摘要：介紹了微流遙調(diào)系統(tǒng)的工作原理、功能特點，并與其他遙調(diào)系統(tǒng)進行了對比，結(jié)果表明微流遙調(diào)系統(tǒng)在燃氣調(diào)壓站中應(yīng)用具有很好的遠程調(diào)壓性能，給城市燃氣調(diào)度管理帶來極大的方便。
關(guān)鍵詞：微流遙調(diào)；CS遙調(diào)系統(tǒng)；SCADA系統(tǒng)；調(diào)壓站
1 概述
燃氣調(diào)壓站是城市燃氣輸配系統(tǒng)的重要組成部分，燃氣調(diào)壓站的運行是否正常直接影響到城市燃氣的安全穩(wěn)定運行[1]。目前，深圳市運行的燃氣輸配系統(tǒng)包括設(shè)計壓力為1.6MPa的次高壓和0.2MPa的中壓管網(wǎng)，燃氣調(diào)壓站主要包括門站2座、次高壓-中壓調(diào)壓站19座。從運行情況來看，由于下游用戶數(shù)量發(fā)展快速以及用戶用氣量波動較大，容易出現(xiàn)用氣高峰時段超出設(shè)計流量和用氣低峰時段影響流量計計量準確度等問題，需要經(jīng)常人工調(diào)整調(diào)壓器出口壓力。這不僅增加了操作人員的工作量和人力成本，而且在緊急狀況下，人員不能及時到達存在很大的安全隱患。再者，隨著城市燃氣管網(wǎng)的規(guī)模持續(xù)發(fā)展，人工操控調(diào)壓站也無法實現(xiàn)輸配管網(wǎng)優(yōu)化運行。
為了更好地優(yōu)化城市燃氣調(diào)度管理，深圳市燃氣集團在國內(nèi)率先采用微流遙調(diào)技術(shù)應(yīng)用于城市燃氣次高壓-中壓調(diào)壓站。本文主要從微流遙調(diào)系統(tǒng)的功能特點、應(yīng)用效果等方面進行介紹和分析，為城市燃氣行業(yè)現(xiàn)代化調(diào)度管理提供寶貴技術(shù)經(jīng)驗。
2 微流遙調(diào)系統(tǒng)
微流遙調(diào)系統(tǒng)是由調(diào)度中心SCADA調(diào)壓子系統(tǒng)、PLC站控調(diào)壓系統(tǒng)和現(xiàn)場調(diào)壓控制系統(tǒng)3部分組成，操作人員可以在上述3系統(tǒng)上對遙調(diào)系統(tǒng)進行操作。
2.1 工作原理
微流遙調(diào)系統(tǒng)主要包括微流閥、P&I控制器、PLC、SCADA遙調(diào)界面和上、下限導(dǎo)閥等設(shè)備。該系統(tǒng)應(yīng)用了機械式的比例一積分控制器(簡稱P&I控制器)，其自帶自動調(diào)節(jié)功能控制微流閥開關(guān)，從而控制工作調(diào)壓器的出口壓力，如圖1。
當控制器在本控(Local)位置時，控制器確定調(diào)壓器出口壓力的指針停于什么位置，其控制器的自動控制功能自動調(diào)節(jié)至指定出口壓力，其原理是控制器內(nèi)的機械式的比例-積分功能自動操作，計算指針與出口壓力反饋指針的誤差，自動輸出0-15psig壓力至微流閥(零壓時微流閥為全關(guān)，3psig為剛開啟，15psig微流閥為全開)，最終使出口壓力反饋指針與確定指針對齊一致。當然控制器內(nèi)的比例-積分參數(shù)可以應(yīng)不同的調(diào)壓系統(tǒng)管路做出簡單調(diào)校，選擇出一個參數(shù)值使得調(diào)壓系統(tǒng)的出口壓力最為穩(wěn)定。當控制器在遙控(Remote)位置時，指針跟隨儀表間PLC輸出的4-20mA控制信號而改變確定指針的位置，從而令出口壓力跟隨PLC的編程調(diào)壓曲線而改變。
2.2 功能特點
該系統(tǒng)包括自動壓力跟蹤、遙調(diào)功能、PLC站控、本地控制和上、下限壓力保護等功能。
遙調(diào)壓力模式、PLC站控調(diào)壓模式和自動壓力跟蹤模式操作程序如圖2，權(quán)限優(yōu)先順序為：站控模式＞遙調(diào)壓力模式＞自動壓力跟蹤模式，即當處于PLC站控模式時，遠程調(diào)壓操作和自動壓力跟蹤功能都將失效；當處于遠程調(diào)壓模式時，不可進行PLC站控調(diào)壓，否則遠程調(diào)壓功能失效；當處于自動壓力跟蹤模式時，其他兩種功能操作都不可進行，任何一種操作都會導(dǎo)致自動壓力跟蹤功能失效。
(1) 自動壓力跟蹤模式
站控人員在PLC上設(shè)定24小時的調(diào)壓站出站壓力曲線，如圖3所示，PLC按時間把出口壓力傳送到P&I控制器，P&I控制器自動調(diào)節(jié)微流閥開度，從而使調(diào)壓站出口壓力控制在新設(shè)定值，整個過程無需人工干預(yù)即可按照預(yù)先設(shè)定的壓力曲線進行調(diào)壓。
該功能可以預(yù)輸入最多4條壓力曲線，在不同的季節(jié)或者時間段選擇不同的壓力自動跟蹤曲線。
(2) SCADA遠程調(diào)壓模式
調(diào)度員啟動SCADA壓力遙調(diào)功能，如圖4，在SCADA接口界面設(shè)定調(diào)壓站的出口壓力，SCADA把設(shè)定出口壓力傳送至站控PLC。然后，PLC把設(shè)定的壓力傳至P&I控制器，最后P&I通過改變微流閥開度來調(diào)節(jié)壓力。
該功能是遙調(diào)系統(tǒng)最重要功能之一，調(diào)度員通過SCADA系統(tǒng)操作可以改變管網(wǎng)壓力及調(diào)壓站的操作。
(3) PLC站控功能模式
站控人員可在PLC上設(shè)定調(diào)壓站的出口壓力，PLC把設(shè)定出口壓力傳至P&I控制器，P&I通過改變微流閥門開度來調(diào)節(jié)壓力。該功能主要是為了日常運行維護以及調(diào)試PLC的設(shè)定。
(4) 本控功能模式
在遠程調(diào)壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，場站人員在P&L控制器上可直接對調(diào)壓站出口壓力進行設(shè)置。
(5) 上、下限壓力保護
微流遙調(diào)系統(tǒng)通過增設(shè)壓力上、下限導(dǎo)閥，加強運行的可靠性，以防止出現(xiàn)誤操作或者設(shè)備故障導(dǎo)致下游壓力過高或者過低的現(xiàn)象。
3 遠程調(diào)壓系統(tǒng)比較
目前，在國內(nèi)城市燃氣企業(yè)中使用遠程調(diào)壓技術(shù)的較少，只有部分城市燃氣企業(yè)在城市門站中使用遠程調(diào)壓。國內(nèi)常用的遠程調(diào)壓系統(tǒng)主要有電動壓力遙調(diào)系統(tǒng)和氣動(CS)壓力遙調(diào)系統(tǒng)。
(1) 電動壓力遙調(diào)
電動執(zhí)行機構(gòu)直接控制方案，如圖5，即在指揮器的調(diào)節(jié)螺桿上安裝電動執(zhí)行機構(gòu)，模擬人工手動調(diào)節(jié)指揮器的調(diào)節(jié)螺桿產(chǎn)生的動作，即可達到遙控設(shè)定調(diào)壓器的出口壓力值[2]。
優(yōu)點：a.系統(tǒng)組成簡單，不需氣包， 占地面積較小。b.不需氣體介質(zhì)，漏點少。c.壓力可調(diào)范圍寬。
缺點：a.機械磨損大，容易造成機械故障和調(diào)節(jié)精度下降；維護量較大，維修成本較高。b.完全的機械作用，不適合連續(xù)的頻繁調(diào)節(jié)。C.控制電機的安全性要求較高，如果電機出現(xiàn)故障，可能引起失調(diào)或超調(diào)，甚至?xí)鹜獾葒乐睾蠊.1套電動調(diào)壓裝置只能控制1臺調(diào)壓器工作[3]。
(2) 氣動(CS)壓力遙調(diào)
CS壓力遙調(diào)通過導(dǎo)壓管引入外部壓力，通過控制一個氣包的進、出口電磁閥來調(diào)節(jié)氣包內(nèi)的壓力，進而可以控制指揮器噴嘴噴出的燃氣壓力，最終控制調(diào)壓器的出口壓力，如圖6[2]。
優(yōu)點：a.既適合連續(xù)的頻繁調(diào)節(jié)，也適合間歇調(diào)節(jié)。b.1套氣動調(diào)壓裝置可同時控制2～3臺調(diào)壓器。c.進氣安全閥和出氣安全閥可有效保障CS系統(tǒng)氣包在壓力允許的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)正常工作。e.無須停氣改造。
缺點：a.受到CS系統(tǒng)氣包的壓力限制，壓力可調(diào)范圍較窄；b.需設(shè)置氣包，占地面積較大。c.需引介質(zhì)氣體，系統(tǒng)組成部件較多，漏點也相對較多；d、調(diào)壓精度相對較低[3]。
(3) 微流壓力遙調(diào)
優(yōu)點：a.響應(yīng)速度快；b.調(diào)壓精度高；C.安全可靠性好；d.調(diào)壓范圍寬；e.一臺P&I控制器可以同時控制多臺調(diào)壓路。
缺點：a.需要停氣作業(yè)，設(shè)備安裝需要1～2周時間；b.在門站中應(yīng)用，調(diào)壓響應(yīng)速度快可能會導(dǎo)致上游過流量閥切斷。
評價一個壓力遙調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)劣，應(yīng)該要考慮整體系統(tǒng)的安全可靠性，自動調(diào)節(jié)、響應(yīng)速度、升降壓梯幅度和調(diào)壓系統(tǒng)精度，以及系統(tǒng)對場站日常自動壓力調(diào)壓功能、調(diào)度中心遙調(diào)場站輸配網(wǎng)絡(luò)之供求調(diào)度、輸配網(wǎng)絡(luò)危急搶險之應(yīng)用及工作人員現(xiàn)場操作應(yīng)用等。從上述三種遙調(diào)方式優(yōu)缺點對比來看，微流遙調(diào)系統(tǒng)由于其調(diào)壓精度高、調(diào)壓響應(yīng)速度快，在城市燃氣次高壓-中壓、中-低壓調(diào)壓站中應(yīng)用較好。
4 微流遙調(diào)應(yīng)用
微流遙調(diào)系統(tǒng)在深圳市燃氣輸配系統(tǒng)中主要應(yīng)用在次高壓-中壓調(diào)壓站中，主要體現(xiàn)在以下幾方面。
4.1 升壓或者降壓
深圳市燃氣管網(wǎng)目前主要有次高壓和中壓管網(wǎng)，居民和工業(yè)用戶均由中壓管網(wǎng)供氣。調(diào)度中心在SCADA上對次高壓-中壓調(diào)壓站進行遠程調(diào)壓，當用氣處于波峰時，提高調(diào)壓站出口壓力；當用氣處于波谷時，降低調(diào)壓站出口壓力；通過遠程調(diào)壓有效的解決用氣供需矛盾，提高區(qū)域用氣的安全性。
4.2 流量分配
流量分配主要是指通過遠程調(diào)節(jié)次高壓.中壓調(diào)壓站出口壓力，使得各調(diào)壓站流量保持平衡，避免某些調(diào)壓站流量過大超過設(shè)計流量，或者流量太小低于流量計最低計量流量，給管網(wǎng)運行帶來風(fēng)險。
目前深圳市中壓管網(wǎng)已經(jīng)連成一張網(wǎng)，運用管網(wǎng)仿真和實際測試，確定各季節(jié)時段調(diào)壓站出口壓力。在調(diào)度中心SCADA系統(tǒng)上使用遙調(diào)系統(tǒng)自動壓力跟蹤模式或遠程調(diào)壓模式可以保證各調(diào)壓站流量均勻分配，保證管網(wǎng)安全穩(wěn)定供氣。
4.3 緊急處置
當遇到臺風(fēng)、洪水、地震等，或天然氣管網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)重大異常時需要關(guān)閉調(diào)壓站的，根據(jù)不同的工況，可以采取不同的緊急處置措施[4]。處置措施通常包括緊急切斷和最優(yōu)修復(fù)，緊急切斷一般采用解除下限設(shè)置功能關(guān)閉調(diào)壓器，其切斷指令的下達可利用現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)來實現(xiàn)。
5 結(jié)論
本文對微流遠程調(diào)壓系統(tǒng)進行了分析介紹，并與其他遠程調(diào)壓系統(tǒng)進行比較，主要得出以下結(jié)論：
微流遠程調(diào)壓系統(tǒng)調(diào)壓速度快、調(diào)壓精度高，在城市燃氣輸配系統(tǒng)調(diào)壓站應(yīng)用具有很好的效果，不僅可以優(yōu)化調(diào)度管理，而且可以對企業(yè)節(jié)省人力成本。
參考文獻：
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[2] 金永功.指揮器控制式調(diào)壓器的壓力遙調(diào)[J]上海煤氣，2007(03)：14-15.
[3] 王文想等.壓力遙調(diào)系統(tǒng)在燃氣輸配的應(yīng)用[J]煤氣與熱力2010，30(5)：A27-A32，
[4] 高學(xué)玲.遠程調(diào)壓與調(diào)流在天然氣管網(wǎng)的安全應(yīng)用[J].上海煤氣，2010，17-20.
(本文作者：霍小亮 卓凡 陳珩 深圳市燃氣集團股份有限公司 廣東深圳 518055)
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