火電廠汽機鍋爐DCS 控制系統異常應急維護方法

邱 磊

（國電建投內蒙古能源有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017000）

0 引言

傳統火電廠的控制方式主要采用一對一現場控制方式，控制水平低，控制方式復雜，設備故障率高，自動投用率低，不適應當前復雜的火電廠作業需求和生產需求。所以，將傳統控制方式轉變為自動化、智能化、集成化的控制方式，對火電廠的可持續發展具有重要的現實意義。目前，在火電廠應用較為廣泛的自動化系統包括鍋爐FSSS（Furnace Safeguard Supervisory System，鍋爐爐膛安全監控系統）、ETS（Emergency Stopping System，汽輪機危急遮斷保護系統）和DCS（Distributed Control System，分散控制系統），其中DCS 控制系統具有操作簡單、人機界面協調、數據處理能力強、擴展性高、可維修性高的優點，是火電廠提升機組控制效率的關鍵技術。在火電廠汽機鍋爐，系統設備可以分為現場層、采集層、控制層和管理層4 個層次，各層次之間的配合直接影響火電廠的運行效率。DCS 控制系統能夠發揮橋梁連接作用，實時傳輸不同層次之間的機組數據和運行工況，還能對核心系統、輔助系統進行運行監控，在故障發生的第一時間進行緊急制動和故障警報。對DCS控制系統異常的應急維護方法展開研究，旨在為火電廠汽機鍋爐的安全穩定運行提供助力。

1 DCS 控制系統異常的背景

1.1 DCS 控制系統配置

布連電廠的DCS 控制系統配置主要體現在鍋爐燃燒系統配置、汽水系統配置和FSSS 系統配置3 方面。由于布連電廠的汽輪鍋爐I/O 點數和MOXOC 控制系統CPU 采用單獨匹配機制，由2 組互相冗余的CPU 分別控制鍋爐燃燒系統和鍋爐汽水系統，并使用主備用雙模塊的方式，確保系統運行安全性和連續性。當主模塊發生故障無法運行時，后備可以自動代替主模塊運行，包括電源模塊、通信模塊、處理器模塊等[3]。布連電廠的鍋爐FSSS 系統采用獨立PLC 系統進行控制，并對8 臺給粉機控制系統、變頻器控制信號燈進行冗余配置，進而確保信號傳輸的穩定性，再通過I/O 接口連接DCS 控制系統，將PLC 系統運行數據傳輸給DCS 控制系統進行集中控制。具體鍋爐燃燒系統配置、鍋爐汽水系統配置和鍋爐FSSS 系統配置如表1～表3 所示。

表1 鍋爐燃燒系統配置

表2 鍋爐汽水系統配置

表3 鍋爐FSSS 系統配置

1.2 DCS 控制系統異常分析

布連電廠的DCS 控制系統主要有36 對控制器（DPU）、870塊I/O 模塊、13 臺上位機、16 臺交換機和2803 臺繼電器5 部分組成。控制流程為上位機（操作員站、工程師站）發出信號→交換機→控制器（DPU）→I/O 模塊→繼電器→就地設備。受鍋爐燃燒系統配置、鍋爐汽水系統配置和鍋爐FSSS 系統配置的冗余配置影響，在主備用模塊切換控制的過程中，DCS 控制系統可能出現異常。根據布連電廠的實際運行數據顯示，異常主要發生在上位機和控制器，其中上位機故障次數約占總故障次數的51.42%；控制器故障次數約占總故障次數的44.57%；其他故障（包括交換機、I/O 模塊和繼電器）次數約占總故障次數的4.01%。

2 DCS 控制系統應急維護方法

2.1 上位機故障

2.1.1 單臺DCS 上位機故障

單臺DCS 上位機故障時，對系統總體運行威脅較小，但需要熱控人員將故障上位機與其他上位機斷開連接，形成物理隔離，同時對其他上位機進行實時參數監測，避免故障擴散。

2.1.2 所有DCS 上位機故障

所有DCS 上位機故障可以分為兩種情況，第一種是工程師站DCS 上位機正常運行，此時運行人員可以通過工程師站DCS上位機進行維護；第二種是工程師站DCS 上位機也出現故障，此時應當使用機組長（主值班員）、副值班員和巡檢員三級應對機制。

（1）機組長（主值班員）應當通過DEH、MEH 畫面監視汽輪機各項參數，其中機組負荷、振動、瓦溫、背壓、主機轉速、小機轉速、汽溫、汽壓等參數應當實時進行記錄，并觀察有誤異常波動。

（2）副值班員通過汽輪機14.5 m 勵磁小間檢測電機負荷、機端電壓、頻率、勵磁電壓、勵磁電流、高加液位等參數，并觀察有無異常波動。

（3）巡檢員分為4 組，第一組應在汽輪機6.9 m 處檢測視小機轉速、低加液位、主機潤滑油泵等，并觀察有無異常波動；第二組應在汽輪機處檢測排汽裝置、7#低加液位、閉式水泵、小機潤滑油、密封油系統、定冷水系統等，并觀察有無異常波動；第三組應在鍋爐17 m 處檢測給煤機煤量，并實時監測高壓缸、中壓缸進汽溫度；第四組應在鍋爐0 m 處檢測送風機、一次風機、引風機運行情況，并觀測四大風機動葉的波動狀態以及爐膛運行狀態，一旦發現異常則及時通知維護人員就地維修。

2.1.3 上位機嚴重故障

當上位機故障嚴重，不能在短時間恢復正常運行，并且已經出現故障擴散現象時，需要立即執行緊急制動，停止所有上位機運行，避免出現DCS、DEH 上位機出現集中故障的情況。再按照規定順序檢查各項設備，規定順序為：鍋爐滅火設備→空預器→送風機→引風機→電動門→氣動門→大主機→軸封系統→主機油→小機油系統→密封油系統→廠用電→斷路器。檢查過程中單個環節出現異常應就地維修，多個環節集中異常應全面打閘停機，直至操作員站畫面恢復正常。需要注意的是，維護完畢后應當確認運行設備、系統相關參數及保護聯鎖動作情況無誤后再開始作業。

2.2 控制器（DPU）故障

2.2.1 一對控制器故障

當僅有一對控制器故障時，I/O 模塊的所有指令會保持初始運行狀態，進而導致監測點監測功能失效，此時操作人員無法獲得準確的設備運行狀態，需要巡檢員對所關聯設備就地進行監視，并聯系熱控專業人員處理。

2.2.2 全部控制器故障

當全部控制器均出現故障時，所有的設備監測、控制、調整指令均會失效，設備會保持當前執行的指令狀態不變，非長指令的設備會出現停運。此時應當按照規定順序檢查各項設備，規定順序為鍋爐滅火設備→一次風機→送風機→引風機→閥門隔離狀態→電動門→氣動門→空預器→空預器入口→高中壓主汽門→主機油→小機油系統→高、低壓旁路快開→密封油系統→機潤滑油壓力和溫度→頂軸油壓力→除氧器液位→排汽裝置液位→高低壓加熱器。若檢查完畢后，發現需要緊急破壞真空，應立即破壞主機真空，檢查關閉進入排汽裝置的有壓疏水。需要注意的是，維護完畢后應當檢查10 kV、400 V 段、直流系統、UPS系統運行正常，檢查啟備變運行正常。

2.3 其他設備故障

2.3.1 交換機故障

交換機故障分為兩種，一種是單臺交換機故障，由于布連電廠采用雙交換機的方式，單臺交換機故障并不影響機組的整體運行，但需要DCS 控制系統進行自檢監控，及時掌握交換機運行情況；另一種是2 個交換機同時故障，此故障較為嚴重，故障處理方式與全部控制器故障的處理方法相同。

2.3.2 I/O 模塊故障

I/O 模塊主要起連接通信作用，當單點位I/O 模塊故障時，需要DCS 控制系統進行自檢畫面進行監控；當多點位I/O 模塊故障時，故障處理方式與控制器故障處理相同。

2.3.3 繼電器故障

繼電器故障的主要表現為控制操作指令無法傳遞到就地設備，此時應立即進行制動，全面停止操作，并聯系熱控專業人員就地操作。