摘要：高炉TRT是利用高炉产生的高炉煤气通过透平膨胀机做功,将其转化为机械能，再将机械能转化为电能；同时完成调节高炉顶压、降低高压煤气引起的噪音；是重要的生产、节能、环保设备。当TRT机组故障停机时会直接导致高炉顶压波动、影响高炉炉况、造成环保噪音事故。通过对TRT整个系统电气分析从电气供电、仪表、UPS、低压系统、励磁系统、DCS系统、设备系统进行分析，对关键可操作设备采用冗余、备用方式、完善过程控制及优化设备系统减少TRT停机。
关键词：冗余；备用；电气；DCS；UPS
1引言
高炉TRT系统由阀门系统、液压系统、润滑系统、透平机系统、发电机系统、电力系统、仪表系统、旁通阀组系统等组成（详见图1）。TRT正常运行时减压阀组处于关闭状态、入口多偏阀及紧急切断阀处于打开状态、液压系统处于运行状态、润滑系统处于备用状态；当TRT停机时，紧急切断阀会自动切断，旁通阀组打开并参与顶压控制。
在整个TRT电气系统中主要包含电力系统、电气系统、计算机系统、仪表系统。为保证整个TRT机组稳定运行电气系统中必须避免故障或当重要设备出现故障时有后备手段，从而不引起机组停机并可在线检修。因此在设计及改造中主要考虑具备条件的设备的冗余及备用，并根据设备特点利用计算机系统实现智能控制达到无扰动切换目的。
图1 TRT工艺流程图
2实现设备冗余配置避免设备损坏停机
冗余是指为增加系统的可靠性，而采取两套或两套以上相同、相对独立配置的设计连接组成的系统。通过提供系统运行所需的所有关键组件的冗余的方法，达到容错能力的系统或者系统的结构，当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间，在整个TRT系统中多处采用了冗余配置。
2.1DCS控制系统的冗余
现阶段我厂使用的控制系统为美国Emerson的DCS控制系统，整个系统均采用冗余控制模式。首先高炉控制系统网络采取了双环网结构，两个控制器分别挂在两个不同的交换机中，当任何一个交换机出现问题或者网络链路出现故障时，均不影响本网路其他设备及另外个网络的稳定运行。TRT站2个控制器间运行时互为冗余，CPU间不停处于通讯状态保证两个控制器运行内容完全一致；同时两个控制器的网线、光纤、光电转换器、光缆、光端盒均为分开的设备，保证整个系统的安全可靠（详见图2）。
图2 DCS控制器冗余介绍
整个DCS系统的供电电源亦采用冗余方式配置，系统中两路电源采用输出并联方式；当任意一电源损坏，另外一电源会同时提供两个CPU供电。同时两路电源采用2个UPS供电方式，进一步保证运行可靠。
图3 励磁控制原理图
2.2电气系统的冗余设计
2.2.1发电机励磁系统
发电机励磁系统是TRT系统中重要的组成部分，为提高励磁调节器的可靠性，采用双通道冗余系统：双通道的模拟量、开关量输入信号及调节通道的硬件配置是完全独立的，结构一致。双通道采取无主、从方式运行两者通过CAN总线实时监测通讯，如果一个通道故障，自动切至冗余通道：无论哪一通道均可作为主通道，并没有硬性规定某一通道优先于另一通道，冗余通道自动跟踪主用通道。当主通道故障时，冗余（从）通道可无拢动地切换为主机。
励磁系统的主机供电电源及调节器供电亦采用了两路供电方式，其中一路采用发电机自带永磁发电机输出，另一路采用高压直流屏输出的直流电源。内部信号回路及控制回路电源同样一路引自本机一路引自外部单独供电。调节器内部由24VDC总线供电。在双通道系统中，由两个开关电源模块分别工作在220VDC/24VDC和220VAC/24VDC状态下，其24VDC端输出并联，以保证24V电源的可靠性。当任一路开关电源因故障退出时，不会影响24V回路的工作。通常DC220V电源取自直流屏，AC220V电源取自低压配电室。对每个独立的电路单元，其电源从24VDC总线输入，然后转化为单元所需的电源，如±5V、±12V，详见图3。
2.2.2UPS系统的冗余
TRT系统UPS采用了施耐德COMET3000系列，采用热备用方式连接。此种模式下2#UPS的输出作为1#UPS旁路，所有当1#UPS故障时，2#UPS会旁路给1#UPS供电；但当2#UPS故障时,2#UPS负载会失电；故此种模式并非冗余供电模式（详见图4）。针对上述情况，对UPS供电系统进行改造，增加施耐德ATS系列电源并联装置。此装置可实现两路不同电源无扰动切换，实现冗余配置目的（详见图5）。
图4 TRT电气室UPS热备用模式原理图
图5 TRT电气室UPS热备用改冗余并联设计图
2.2.3仪表系统的冗余配置
TRT仪表系统供电主要采用AC220V供电及仪表柜DC24V供电，其中AC220供电均引自UPS系统为两路UPS供电并联。DC24V仪表柜内电源取自两段UPS，同时每段UPS分别接一独立的菲尼克斯24V开关电源，输出后2个电源进行并联经不同断路器对仪表进行供电。同时对同一类型多个仪表点进入计算机卡件分别进入不同的分支及不同的计算机卡件，避免当DCS卡件故障造成停机。
2.2.4重要设备线路的冗余设计
TRT故障停机时需要紧急切断阀快速切断避免机组飞车，减压阀组快速打开避免因TRT停机造成炉顶顶压突升，同步停机后需要TRT发出退励磁指令。以上指令会在计算机接收到电、仪故障后同步发出指令。为避免计算机整个系统故障停机及特殊情况下设备正常动作，将上述设备联锁故障同步由硬件继电器回路同步发出，保证两路指令并行发出。
3系统的备用及应急设计
对于TRT系统中，一些工艺上无法实现冗余配置的同样设计了一些备用设计。如TRT液压系统的液压泵、TRT静叶位置检测的检测单元、旁通阀组各个阀门、润滑系统中的TRT自带主泵及润滑站电气辅泵等；上述设备安全运行均与TRT运行联锁。例如当TRT液压泵一台故障跳停时，备用泵会监测另一台泵的压力及运行信号由计算机自动发出启动指令。润滑泵会监测主泵运行压力，当低于设定数值后会自动启动。静叶检测单元生产手动可进行切换，选择。
同时当出现重大事故时如TRT两段系统均停电或计算机系统瘫痪等，在中控操作台设计紧急急停按钮，此种模式直接取消所有电气联锁直接同步发电机机组并网柜、励磁、紧急切断阀及旁通阀组。
在TRT运行中也会遇到误信号等导致停机事故，特别集中在测温仪表。温度的特性是不会突升，而测温仪表损坏时通常体现为数据大幅度跳动或直接到最大量程。而同时在处理中需要将信号屏蔽处理，故障排除后再次恢复信号；如故障未完全排除可能会因为在投入瞬间再次触发停机信号。在实际生产中，在控制程序中设计自检测功能，当信号突变及到最大值、点质量异常等会自动解除联锁；而信号恢复后会再次自动投入功能，经过改造后TRT未因测温仪表异常而出现停机。
4结语
TRT系统运行平稳具有重大的工艺、经济、环保等效益，在设计及维护改造中需要通过对设备选型设计、改造等最大可能减少停机。通过设备的冗余及备用、工艺特性实现智能控制等，提升TRT的作业率及运行可靠性。但在冗余配置及备用设计中，会伴随着费用的提升，同时因工艺特性许多设备无法实现冗余及备用的就需要提升设备可靠运行性及根据设备运行周期实现周期的设备管理，合理安排检修等减少事故发生。在整个高炉区域特别是煤气、上料运转区域，此种控制模式具有一定的借鉴性和推广性。
论文作者:王成伟,王徐鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：冗余论文; 系统论文; 设备论文; 故障论文; 电源论文; 高炉论文; 仪表论文; 《电力设备》2018年第15期论文;