電廠分散控制系統(tǒng)控制器失電事故處理預(yù)案研究

余小敏，張　鍔，祝廣場

（華電電力科學(xué)研究院中南分院，湖北武漢430062）

電廠分散控制系統(tǒng)控制器失電事故處理預(yù)案研究

余小敏，張鍔，祝廣場

（華電電力科學(xué)研究院中南分院，湖北武漢430062）

控制系統(tǒng)中的電源系統(tǒng)是電廠控制系統(tǒng)中的一個非常重要的系統(tǒng)，是電廠分散控制系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。對于運行中的機組來說，分散控制系統(tǒng)的控制器如果發(fā)生失電故障往往會引起比較嚴(yán)重的后果。為了保證電廠的安全穩(wěn)定運行，對電廠的分散控制系統(tǒng)制定應(yīng)急預(yù)案，針對分散控制系統(tǒng)的失電情況采取相應(yīng)的應(yīng)對措施非常重要。本文針對某電廠三期工程DCS在調(diào)試和運行過程中出現(xiàn)的種種問題，結(jié)合OVATION控制系統(tǒng)的特點，介紹了某電廠三期DCS控制器失電事故預(yù)想，目的之一是掌握執(zhí)行機構(gòu)失去控制信號后的動作特性，二是檢查軟件設(shè)置和聯(lián)鎖保護設(shè)計是否有優(yōu)化的空間，三是為異常處理和恢復(fù)提供參考。

DCS控制器；失電；事故預(yù)想

0　引言

電源系統(tǒng)是控制系統(tǒng)長期、穩(wěn)定地保持正常工作能力的基礎(chǔ)。但由于設(shè)計與硬件質(zhì)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(fā)生。作為熱控系統(tǒng)的一個重要組成部分，控制器失電故障的預(yù)防和處理，直接影響機組的安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行，若有不慎，就有可能引起機組運行異常，甚至主設(shè)備損壞事故。吸取日本核電廠事故教訓(xùn)，做好控制系統(tǒng)控制器的事故處理預(yù)案，對防止控制器故障后的事件擴大有著重要意義。本文結(jié)合某電廠三期機組DCS配置，探討其控制器失電故障的預(yù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

某電廠三期機組DCS選用了西屋公司的OVATION分散控制系統(tǒng)。圖1為典型的OVATION系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

（1）OVATION系統(tǒng)的電源配置

每臺機組OVATION系統(tǒng)配置兩個電源分配柜，由兩路UPS供電，負(fù)責(zé)OVATION系統(tǒng)各控制器機柜、遠(yuǎn)程I/O站、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、操作員站、工程師站等設(shè)備的供電。

（2）控制器的故障切換

處于主控狀態(tài)的控制器，直接處理I/O的讀寫，執(zhí)行數(shù)據(jù)的獲取和控制功能，同時監(jiān)視備用控制器及網(wǎng)絡(luò)的運行情況。處于備用狀態(tài)的控制器診斷和監(jiān)視主控制器的狀態(tài)，通過檢測主控制器的內(nèi)存數(shù)據(jù)和接收主控制器發(fā)往OVATION網(wǎng)絡(luò)的信息來維護數(shù)據(jù)的最新狀態(tài)，以保證備用控制器實時跟蹤主控制器。故障切換是指出現(xiàn)主控制器故障、主控制器與網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)結(jié)合控制功能的分配方式，局部工藝系統(tǒng)的全部控制任務(wù)集中在同一個控制器內(nèi)完成。如果其中一個控制器出現(xiàn)失電、死機和脫網(wǎng)等故障，所屬工藝系統(tǒng)的所有參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)將無法在畫面監(jiān)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(fā)電機溫度、鍋爐本體溫度和循泵房采用遠(yuǎn)程I/O站，分配如下：

DROP1/51~DROP6/56分別負(fù)責(zé)磨組A/B/C/D/E/F；DROP7/57負(fù)責(zé)FSS、RB；DROP8/58負(fù)責(zé)等離子點火、火檢冷卻風(fēng)機、SOE；DROP9/59~ DROP10/60負(fù)責(zé)風(fēng)煙系統(tǒng)；DROP11/61負(fù)責(zé)爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓、總風(fēng)量；DROP12/62負(fù)責(zé)鍋爐疏水放氣；DROP13/63負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；DROP14/64負(fù)責(zé)主再熱汽溫控制、鍋爐壁溫；DROP15/65負(fù)責(zé)鍋爐吹灰；DROP16/66負(fù)責(zé)鍋爐啟動系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)；DROP17/67負(fù)責(zé)脫硝、空壓機、燃油泵系統(tǒng)；DROP18/68負(fù)責(zé)高加及抽汽、DEH通訊；DROP19/69~DROP20/70負(fù)責(zé)凝結(jié)水及高低加系統(tǒng)；DROP21/71~DROP22/72負(fù)責(zé)循泵及開閉式泵系統(tǒng)；DROP23/73~DROP26/76負(fù)責(zé)ECS系統(tǒng)；DROP41/91~DROP44/94負(fù)責(zé)小機系統(tǒng)。

2　控制器失電故障及事故預(yù)想

2.1控制器失電故障

控制器失電是DCS最嚴(yán)重的故障?？刂乒袢哂嚯娫粗械娜我宦饭收隙紩鸸庾峙啤癉CS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(tǒng)狀態(tài)畫面上這對控制器顯示灰色?？刂破魉鶎傩盘柸孔?yōu)閴钠焚|(zhì)，畫面上參數(shù)保持在壞品質(zhì)前的值，并顯示為藍(lán)色，開關(guān)量設(shè)備的顯示將保持在原狀態(tài)。其它控制器通過網(wǎng)絡(luò)接收該控制器的信號保持在故障前的狀態(tài)?？刂破魇щ姾?，控制器失去保護和調(diào)節(jié)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(zhí)行機構(gòu)自身特性決定其處于保持、全開或全關(guān)狀態(tài)；異常前處于激勵狀態(tài)的開關(guān)量輸出通道將會突變，其所控制的相關(guān)設(shè)備的實際狀態(tài)將會變化。

2.2控制器失電事故預(yù)想

鑒于該電廠一期機組曾發(fā)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(yù)想，目的之一是掌握執(zhí)行機構(gòu)失去控制信號后的動作特性，二是檢查軟件設(shè)置和聯(lián)鎖保護設(shè)計是否有優(yōu)化的空間，三是為異常處理和恢復(fù)提供參考。

控制器失電事故預(yù)想的重點是失電后的現(xiàn)象。由于該廠三期DCS按系統(tǒng)分配控制器，控制器失電后，所屬系統(tǒng)、設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)都不再刷新，因此在操作員站畫面看不到相關(guān)故障現(xiàn)象，畫面上的參數(shù)和狀態(tài)可能會起到誤導(dǎo)作用，需要到現(xiàn)場確認(rèn)，并開展后續(xù)事故處理工作。

控制器恢復(fù)上電前需采取措施的重點是梳理相關(guān)聯(lián)鎖保護，縮短上電恢復(fù)時間?？刂破骰謴?fù)上電的初始化過程中，DO通道和AO通道處于不可控狀態(tài)，因此不同控制器上電恢復(fù)前有不同的措施，以下幾條適用于所有控制器。

（1）運轉(zhuǎn)設(shè)備的停止命令解線。

（2）停運設(shè)備的啟動命令解線。

（3）處于開啟狀態(tài)的閥門（擋板）的關(guān)閉命令解線。

（4）處于關(guān)閉狀態(tài)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(yù)想：

2.2.1磨煤機組控制器故障事故預(yù)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(zhuǎn)，中心風(fēng)調(diào)節(jié)擋板關(guān)閉，動態(tài)分離器停轉(zhuǎn)，磨輥加載力最小，其余回路（例如冷風(fēng)和熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板）處于保持狀態(tài)。而開關(guān)量控制回路中，相關(guān)設(shè)備保持在原狀態(tài)。

2.2.1.2處理建議：由于給煤機控制系統(tǒng)一般未設(shè)置最小給煤率功能，應(yīng)到就地確認(rèn)給煤機運行情況，如需緊急停運磨組，須到開關(guān)室和就地控制盤進行相關(guān)操作。

2.2.1.3恢復(fù)上電前的措施：在FSS控制器（DROP7）強制臨界火焰失去MFT信號?；謴?fù)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?？刂破魇щ姾螅瑱C組將直接MFT，并通過MFT繼電器柜聯(lián)跳相關(guān)設(shè)備。

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

2.2.3DROP8/58（等離子點火、火檢冷卻風(fēng)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(fēng)加熱器出口電動調(diào)節(jié)閥，保持原位。開關(guān)量控制回路中，相關(guān)設(shè)備保持在原狀態(tài)。

2.2.3.2恢復(fù)上電前的措施

（1）在FSS控制器（DROP7）強制掃描冷卻風(fēng)失去MFT信號。

（2）恢復(fù)上電前的通用措施。

2.2.4DROP9/59（A側(cè)風(fēng)煙）

2.2.4.1該控制器無模擬量控制回路。開關(guān)量控制回路中，原處于運行狀態(tài)的空預(yù)器導(dǎo)向軸承油泵將會自行停運，其余設(shè)備保持在原狀態(tài)。

2.2.4.2恢復(fù)上電前的措施

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

（2）空預(yù)器A緊急停止命令解線。

（3）空預(yù)器A電機跳閘（去FSS控制器）解線。

（4）空預(yù)器A跳閘（去脫硝控制器）解線。

（5）恢復(fù)上電前的通用措施。

2.2.5DROP11/61（爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓、總風(fēng)量）

2.2.5.1模擬量回路中，送風(fēng)機、引風(fēng)機和一次風(fēng)機的動葉保持不變，但爐膛負(fù)壓、總風(fēng)量和一次風(fēng)母管壓力失去調(diào)節(jié)功能，也無法在畫面上監(jiān)視爐膛負(fù)壓和總風(fēng)量等參數(shù)，同時總風(fēng)量低MFT功能失去。開關(guān)量控制回路中，相關(guān)設(shè)備（燃燒器冷卻風(fēng)電動門和冷一、二次風(fēng)聯(lián)絡(luò)門）保持在原狀態(tài)。

2.2.5.2處理建議：DROP11/61失電后，宜直接手動停運送引風(fēng)機，確認(rèn)MFT動作，相關(guān)設(shè)備聯(lián)跳正常。

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

2.2.6DROP13/63（協(xié)調(diào)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(fù)荷和壓力設(shè)定值將變?yōu)閴男盘枴Ｋ薪o煤機轉(zhuǎn)速控制將自行切至MANUAL，并維持當(dāng)前煤量。兩臺小機轉(zhuǎn)速將自行切至本地控制方式，并維持當(dāng)前轉(zhuǎn)速。

開關(guān)量控制回路中，相關(guān)設(shè)備保持在原狀態(tài)。

2.2.6.2處理建議：該控制器失電后，F(xiàn)SS控制器（DROP7）中的給水流量、單臺給煤機煤量（DROP1~6）和DEH中的負(fù)荷及主汽壓力等信號的品質(zhì)都還是好的。建議立即在DEH畫面確認(rèn)在負(fù)荷控制方式，并把負(fù)荷設(shè)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(fù)荷和壓力控制都需手動控制。

2.2.6.3恢復(fù)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(fù)荷小于x%送汽機防進水系統(tǒng)的DO通道解線。

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

（4）恢復(fù)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)擋板保持原位。所有鍋爐側(cè)汽壁溫等參數(shù)變?yōu)閴男盘枺蛥f(xié)調(diào)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(shè)定值”變?yōu)閴男盘?。開關(guān)量控制回路中，相關(guān)設(shè)備保持在原狀態(tài)。

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(cè)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(tǒng)出現(xiàn)大面積超溫，宜手動MFT。

2.2.7.3恢復(fù)上電前的措施

恢復(fù)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥自行全關(guān)。開關(guān)量控制回路中，設(shè)備保持原狀態(tài)。

2.2.8.2處理建議：宜立即到吹灰蒸汽調(diào)節(jié)閥及其減溫水閥現(xiàn)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(xié)助下，通過強制的方法退出正在運行的短吹（就地?zé)o退出按鈕）。

2.2.8.3恢復(fù)上電前的措施

（1）就地關(guān)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(tǒng)、旁路）

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

2.2.9.2恢復(fù)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(fù)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(yīng)器入口加氨流量調(diào)節(jié)閥自行全關(guān)。開關(guān)量回路中，SCR反應(yīng)器入口加氨前后關(guān)斷閥自行全關(guān)，其它設(shè)備保持在原狀態(tài)。

2.2.10.2恢復(fù)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(tǒng)緊急停止和制氨系統(tǒng)緊急消防DO通道解線。

（4）恢復(fù)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(guān)。開關(guān)量回路中，#1~#3抽汽逆止閥自行全關(guān)，#1~#3抽汽管道疏水閥自行全開，其它設(shè)備保持在原狀態(tài)。和DEH通訊中斷。

2.2.11.2處理建議：按高加汽側(cè)全部撤出進行處理。

2.2.11.3恢復(fù)上電前的措施

恢復(fù)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(diào)節(jié)閥、除氧器水位副調(diào)節(jié)閥、凝泵最小流量調(diào)節(jié)閥、冷再至輔汽調(diào)節(jié)閥、輔汽至除氧器啟動加熱調(diào)節(jié)閥暫時保持不變，但保持一段時間后可能自行全開。凝結(jié)水泵變頻器降至最低速度。除氧器溢流閥調(diào)節(jié)閥保持原位。輔汽疏水?dāng)U容器至凝汽器氣動調(diào)節(jié)閥自行全開。開關(guān)量回路中，#4抽汽疏水閥和輔汽系統(tǒng)疏水閥自行全開。其它設(shè)備保持在原狀態(tài)。

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(rèn)相關(guān)設(shè)備聯(lián)跳正常。如果原來凝泵A在運行，到開關(guān)室停運凝泵。就地關(guān)閉冷再至輔助蒸汽調(diào)節(jié)閥和輔助蒸汽至除氧器啟動加熱用汽調(diào)節(jié)閥的前后隔離閥。

2.2.12.3恢復(fù)上電前的措施

恢復(fù)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(diào)節(jié)閥保持原位。開關(guān)量回路中，#4段抽汽供小機A疏水閥自行全開，其它設(shè)備保持在原狀態(tài)。

2.2.13.2恢復(fù)上電前的措施

（1）啟動B系列的備用設(shè)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(fù)上電前的通用措施。

2.2.14DROP24/74（發(fā)變組系統(tǒng)、電氣FECS通訊）

2.2.14.1該控制器無模擬量控制回路。開關(guān)量回路中，相關(guān)設(shè)備保持在原狀態(tài)。和FECS通訊失去。

2.2.14.2恢復(fù)上電前的措施

在電氣配合下，執(zhí)行恢復(fù)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(diào)門自行關(guān)閉。轉(zhuǎn)速下降，但小機A并未跳閘。

該控制器無開關(guān)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(tài)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(yù)。

2.2.15.3恢復(fù)上電前的措施

（1）關(guān)閉小機A的高低壓進汽隔離閥以及和主機有關(guān)聯(lián)的閥門。

（2）恢復(fù)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(huán)調(diào)節(jié)閥自行全開。其它設(shè)備保持原狀態(tài)。

2.2.16.2處理建議：由于小機跳閘狀態(tài)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(tǒng)不會聯(lián)鎖動作，需到就地進行相關(guān)操作。

2.2.16.3恢復(fù)上電前的措施

（1）關(guān)閉小機A的高低壓進汽隔離閥以及和主機有關(guān)聯(lián)的閥門。

（2）恢復(fù)上電前的通用措施。

3　結(jié)語

OVATION是主流的分散控制系統(tǒng)，某電廠三期DCS通過硬件配置、軟件設(shè)置和邏輯保護設(shè)計的優(yōu)化，具有較高的可靠性。本文針對OVATION系統(tǒng)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(tǒng)手冊[M].2016.

[2]DL/T774-2015，火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運行維護規(guī)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(tǒng)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