火力發電廠燃煤機組脫硫系統DCS故障分析與軟件優化

何靜飛

（浙江浙能鎮海發電有限責任公司，浙江 寧波 315208）

某火力發電廠3#、4#、5#、6#四臺215MW燃煤機組，配置的脫硫系統采用美國巴威公司（B&W）的石灰石/石膏濕法脫硫工藝，該脫硫系統采用二爐一塔的形式，共配置二套煙氣脫硫系統（1#、2#）。脫硫系統包括煙氣系統、吸收塔系統、石灰石漿液制備系統、磨粉系統、事故漿池及疏排系統、石膏脫水與儲存系統（真空皮帶系統）和工藝水系統；其中石灰石漿液制備系統、磨粉系統、事故漿池及疏排系統、石膏脫水與儲存系統（真空皮帶系統）和工藝水系統等為脫硫公用系統。二套煙氣脫硫DCS系統采用GE能源集團的XDPS-400e(eDPU)系統，自2008年投用至今以來，已運行近10年時間，其間在對脫硫DCS系統故障進行維護和檢修過程中，積累了一定的經驗。下面介紹的是脫硫DCS系統幾個較典型的硬件故障情況分析處理以及軟件優化案例。

1 DCS控制系統簡介

GE能源集團的XDPS-400e(eDPU)系統，是一個融計算機、網絡、數據庫和自動控制技術為一體的工業自動化產品。XDPS-400e系統的設計面向連續型生產過程控制，比如發電、石油、化工以及冶金等行業的生產過程自動化應用。XDPS-400e系統的設計貫徹了冗余和模塊化設計的思想，具有開放式的結構和良好的硬件兼容性和軟件擴展性，不同層次的軟硬件組合為客戶提供了靈活可靠且易于維護的控制系統平臺。XDPS-400e系統由過程控制級、通訊網絡以及人機接口(HMI)三部分組成，如圖1所示。

XDPS-400e系統具有以下特點：先進、完善、可靠的數據采集功能；高性能DPU及強大的功能模塊；人性化的人機操作界面；強大的歷史記錄功能；先進的報表生成系統；安全、快速、穩定的通訊系統。

圖1

某火力發電廠二套煙氣脫硫系統（FGD）分別采用二套分散控制系統（DCS）進行控制，公用系統設置一個公用網（COM-DCS），并可通過Ⅱ期、Ⅲ期的FGD-DCS的操作員站對公用網進行監控，并能互相閉鎖。每套FGD-DCS與對應機組DCS之間通過硬接線方式實現信號交換。整套FGD-DCS的實時數據通過接口機送至電廠的實時系統。

2 硬件故障案例

2.1 卡件故障

某日10：35，運行人員監盤發現二期煙氣系統監盤畫面上3#爐膛負壓突然由-50Pa變為-600Pa左右，而實際3#爐膛負壓正常無突變（一直在-50Pa左右）。檢修人員在測量脫硫DCS板卡上#3爐膛負壓輸入點信號電流值后，發現輸入值與顯示值不符，更換信號輸入點至同一板卡的備用輸入點后，顯示值依然失準。再調出此輸入點所在板卡其他所有輸入點的歷史曲線，發現所有輸入點在10：35左右全部變小10%～20%左右，故大致判斷此板卡有故障。更換此板卡后，板卡上所有模擬量輸入點數據顯示恢復正常。

2.2 電源故障

為確保DCS控制系統工作的可靠性，DCS控制系統的電源由兩路冗余提供。其中，脫硫公用磨石粉廠DCS系統由6#（26#DPU）、7#(27#)DPU組成，其電源由1#UPS(供A路)、2#UPS（供B路）雙路冗余提供，正常情況下任何一路失電都不影響系統設備正常運行。某日8：40左右，脫硫系統1#UPS檢修停電后，磨石粉廠磨機系統監盤畫面上運行的模擬量數據大部分出現壞點，運行人員無法在上位機上進行監盤和操作。檢修人員發現故障點全部來自7#(27#)DPU。現場檢查OPU及DPU網絡通訊系統，未發現異常。在檢查磨石粉廠DPU柜卡件狀態時發現7#DPU、27#DPU及所有模擬量卡件均報故障（FAIL燈亮），A路電源失電。帶電重新插拔7#、27#DPU卡件后，27#DPU及所有模擬量卡件運行正常（FAIL燈滅），但7#DPU卡件仍報故障。測量7#DPU柜5V電源模塊輸出，電壓值為5．05V，且電源指示燈正常。待1#UPS檢修結束送電A路電源正常后，7#DPU工作恢復正常，再拉開A路電源7#DPU又出現故障。由此判斷：B路5V電源模塊故障電壓低，引起其帶負載能力差使DPU及卡件故障報警。更換7#DPU B路5V電源模塊后再作單路供電試驗，電源供電正常，7#DPU及卡件工作全部恢復正常。

2.3 總線板故障

某日12：11左右，脫硫監控畫面上出現：6kV脫硫一段母線PT直流斷線、6kV脫硫一段母線PT回路斷線、6kV脫硫一段母線低電壓保護動作、6kV脫硫一段母線接地保護動作、1#DPU卡件故障報警。瞬時出現又復歸正常。檢修人員檢查歷史報警記錄發現：這些報警點均來自同一塊卡件，1#DPU2#站5#（DI）卡。進一步檢查時發現：13：45左右4#鍋爐任一油槍投運、4#鍋爐MFT動作、4#機組送風機RB動作、4#機組引風機RB動作、1#B增壓風機冷卻風機停運、1#B增壓風機冷卻風機在就地控制、Ⅱ期脫硫熱控電源柜電源監視共七個DI個輸入點在13：45左右有信號發出（由0變為1，時間間隔1s左右），這七個信號均來自1#DPU2#站1#（DI）卡。故大致判斷1#DPU總線板有故障，引起2#站1#、5#卡信號誤發。在檢修人員更換#1DPU總線板后，上述故障現象再未出現。

某日4：23左右，脫硫監控畫面出現報警：2#DPU卡件故障；2#DPUA、B網絡報警。同時2#DPU上所有點均變成壞點。檢修人員檢查2#DPU底板上網絡端口，手按A、B網絡線端口后，所有故障現象消失。次日又發生同樣故障，并用同樣方法恢復正常。檢查2#DPU硬件檢測模塊，發現為2#DPU2#、3#站I/O通道品質損壞報警所致，故判斷2#DPU總線通道部分存在故障，更換2#DPU總線板后，此故障現象再未出現。

3 軟件優化案例

3.1 真空皮帶系統與石膏排出泵聯鎖邏輯優化完善

圖2

由于真空皮帶系統原DCS聯鎖邏輯存在不足：在1#吸收塔石膏排出泵出石膏至A真空皮帶系統情況下，當A真空皮帶意外跳閘后，石膏排出泵及石膏排出管路相關電動閥聯鎖保護動作（聯鎖投入情況下）；在2#吸收塔石膏排出泵出石膏至B真空皮帶系統情況下，當B真空皮帶意外跳閘后，石膏排出泵及石膏排出管路相關電動閥聯鎖保護動作（聯鎖投入情況下）；當兩路真空皮帶交叉出石膏時，連鎖保護動作出現混亂，影響系統安全運行。增加相關邏輯，取真空皮帶運行信號、石膏旋流站濃漿分配器位置信號、石膏漿液排放電動閥位置信號，進行如（圖2）組態。

當某一運行著的真空皮帶意外跳閘時，發出正確的聯鎖信號，使對應的吸收塔石膏排出系統相關設備（石膏排出泵及其進出口電動閥、石膏漿液排放電動閥、石膏漿液疏放電動閥、石膏排出泵出口再循環電動閥）連鎖動作，使對應吸收塔石膏排出系統由出石膏狀態切至再循環狀態，確保系統安全穩定運行。

3.2 增壓風機變頻器邏輯優化

（1）由于原DCS邏輯存在欠缺：當增壓風機在工頻運行方式時，變頻器故障信號會觸發旁路擋板快開保護連鎖，引起煙氣旁路擋板誤動。修改完善DCS相關邏輯，增加增壓風機變頻器旁路刀閘狀態（合閘狀態）取非后與增壓風機變頻器故障信號作為變頻器快開旁路擋板的條件，即只有在增壓風機變頻器旁路刀閘未合閘，即增壓風機工作在變頻方式情況下，變頻器故障信號方能觸發煙氣旁路擋板快開，消除了原有誤動煙氣旁路擋板的安全隱患。

（2）由于原DCS邏輯存在欠缺：當增壓風機在工頻運行方式時，變頻器報警信號會閉鎖增壓風機6kV開關允許合閘信號。在“增壓風機啟動跳閘條件中”增加算法，即：當增壓風機變頻器旁路刀閘合上時，增壓風機報警信號不閉鎖增壓風機6kV開關允許合閘信號，以完善增壓風機工頻方式下的閉鎖邏輯。

3.3 增加相關邏輯，優化人機對話畫面

（1）增加重要設備跳閘時的畫面提示：增加相關邏輯，當增壓風機、旁路執行機構、磨機等重要設備跳閘時會出現彈圖畫面，及時提示運行人員，以便運行人員快速應對處理。

（2）在稱重皮帶、主收塵器等設備監盤畫面增加聯鎖按鈕，當運行設備因保護動作連鎖跳閘后或因檢修結束需要單體調試時，可通過聯鎖按鈕來解除（或投入）聯鎖保護，方便運行操作。

（3）增加部分設備的跳閘首出邏輯，當設備非正常停運時，顯示首出原因，方便運行人員查找原因所在，以確保及時正確處理。

（4）脫硫系統畫面設備名稱修改。由于原有設計原因，監脫硫控畫面上的設備名稱與公司圖檔系統圖紙上的設備名稱存在不統一之處，給檢修及運行人員維護操作帶來一定困擾，不利于安全生產。為規范設備命名，減少安全隱患，檢修人員對所有監控畫面上的設備名稱進行梳理修改，使其與公司圖檔系統圖紙上的設備命名統一一致。

（5）為滿足運行監盤人員的視覺習慣要求，檢修人員對脫硫監控畫面上的圖形及顏色等作修改。

4 DCS控制系統日常維護注意事項

（1）加強對脫硫DCS系統日常巡檢，定期檢查DCS機柜內卡件及風扇的運行情況，發現卡件信號報警等異常情況及時記錄、分析、處理。

（2）除定期做好邏輯組態軟件備份外，每次邏輯組態修改前后都要做好軟件備份，并備注修改原因。

（3）為確保生產系統不受病毒侵襲，要嚴格執行DCS管理制度，杜絕外部設備（手機、U盤、移動硬盤等）使用USB接口接入控制系統，未經公司信息中心殺毒的軟盤嚴禁使用。

（4）做好各DCS I/O機柜的封堵，運行時關閉柜門，減少卡件積灰。利用脫硫系統停運檢修的機會，做好機柜內部清灰以及電源模塊的檢查，并進行電源和DPU冗余切換試驗。

（5）嚴格執行檢修操作規程，在進行DPU板卡清灰、檢查工作時，人員做好防靜電放電措施，按規定使用防靜電手帶、地毯等工具。