放触发火灾保护系统动作、机组跳闸、联停风机的输入输出信号。其次，对热敏探测仪每一个单独短接，查看系统状态及声光报警信息。再次，把A，B侧两个探测仪同时短接，检查是否触发CO2系统喷射，机组跳闸信号以及联停88BT，88BD，88BN风机信号是否正常发出，声光报警信号是否正常。最后，对手动释放按钮、隔离开关、压力开关、电磁阀、阀门位置开关等信号都一一进行模拟测试，确保控制系统内显示和设备实际状态完全一致。

(9)系统静态调试正常后进行CO2系统的实际喷射试验。首先，确认1区和2区现场人员全都撤离，检查燃机舱顶部重力挡板在开启位置后，将燃机舱门关闭，打开CO2系统排放总门33FP-1A。其次，在控制器内将初喷和续喷的时间改为0.2 min和1.0 min，强制启动88BT，88BD，88BN风机。在控制箱内将1区和2区A、B侧各一个探头同时短接，检查机组跳闸信号是否发出，88BT，88BD，88BN风机是否停止，现场是否发出声光报警信号。延时30 s触发CO2系统初喷，检查电磁阀、喷射阀是否都动正常动作，管道接头处无CO2泄漏。0.2 min后进行CO2系统续喷，检查电磁阀、喷射阀是否都动正常动作，11.0 min后喷射结束。把短接的信号恢复，改回喷射时间，对系统进行复位，到1区和2区查看CO2系统的喷射情况，查看重力挡板是否关闭，查看CO2液罐内CO2的消耗情况，确认CO2系统实喷正常。

(10)对燃机舱重力挡板进行复位开启，将CO2罐体内的液体补充至90%以上，把现场及控制箱上所有的手动释放按钮全都做好铅封，并加好保护罩，防止人员误碰。在控制系统内检查所有设备状态正常，无异常报警信号，CO2火灾保护系统恢复正常工作模式。

5 改造后的效果

CO2火灾保护控制系统升级改造后，系统的可靠性得到极大的提升，机组运行中未再发生过因控制系统设备、回路老化而导致的开路、接地、短路等异常情况，系统的误动作率降低到零，有效避免了机组非停事件的发生，保障机组设备的安全稳定运行。同时，把1区、2区所有热敏探测仪改为一对一的控制模式，并增加了人机界面HMI以及故障打印机，实现了对每一个探测仪的实时监控，并且可以自动实时打印报警信息，对报警信号进行精确的历史追忆，提升了整个系统的安全性和故障情况分析判断的便捷性。

6 结语

通过对CO2火灾保护控制系统的升级改造，使得整个系统在安全可靠性方面得到了极大的提升，避免了因控制器、电路板、电缆、探测仪等设备老化故障导致的系统误动作，有效降低了机组非停事件的发生率，为机组的安全稳定运行奠定了坚实的基础。