電廠分散控制系統控制器失電事故處理預案研究

余小敏，張　鍔，祝廣場

（華電電力科學研究院中南分院，湖北武漢430062）

電廠分散控制系統控制器失電事故處理預案研究

余小敏，張鍔，祝廣場

（華電電力科學研究院中南分院，湖北武漢430062）

控制系統中的電源系統是電廠控制系統中的一個非常重要的系統，是電廠分散控制系統能夠長期穩定運行的基礎。對于運行中的機組來說，分散控制系統的控制器如果發生失電故障往往會引起比較嚴重的后果。為了保證電廠的安全穩定運行，對電廠的分散控制系統制定應急預案，針對分散控制系統的失電情況采取相應的應對措施非常重要。本文針對某電廠三期工程DCS在調試和運行過程中出現的種種問題，結合OVATION控制系統的特點，介紹了某電廠三期DCS控制器失電事故預想，目的之一是掌握執行機構失去控制信號后的動作特性，二是檢查軟件設置和聯鎖保護設計是否有優化的空間，三是為異常處理和恢復提供參考。

DCS控制器；失電；事故預想

0　引言

電源系統是控制系統長期、穩定地保持正常工作能力的基礎。但由于設計與硬件質量本身原因，因電源故障引起的火電機組非計劃停運事故時有發生。作為熱控系統的一個重要組成部分，控制器失電故障的預防和處理，直接影響機組的安全經濟穩定運行，若有不慎，就有可能引起機組運行異常，甚至主設備損壞事故。吸取日本核電廠事故教訓，做好控制系統控制器的事故處理預案，對防止控制器故障后的事件擴大有著重要意義。本文結合某電廠三期機組DCS配置，探討其控制器失電故障的預防措施，提出針對性的建議。

1　某電廠三期配置情況

1.1OVATION系統結構

某電廠三期機組DCS選用了西屋公司的OVATION分散控制系統。圖1為典型的OVATION系統結構圖。

（1）OVATION系統的電源配置

每臺機組OVATION系統配置兩個電源分配柜，由兩路UPS供電，負責OVATION系統各控制器機柜、遠程I/O站、網絡系統、操作員站、工程師站等設備的供電。

（2）控制器的故障切換

處于主控狀態的控制器，直接處理I/O的讀寫，執行數據的獲取和控制功能，同時監視備用控制器及網絡的運行情況。處于備用狀態的控制器診斷和監視主控制器的狀態，通過檢測主控制器的內存數據和接收主控制器發往OVATION網絡的信息來維護數據的最新狀態，以保證備用控制器實時跟蹤主控制器。故障切換是指出現主控制器故障、主控制器與網絡通訊故障以及主控制器與I/O通訊故障等異常時，原備用處理器讀取I/O信息并接管過程控制，成為主控制器。

1.2三期DCS控制器分配

三期DCS控制器采用工藝系統結合控制功能的分配方式，局部工藝系統的全部控制任務集中在同一個控制器內完成。如果其中一個控制器出現失電、死機和脫網等故障，所屬工藝系統的所有參數和設備狀態將無法在畫面監視，不利于異常情況的判斷和處理。

三期DCS共配置30對控制器，發電機溫度、鍋爐本體溫度和循泵房采用遠程I/O站，分配如下：

DROP1/51~DROP6/56分別負責磨組A/B/C/D/E/F；DROP7/57負責FSS、RB；DROP8/58負責等離子點火、火檢冷卻風機、SOE；DROP9/59~ DROP10/60負責風煙系統；DROP11/61負責爐膛負壓、一次風壓、總風量；DROP12/62負責鍋爐疏水放氣；DROP13/63負責協調控制系統；DROP14/64負責主再熱汽溫控制、鍋爐壁溫；DROP15/65負責鍋爐吹灰；DROP16/66負責鍋爐啟動系統、旁路系統；DROP17/67負責脫硝、空壓機、燃油泵系統；DROP18/68負責高加及抽汽、DEH通訊；DROP19/69~DROP20/70負責凝結水及高低加系統；DROP21/71~DROP22/72負責循泵及開閉式泵系統；DROP23/73~DROP26/76負責ECS系統；DROP41/91~DROP44/94負責小機系統。

2　控制器失電故障及事故預想

2.1控制器失電故障

控制器失電是DCS最嚴重的故障。控制柜冗余電源中的任一路故障都會引起光字牌“DCS電源故障”報警。控制柜兩路電源都失去時，主備控制器都停止運行，光字牌“控制器故障”報警，軟報警窗口“DROPxx”報警，系統狀態畫面上這對控制器顯示灰色。控制器所屬信號全部變為壞品質，畫面上參數保持在壞品質前的值，并顯示為藍色，開關量設備的顯示將保持在原狀態。其它控制器通過網絡接收該控制器的信號保持在故障前的狀態。控制器失電后，控制器失去保護和調節功能；由于失去輔助電源，控制器所屬模擬量輸出通道4-20mA信號失去，模擬量執行機構自身特性決定其處于保持、全開或全關狀態；異常前處于激勵狀態的開關量輸出通道將會突變，其所控制的相關設備的實際狀態將會變化。

2.2控制器失電事故預想

鑒于該電廠一期機組曾發生過因控制器失電引起MFT的事件，針對這種極端工況進行事故預想，目的之一是掌握執行機構失去控制信號后的動作特性，二是檢查軟件設置和聯鎖保護設計是否有優化的空間，三是為異常處理和恢復提供參考。

控制器失電事故預想的重點是失電后的現象。由于該廠三期DCS按系統分配控制器，控制器失電后，所屬系統、設備的狀態和參數都不再刷新，因此在操作員站畫面看不到相關故障現象，畫面上的參數和狀態可能會起到誤導作用，需要到現場確認，并開展后續事故處理工作。

控制器恢復上電前需采取措施的重點是梳理相關聯鎖保護，縮短上電恢復時間。控制器恢復上電的初始化過程中，DO通道和AO通道處于不可控狀態，因此不同控制器上電恢復前有不同的措施，以下幾條適用于所有控制器。

（1）運轉設備的停止命令解線。

（2）停運設備的啟動命令解線。

（3）處于開啟狀態的閥門（擋板）的關閉命令解線。

（4）處于關閉狀態閥門（擋板）的開啟命令解線。

下面提出重要控制器失電時的事故預想：

2.2.1磨煤機組控制器故障事故預控DROP1/51（A）

2.2.1.1磨煤機組控制器故障（以磨煤機A投運為例）時，其模擬量控制回路中，給煤機停轉，中心風調節擋板關閉，動態分離器停轉，磨輥加載力最小，其余回路（例如冷風和熱風調節擋板）處于保持狀態。而開關量控制回路中，相關設備保持在原狀態。

2.2.1.2處理建議：由于給煤機控制系統一般未設置最小給煤率功能，應到就地確認給煤機運行情況，如需緊急停運磨組，須到開關室和就地控制盤進行相關操作。

2.2.1.3恢復上電前的措施：在FSS控制器（DROP7）強制臨界火焰失去MFT信號。恢復上電前的通用措施。

2.2.2DROP7/57（FSS、RB）

2.2.2.1該控制器無模擬量回路。控制器失電后，機組將直接MFT，并通過MFT繼電器柜聯跳相關設備。

2.2.2.2處理建議：因機組已MFT，控制器上電恢復前的準備工作無特殊要求。

2.2.3DROP8/58（等離子點火、火檢冷卻風機、SOE）

2.2.3.1（以未投運等離子點火器為例）該控制器的模擬量控制回路只有冷風加熱器出口電動調節閥，保持原位。開關量控制回路中，相關設備保持在原狀態。

2.2.3.2恢復上電前的措施

（1）在FSS控制器（DROP7）強制掃描冷卻風失去MFT信號。

（2）恢復上電前的通用措施。

2.2.4DROP9/59（A側風煙）

2.2.4.1該控制器無模擬量控制回路。開關量控制回路中，原處于運行狀態的空預器導向軸承油泵將會自行停運，其余設備保持在原狀態。

2.2.4.2恢復上電前的措施

（1）如果故障前密封風機A在運行狀態，密封風機B處于備用狀態，恢復前宜先手動啟動密封風機B。

（2）空預器A緊急停止命令解線。

（3）空預器A電機跳閘（去FSS控制器）解線。

（4）空預器A跳閘（去脫硝控制器）解線。

（5）恢復上電前的通用措施。

2.2.5DROP11/61（爐膛負壓、一次風壓、總風量）

2.2.5.1模擬量回路中，送風機、引風機和一次風機的動葉保持不變，但爐膛負壓、總風量和一次風母管壓力失去調節功能，也無法在畫面上監視爐膛負壓和總風量等參數，同時總風量低MFT功能失去。開關量控制回路中，相關設備（燃燒器冷卻風電動門和冷一、二次風聯絡門）保持在原狀態。

2.2.5.2處理建議：DROP11/61失電后，宜直接手動停運送引風機，確認MFT動作，相關設備聯跳正常。

2.2.5.3恢復上電前的措施：因機組已手動MFT，控制器上電恢復前的準備工作無特殊要求。

2.2.6DROP13/63（協調控制）

2.2.6.1該控制器主要是模擬量控制回路。控制器失電后送DEH的負荷和壓力設定值將變為壞信號。所有給煤機轉速控制將自行切至MANUAL，并維持當前煤量。兩臺小機轉速將自行切至本地控制方式，并維持當前轉速。

開關量控制回路中，相關設備保持在原狀態。

2.2.6.2處理建議：該控制器失電后，FSS控制器（DROP7）中的給水流量、單臺給煤機煤量（DROP1~6）和DEH中的負荷及主汽壓力等信號的品質都還是好的。建議立即在DEH畫面確認在負荷控制方式，并把負荷設定從CCS切至本地，不宜在壓力控制方式下運行。機組的水、煤、負荷和壓力控制都需手動控制。

2.2.6.3恢復上電前的措施

（1）在FSS控制器（DROP7）強制給水流量低MFT信號。

（2）負荷小于x%送汽機防進水系統的DO通道解線。

（3）由于其它控制器用到DROP13中的負荷、主汽壓力等模擬量中間點參數的地方很多，控制器上電恢復時需在相關控制器逐個排查強制。

（4）恢復上電前的通用措施。

2.2.7DROP14/64（主再熱汽溫控制、鍋爐壁溫）

2.2.7.1模擬量控制回路中，所有過、再減溫水調節閥暫時保持不變，但保持一段時間后可能自行全開。再熱器和過熱器調節擋板保持原位。所有鍋爐側汽壁溫等參數變為壞信號，送協調控制器（DROP13）的“屏式過熱器出口溫度”和“屏式過熱器出口溫度設定值”變為壞信號。開關量控制回路中，相關設備保持在原狀態。

2.2.7.2處理建議：把水煤比控制撤至手動控制。通過參考機側汽溫（DROP16），手動控制給水和煤量以控制汽壁溫。如果IDAS壁溫檢測系統出現大面積超溫，宜手動MFT。

2.2.7.3恢復上電前的措施

恢復上電前的通用措施。

2.2.8DROP15/65（鍋爐吹灰）

2.2.8.1模擬量控制回路中，吹灰蒸汽調節閥暫時保持不變，但保持一段時間后可能自行全開。吹灰蒸汽減溫水調節閥自行全關。開關量控制回路中，設備保持原狀態。

2.2.8.2處理建議：宜立即到吹灰蒸汽調節閥及其減溫水閥現場進行操作處理。就地手動退出正在運行的長吹，在檢修人員的協助下，通過強制的方法退出正在運行的短吹（就地無退出按鈕）。

2.2.8.3恢復上電前的措施

（1）就地關吹灰器隔離閥。

（2）吹灰器動力柜拉電。

2.2.9DROP16/66（鍋爐啟動系統、旁路）

2.2.9.1模擬量控制回路中，分離器貯水箱水位調節閥、主蒸汽管道疏水調節閥、暖管疏水調節閥、再熱蒸汽管道疏水調節閥暫時保持不變，但保持一段時間后可能自行全開。凝結水雜用減溫水調節閥自行全開，小機軸封汽減溫水調節閥、主機軸封汽減溫水調節閥保持原位，高低旁及減溫水閥仍維持在關閉狀態。開關量回路中，設備保持原狀態。

2.2.9.2恢復上電前的措施

（1）在DROP7強制再熱器保護。

（2）在DROP19強制凝汽器保護。

（3）汽機跳閘#11（去DROP21）和汽機跳閘#12（去DROP22）DO通道解線。

（4）恢復上電前的通用措施。

2.2.10DROP17/67（脫硝、空壓機、燃油泵）

2.2.10.1模擬量控制回路中，SCR反應器入口加氨流量調節閥自行全關。開關量回路中，SCR反應器入口加氨前后關斷閥自行全關，其它設備保持在原狀態。

2.2.10.2恢復上電前的措施

（1）空壓機切到就地控制。

（2）供油泵67A/B/C變頻器急停DO通道解線。

（3）制氨系統緊急停止和制氨系統緊急消防DO通道解線。

（4）恢復上電前的通用措施。

2.2.11DROP18/68（高加及抽汽、與DEH通訊）

2.2.11.1模擬量回路中，高加緊急疏水閥暫時保持不變，但保持一段時間后可能自行全開。高加正常疏水閥暫時保持不變，但保持一段時間后可能自行全關。開關量回路中，#1~#3抽汽逆止閥自行全關，#1~#3抽汽管道疏水閥自行全開，其它設備保持在原狀態。和DEH通訊中斷。

2.2.11.2處理建議：按高加汽側全部撤出進行處理。

2.2.11.3恢復上電前的措施

恢復上電前的通用措施。

2.2.12DROP19/69（凝泵A、變頻器、輔助蒸汽、除氧器及抽汽、電泵）

2.2.12.1模擬量回路中，除氧器水位主調節閥、除氧器水位副調節閥、凝泵最小流量調節閥、冷再至輔汽調節閥、輔汽至除氧器啟動加熱調節閥暫時保持不變，但保持一段時間后可能自行全開。凝結水泵變頻器降至最低速度。除氧器溢流閥調節閥保持原位。輔汽疏水擴容器至凝汽器氣動調節閥自行全開。開關量回路中，#4抽汽疏水閥和輔汽系統疏水閥自行全開。其它設備保持在原狀態。

2.2.12.2處理建議：因除氧器水位不可控，宜立即手動MFT，確認相關設備聯跳正常。如果原來凝泵A在運行，到開關室停運凝泵。就地關閉冷再至輔助蒸汽調節閥和輔助蒸汽至除氧器啟動加熱用汽調節閥的前后隔離閥。

2.2.12.3恢復上電前的措施

恢復上電前的通用措施。

2.2.13DROP21/71（循泵A、開式泵A、閉式泵A）

2.2.13.1模擬量回路中，給水泵汽機A再熱蒸汽管疏水閥控制指令自行全開。閉式水膨脹水箱水位調節閥保持原位。開關量回路中，#4段抽汽供小機A疏水閥自行全開，其它設備保持在原狀態。

2.2.13.2恢復上電前的措施

（1）啟動B系列的備用設備，例如循泵B、閉式泵B等。

（2）兩臺閉式水泵均停運或閉式水母管壓力低（去另一臺機組的DROP21）DO通道解線。

（3）恢復上電前的通用措施。

2.2.14DROP24/74（發變組系統、電氣FECS通訊）

2.2.14.1該控制器無模擬量控制回路。開關量回路中，相關設備保持在原狀態。和FECS通訊失去。

2.2.14.2恢復上電前的措施

在電氣配合下，執行恢復上電前的通用措施。

2.2.15DROP41/91（小汽機A MEH）

2.2.15.1模擬量回路中，小機A高低壓調門自行關閉。轉速下降，但小機A并未跳閘。

該控制器無開關量回路。

2.2.15.2處理建議：立即手動跳閘小機A。由于小機跳閘狀態無法送至DROP7，機組RB不會正確動作，需參考RB動作過程進行手動干預。

2.2.15.3恢復上電前的措施

（1）關閉小機A的高低壓進汽隔離閥以及和主機有關聯的閥門。

（2）恢復上電前的通用措施。

2.2.16DROP42/92（小汽機A ETS、汽泵A）

2.2.16.1小機A自行跳閘。汽動給水泵A給水再循環調節閥自行全開。其它設備保持原狀態。

2.2.16.2處理建議：由于小機跳閘狀態無法送至DROP7，機組RB不會正確動作，需參考RB動作過程進行手動操作。小機A跳閘后，小機和汽泵輔助系統不會聯鎖動作，需到就地進行相關操作。

2.2.16.3恢復上電前的措施

（1）關閉小機A的高低壓進汽隔離閥以及和主機有關聯的閥門。

（2）恢復上電前的通用措施。

3　結語

OVATION是主流的分散控制系統，某電廠三期DCS通過硬件配置、軟件設置和邏輯保護設計的優化，具有較高的可靠性。本文針對OVATION系統的特點及某電廠的實際情況就控制器失電后的處理提出一些建議，僅供參考。

[1]艾默生過程控制（上海有限公司）OVATION系統手冊[M].2016.

[2]DL/T774-2015，火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程[S].

Research of the Precaution of DCS Controller on the Loss of Power Supply

YU Xiao-min，ZHANG e，ZHU Guang-chang
（Huadian Electric Power Research Institute，Zhongnan Branch，Wuhan 430062，China）

Powersystem isavery importantsystem in thecontrolsystem,which is thebasis of the smoothly running of controlsystem.The result isvery serious if the power system of the controlsystem ispower off.Thearticle describes the precaution ofDCScontrolleron the loss ofpowersupply ofpowerplantaccording to theproblemsarising from thecommissioning and running of the project.The purpose of this article can be summarized asbelow:1 learning the character of the actuator when itscontrolsignal is losed；2 checkingoutif itisavailable for theoptimizing of the software settingand protectingdesign; 3 providing the reference for the dealingand restoring oftrouble.

DCS controller；power off；precaution

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.006

TP273

B

2095-3429（2016）05-0024-04

余小敏（1978-），男，湖北荊州人，碩士，高級工程師，主要從事火電廠熱工控制及保護方面的工作；張鍔（1986-），男，湖北荊州人，碩士，工程師，主要從事火電廠熱工控制及分散控制系統試驗的工作；祝廣場（1984-），男，河南周口人，碩士，工程師，主要從事火電廠熱工控制及保護的工作。

2016-08-01

2016-09-22