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0 引言
近年，随着国家对环境保护的日益重视，烟气脱硫系统对于火力发电厂是必不可少的设备。沙角A电厂是广东省最早实现全部机组安装、运行脱硫系统的大电厂之一。
沙角A电厂烟气脱硫系统采用的是石灰石———石膏湿法脱硫技术。根据该脱硫工艺的特点，在设计上大量使用气动电磁阀作为管道阀门的驱动装置。沙角A电厂脱硫系统使用的是ASCO551系列的电磁阀。ASCO电磁阀由两个基本功能单元组成：电磁线圈和磁芯及包含一个或几个孔的阀体。当电磁线圈通电或断电时，磁芯的运转将导致压缩空气通过阀体或被切断。电磁线圈被直接安装在阀体上，磁芯被封闭在密封管中，构成一个简洁，紧凑的组合。气动电磁阀实际是通过电磁阀线圈的通断电，控制气缸内进出口压缩空气的压力差，从而达到开关阀门的目的。
1 气动电磁阀控制故障高
2006年，沙角A电厂各台机组的脱硫设备相继投运，烟气脱硫效果立杆见影，但脱硫系统中大量气动电磁阀在投运之初出现了许多控制故障，导致主设备无法满足启停条件，设备不能投入自动，严重威胁着脱硫系统的正常运行。该厂程保班负责维护的两套脱硫控制系统及其公共系统，共有气动阀门87个（3#、4#脱硫各有32个气动电磁阀，公共系统23个）。2006年6月脱硫设备相继投运后，由于气动电磁阀屡屡出现控制故障，我们每天对气动电磁阀动作情况及控制故障进行记录，每周进行完好率统计。截至2006年9月底，记录资料统计整理后如表1和表2所示。
从表1可以清楚看出：该班负责维护的脱硫控制设备中，气动电磁阀在2006年6月至2006年9月期间，控制故障率高达14.0%，大大超出了沙角A电厂热控分部要求低于2%的目标。所以，降低该故障率迫在眉睫。
为了更清晰明了地体现上表的数据，根据表2的内容，绘制了如图1所示的更加直观的饼分图。
通过表2和饼分图，可以明显看出，电磁阀缺陷、阀体缺陷、控制方面缺陷引起的故障占总控制故障数的95.9%，是造成控制故障的三大因素。如果能解决这三大因素所引起的故障，气动电磁阀的控制故障率将大幅降低。
由于其他故障（包括一些现场检修不当所造成的控制故障）属于偶然现象，以下不作详细讨论。
2 故障主因
对引起控制故障的三大因素作进一步的分析、论证和判定，共归纳出12个可能的原因，并从中确定问题的主因。
2.1 造成电磁阀缺陷的原因
造成电磁阀缺陷的原因有周边环境差、电磁阀露天安装、电磁阀质量差、压缩空气气压不足、连接电缆问题以及汽缸排气口堵塞等。
2.1.1 周边环境差
经过NOSA安健环的星级评比，沙角A电厂内的工作环境已有质的提升，且气动电磁阀安装的周围均无油系统，环境良好。根据2006年6～9月的消缺记录，因环境因素造成的控制故障只发生过1点次，原因是检修施工后电磁阀线圈安装不到位，有大量灰尘积聚在接头处，造成接触不良，线圈不能正常受电，导致气动电磁阀无法工作，属偶然现象。所以，周边环境差不是主因。
2.1.2 电磁阀露天安装
由于脱硫系统设计、安装不合理，脱硫控制系统中大部分的气动电磁阀与缸体连体，安装在室外，而且没有防护设施，就地控制设备成套“裸露”在室外，只要在刮风下雨的天气过后，控制故障就会频繁出现。根据2006年6～9月的消缺记录显示，因电磁阀露天安装，造成气动电磁阀控制故障有10次，占总数的20.4%。因此，电磁阀露天安装应该确定为主因。
2.1.3 电磁阀质量差
电磁阀是跟随主设备的投运才开始使用的，使用周期不长，且所有电磁阀均是国际知名品牌AS2CO的产品，制作精良，质量有一定的保证，经过严格的验收后才安装使用的，质量差基本可以排除。根据2006年6～9月的消缺记录显示，未有因电磁阀本身质量差而造成的控制故障。因此，电磁阀质量差应为非主因。
2.1.4 压缩空气气压不足
根据2006年6～9月的消缺记录，因压缩空气压力不足造成阀门控制故障有7次，占总数的14.3%。由于压缩空气气源是统一由厂内压缩空气房提供，压缩空气管路一次门前压力正常。因此，可以判定，由压缩空气气压不足造成电磁阀控制阀门开关不到位的故障可确定为主因。
2.1.5 连接电缆问题
根据2006年6～9月的消缺记录显示，因电缆包裹不好，或是由于前期施工中有剥接现象，造成控制回路短路、电缆剥接处断开、信号接地等现象，而导致阀门控制故障发生8次，占总数的16.3%。因此，连接电缆问题也应该确定为主因。
2.1.6 汽缸排气口堵塞
（6）在沙角A电厂各台机组的控制系统里，所使用气动电磁阀的工作原理和脱硫系统是一样的，过去曾经出现由于汽缸排气口堵塞造成控制故障的现象。从2006年6～9月的消缺记录可以看出，没有出现因汽缸排气口堵塞造成压缩空气在汽缸内无法释放而导致开关操作失灵的现象。因此，汽缸排气口堵塞并非主因。
2.2 造成阀体缺陷的原因
造成阀体缺陷的原因有受控阀门门芯紧、冲洗不彻底、行程开关弹簧片老化和行程开关损坏。
2.2.1 受控阀门门芯紧
根据2006年6～9月的消缺记录，在控制回路正常，且压缩空气气压正常的情况下，因阀门门芯紧，造成控制故障有1次，向门芯喷洒润滑剂，动作恢复正常。后经证实此故障是检修后不严密，属偶然现象，而且只出现在个别阀门上。因此，受控阀门门芯紧不是主因。
2.2.2 管道冲洗不彻底
根据2006年6～9月的消缺记录和运行值班人员的反应，因脱硫的工艺有自身的特殊性，管道中经常有石灰混入，一旦凝结，且冲洗不及时或不彻底，就会造成阀门门芯处有干石灰积聚，使受控阀门开关不顺畅，但此现象出现后，只要恢复冲洗，石灰块再次融于水中，控制将恢复正常。因此，冲洗不彻底也不属于主因。
2.2.3 行程开关弹簧片老化
由于脱硫系统中的气动电磁阀都需要频繁地开关操作，来回动作次数的增多，自然使弹簧片的弹性下降。老化的弹簧片，动作不利索，造成阀门按指令动作后，行程开关没压好，CRT上阀门的反馈为中间状态，和就地实际状态不符，从而引起控制故障。根据2006年6～9月的消缺记录显示，由该原因造成的控制故障有14次，占总数的28.6%。因此，应该将行程开关弹簧片老化确定为主因。
2.2.4 行程开关损环
根据2006年6月～2005年9月的消缺记录显示，未有因阀门行程开关损坏，而造成气动电磁阀控制故障的情况，且行程开关安装的密封性良好，损坏可能性低。所以，行程开关损坏为非主因。
2.3 造成控制方面缺陷的原因
造成控制方面缺陷的原因有组态参数设置不当和运行、热控人员技术水平低。
2.3.1 组态参数设置不当
查阅脱硫系统试运行期间工作记录，发现多次控制故障发生后，调试人员修改了有关阀门动作的参数，阀门动作恢复正常，证明控制组态中存在不合理的地方；设备正式投运后，有8次控制故障是由于组态中个别参数设置不合理，导致启动阀门无法开关的现象，且因该原因造成的控制故障占总数的16.3%。因此，可确定组态参数设置不当为主因。
2.3.2 运行、热控人员技术水平低
根据沙角A电厂相关的人员资料显示，所有运行和检修人员都经过专门培训，持证上岗，不存在技术水平低的情况。经查阅脱硫系统运行记录，试运行期间没有误操作现象。运行、热控人员技术水平不是主因。
经过上述的论证和判定，可以确认引起气动电磁阀控制故障的主因共五个：电磁阀露天安装、压缩空气气压不足、连接电缆问题、行程开关弹簧片老化和组态参数设置不当。
3 解决措施
针对上述归纳出的五个主因，分别制定了相应的对策，并在日常工作中予以实施。
3.1 针对电磁阀露天安装
通过现场整改，将电磁阀改装进端子箱内，现场无法加装端子箱的，用薄膜纸包裹，并在气动电磁阀上方加装防雨罩，目的是让电磁阀不再遭受日晒雨淋。由该原因造成的控制故障至少半年不再出现。具体措施为：
（1）利用机组调峰停运期间，在3#脱硫18个气动阀旁加装端子箱，把气动阀改装在端子箱内，其余无法改造的气动电磁阀，用薄膜纸包裹好，且在气动阀上方加装防雨罩。
（2）利用机组小修期间，在4#脱硫18个气动阀旁加装端子箱，把气动阀改装在端子箱内，其余无法改造的气动电磁阀，用薄膜纸包裹好，且在气动阀上方加装防雨罩。
（3）日常维护设备期间，在公共系统20个气动阀旁加装端子箱，把气动阀改装在端子箱内，其余无法改造的气动电磁阀，用薄膜纸包裹好，且气动阀上方加装防雨罩。
以上措施可避免受控阀门和电磁阀日晒雨淋，特别避免在大雨过后，雨水渗入电磁阀造成线圈短路甚至损坏，从而引起控制故障。
3.2 针对气压不足的现象
针对气压不足的现象需要对压缩空气管路进行改造并加强维护，使压缩空气管路严密、畅通，气压保持标准值，至少半年不再出现气压不足现象。
具体措施为：
（1）对原有设计不合理、不规范的压缩空气管路进行必要的改造，将易于老化、断裂的橡胶软管更换成耐用、严密性好的不锈钢蛇皮软管。
（2）制订相应措施，规定每周至少2次对压缩空气管路、接头和阀门等进行检查，及时消除压缩空气泄漏、堵塞等造成阀门开度不够的现象。
3.3 针对连接电缆问题
全面检查电缆转接处包扎情况，对发现有剥接的电缆进行更换，使电缆连接完好，至少半年不再出现该主因造成的控制故障。其具体措施：
（1）全面检查电磁阀线圈出口的电缆是否有不锈钢蛇皮套管作为保护，且对发现有电缆外露的进行包扎，或套上适当的蛇皮套管作为保护。
（2）仔细查阅施工记录，对电缆剥接的具体位置予以确认，如有备用电缆的更换备用电缆使用；如无备用电缆，在允许的情况下应敷设新电缆。根据安全规范，剥接电缆在正常的情况下是不允许的。如果上述措施都无法执行，就对电缆剥接处进行适当的包扎，避免控制信号接地短接。
以上措施的实施，可降低电缆短路的可能，使控制回路不再出现接地现象，控制信号可以可靠地传送至电磁阀线圈，使其按需动作，避免操作失灵的现象。
3.4 针对行程开关弹簧片老化的问题
针对行程开关弹簧片老化的问题，仔细检查系统中的行程开关，更换已经老化的弹簧片，消除行程开关不到位现象。
（1）全面检查所有气动电磁阀行程开关的弹簧片，对出现老化现象的进行逐一更换。
（2）检查弹簧片备品库存情况，备品量不足时及时进行补充。
3.5 针对组态参数设置不当的问题
对控制组态程序进行优化，消除因控制组态不合理引起的控制故障。
（1）检查组态程序的备份，找出程序中组态不合理的逻辑、设置有误的参数，并做好标记。
（2）对组态程序进行优化，修改有关参数。
（3）在解除连锁的情况下，对进行优化后的系统测试，确认优化后的程序运行正确可靠。
对程序进行优化，可以节约大量的计算机资源，降低计算机的负荷，避免计算机资源不足。气动阀门开关模块中有一参数，当选择“阀门开关在一短脉冲过后信号自动复位”，会使压缩空气还来不及从汽缸释放，信号就已经复位，造成指令与阀门工作不一致，引起控制故障。在该参数的设置上，应选择信号不复位，使压缩空气能有足够时间释放。有部分阀门就是因为这个原因造成开关失败。所以上述措施的实施是必要的。
4 成效
2006年底，在实施所有解决措施后，对脱硫控制系统的气动电磁阀进行密切的检测，其后半年的记录情况如下：
（1）根据2007年1～6月的数据统计，消除了电磁阀露天安装因素后，87个气动电磁阀仅有一次由于该原因（薄膜纸撕裂，使电磁阀外露）造成的控制故障。
（2）因气压不足所造成的控制故障，2007年上半年只在4#脱硫系统出现了一次。
（3）2007年1～6月，由于电缆短路、控制回路接地等引起的气动电磁阀控制故障没有再出现。
（4）所有阀门在2007年上半年内仅一次出现因行程开关没压到位而造成的控制故障。
（5）2007年1～6月，均未出现因组态参数设置不当而产生的故障。
2007年1月开始，每周一对87个气动电磁阀进行检查，并分析原因，记录统计控制故障率。至6月底，统计时间近半年，由各种原因引起的控制故障共3次，折算控制故障率为：
3÷（87×3）×100%=1.15%<2%
此故障率远低于系统投运初的14%的控制故障率，已达到了热控分部的要求。说明一系列降低气动电磁阀控制故障率的方法是有效的。
5 结束语
本文所述的气动电磁阀尽管是电力设备中很微小的组成部分，但其正常工作与否，也会影响整个脱硫系统的正常启停和自动的投入。沙角A电厂各台机组的脱硫设备投运之初，大量气动电磁阀出现了控制故障，经过一系列认真细致的分析后，发现了包括电磁阀缺陷、阀体缺陷和控制方面缺陷等主要缺陷，通过实施上述对策和方法，有效地将控制故障率从14%降低为1.15%，保证了设备的正常运行，减少了设备因启停造成的经济损失。
DCS目前已广泛应用于电厂的机组控制，在辅助车间采用DCS系统的方案也不少。但在工程实践时，特别需要考虑工程业绩、工程进度、系统集成、投资成本、分步投运等问题。
FCS技术先进，价格较高，且目前国内应用业绩不多。
参考文献：
（1）贾品丽。600MW火电机组培训教材（仪控分册）（M）。北京：中国电力出版社，2007。
（2）肖大雏。控制设备及系统（M）。北京：中国电力出版社2006。
（3）彭昕，周程放。火电厂辅助车间系统集中控制方案探讨（J）。火电厂热工自动化，2006，（1）。
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