300 MW機(jī)組DCS的故障分析處理與預(yù)控

徐文輝，林 勇

（浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325602）

溫州發(fā)電廠建于1989年，現(xiàn)有4臺(tái)300 MW機(jī)組在運(yùn)行中，其分散控制系統(tǒng)（DCS）都采用了ABB SYMPHONY控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由過(guò)程控制單元、人系統(tǒng)接口單元、系統(tǒng)組態(tài)維護(hù)工具、計(jì)算機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的接口、過(guò)程管理數(shù)據(jù)傳遞的網(wǎng)絡(luò)等部分組成。控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式通信方式。控制單元根據(jù)其功能特點(diǎn)分為控制模擬調(diào)節(jié)（MCS）、順序控制（SCS）、爐膛安全監(jiān)控（FSSS）和數(shù)據(jù)采集（DAS）四部分，通過(guò)邏輯組態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽機(jī)、鍋爐設(shè)備和部分電氣設(shè)備的集中控制和監(jiān)測(cè)。

SYMPHONY控制系統(tǒng)在溫州發(fā)電廠投用以來(lái)，曾發(fā)生通信異常、設(shè)備硬件故障、參數(shù)設(shè)置不合理等故障，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成了不同程度的影響，此時(shí)快速、準(zhǔn)確地判斷及排除故障就顯得尤為重要。為此將故障分析處理過(guò)程中的一些經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)，以提高控制系統(tǒng)故障的分析處理能力。

1 網(wǎng)絡(luò)通信故障

1.1 控制網(wǎng)絡(luò)故障

某日，3號(hào)機(jī)組操作員站通信異常，經(jīng)過(guò)分析后，確定為環(huán)路通信板故障，更換通信板后，在操作過(guò)程中誤將“Loop2 Out”端口作為“Loop1 Out”端口拆除，導(dǎo)致整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)Loop1和Loop2通信同時(shí)中斷，好在當(dāng)時(shí)機(jī)組正在停機(jī)檢修中，未對(duì)系統(tǒng)造成實(shí)質(zhì)性的影響。

SYMPHONY控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)環(huán)形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)通信的冗余功能，正常情況下單路網(wǎng)絡(luò)故障不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，即使該節(jié)點(diǎn)的通信卡件電源中斷，也能通過(guò)硬回路自動(dòng)旁路該節(jié)點(diǎn)，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。因此在機(jī)組運(yùn)行中處理通信故障問(wèn)題時(shí)，要保證其中一個(gè)環(huán)網(wǎng)正常運(yùn)行的前提下，才能對(duì)另一個(gè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行檢查和處理。

1.2 網(wǎng)絡(luò)間通信故障

4號(hào)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常短時(shí)間“離線”后又自動(dòng)恢復(fù)正常，而3號(hào)機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面卻未出現(xiàn)異常。3，4號(hào)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)采用公用配置方式，其過(guò)程控制單元配置在公共環(huán)路中。

從故障現(xiàn)象分析可排除控制單元部分故障的可能，問(wèn)題基本確定在4號(hào)機(jī)組控制環(huán)與循環(huán)水系統(tǒng)公共環(huán)路間的通信部分。對(duì)該通信節(jié)點(diǎn)檢查發(fā)現(xiàn)，該節(jié)點(diǎn)通信采用INICT冗余配置（冷備方式）， 其中“INIIT03”卡件的硬件參數(shù)“SW2”中“Failover to secondary module on power system status alarm”選項(xiàng)設(shè)置為使能方式，而該控制機(jī)柜內(nèi)的電源系統(tǒng)中有1塊IPSYS01卡件存在潮流控制器（PFC）故障，階段性觸發(fā)電源異常信號(hào)，導(dǎo)致該通信節(jié)點(diǎn)主從模件自動(dòng)切換。在主從通信模件的切換過(guò)程中，其通信數(shù)據(jù)存在短時(shí)的中斷現(xiàn)象，從而出現(xiàn)監(jiān)控畫(huà)面“短時(shí)離線”的情況。更換故障電源卡件并將“INIIT03”卡件“SW2”中的上述選項(xiàng)設(shè)置為禁止方式后，故障現(xiàn)象消除。

該故障提醒熱工人員應(yīng)非常清楚SYMPHONY系統(tǒng)的冗余存在2種情況，即熱備狀態(tài)和冷備狀態(tài)：在冷備時(shí)，備用設(shè)備處在“就緒等待”狀態(tài)，未實(shí)時(shí)同步過(guò)程數(shù)據(jù)，其主從切換過(guò)程無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)擾；而在熱備狀態(tài)時(shí)，備用設(shè)備中的所有過(guò)程數(shù)據(jù)都與運(yùn)行設(shè)備同步，因此在主從設(shè)備切換中能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)擾。這種現(xiàn)象不僅存在于通信模件中，也存在于多功能處理器中。在組態(tài)設(shè)置中要對(duì)2種冗余情況合理設(shè)置，以確保系統(tǒng)冗余切換的可靠性。

2 控制處理單元故障

2.1 多功能處理器跳線異常引起故障

多功能處理器作為控制系統(tǒng)的大腦部件，常見(jiàn)的故障（如內(nèi)部錯(cuò)誤等）都能夠通過(guò)復(fù)位處理器或初始化操作（“1/7，1/6”操作）來(lái)解決，而一些嚴(yán)重故障則需要更換設(shè)備；由于基本都采用冗余配置，故障一般不會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成直接影響。不過(guò)一些跳線的錯(cuò)誤設(shè)置會(huì)導(dǎo)致一些特殊的故障發(fā)生，從而影響其正常工作。

某臺(tái)機(jī)組定修后，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)某DAS系統(tǒng)處理器（IMMFP12）中的所有信號(hào)經(jīng)常丟失幾分鐘，并又自動(dòng)恢復(fù)正常。通過(guò)工程師站組態(tài)軟件監(jiān)視檢查卻未見(jiàn)異常；該處理器所處機(jī)柜內(nèi)的其他處理器信號(hào)無(wú)異常。經(jīng)分析初步判斷為該處理器通信故障所引起，在對(duì)處理器更換過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其通信模式的設(shè)置有誤：設(shè)置處理器與I/O卡件間的通信方式跳線丟失（跳線J5上用于設(shè)置通道模式的短接片缺失）。重新對(duì)該通信方式進(jìn)行設(shè)置，將跳線J5的2-3短接，即選擇為“CONTROLWAY”模式，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

處理器J5中的跳線設(shè)置“-30VDC SYSTEM”是針對(duì)早期的N90系統(tǒng)設(shè)計(jì)，INFI90及以后的系統(tǒng)都采用控制總線的通信方式，節(jié)點(diǎn)通信卡件（INNPM）也存在此類(lèi)設(shè)置。值得注意的是，廠家出廠的默認(rèn)設(shè)置都選擇在“-30VDC SYSTEM”，因此在更換卡件及卡件清灰等工作中要注意對(duì)其設(shè)置進(jìn)行檢查確認(rèn)。

2.2 I/O擴(kuò)展總線故障

在某臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：增壓風(fēng)機(jī)變頻器DCS無(wú)法實(shí)現(xiàn)啟停操作。對(duì)變頻器控制邏輯檢查未見(jiàn)異常，但對(duì)應(yīng)的IMDSO14卡件狀態(tài)指示異常（卡件狀態(tài)燈不亮），更換卡件后狀態(tài)依舊。對(duì)柜內(nèi)各通信電纜檢查發(fā)現(xiàn)其相鄰層模件安裝單元（MMU）間的I/O擴(kuò)展總線通信線有松動(dòng)現(xiàn)象，重新插緊后故障消失。

SYMPHONY控制系統(tǒng)中處理器與I/O卡件間采用主、從通信方式，通過(guò)8位并行總線（I/O擴(kuò)展總線X.B）實(shí)現(xiàn)連接。該總線上處理器是主模件，通道模件是子模件（MFP）。子模件通過(guò)總線得到主模件的請(qǐng)求后，將與主模件通信，為主模件提供I/O通道，上傳或下傳數(shù)據(jù)及接收主模件的診斷，如圖1所示。

圖1 I/O擴(kuò)展總線

MMU間的I/O擴(kuò)展總線通過(guò)通信線進(jìn)行連接，連接的可靠性將直接影響數(shù)據(jù)通信的正常進(jìn)行，而部分通信線的接插件容易出現(xiàn)接觸不良等問(wèn)題，因此需定期進(jìn)行相關(guān)的檢查和緊固工作，保證通信線路的正常運(yùn)行。

3 電源系統(tǒng)故障

3.1 環(huán)境因素引起的故障

二期機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行不久，分組控制單元（PCU）機(jī)柜內(nèi)電源開(kāi)關(guān)多次發(fā)生絕緣下降導(dǎo)致跳閘故障，且多發(fā)生在高溫季節(jié)。原因主要有兩方面：一是空調(diào)的出風(fēng)口設(shè)計(jì)不合理（在機(jī)柜頂部），冷風(fēng)正對(duì)機(jī)柜吹，導(dǎo)致機(jī)柜外殼溫度過(guò)低，容易結(jié)露；二是機(jī)柜頂部的吊裝孔未封堵，導(dǎo)致出風(fēng)口部分冷凝水從該吊裝孔流入機(jī)柜內(nèi)。

雖然電子硬件產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)都有了大幅度的提升，在較為惡劣的環(huán)境下短期也能夠正常運(yùn)行，但是長(zhǎng)期在超標(biāo)的環(huán)境下工作必然會(huì)引起部件性能指標(biāo)下降，導(dǎo)致設(shè)備使用年限縮短、故障頻發(fā)，而且此類(lèi)問(wèn)題隱蔽性極強(qiáng)，不易直觀發(fā)現(xiàn)，難以采取預(yù)防措施。應(yīng)在基建設(shè)計(jì)初期就加以關(guān)注，并在日常工作中嚴(yán)格監(jiān)控各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)。

3.2 電源故障中斷保護(hù)引起的故障

SYMPHONY控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了電源故障中斷（PFI）保護(hù)回路。當(dāng)電源系統(tǒng)發(fā)生故障影響控制器或I/O卡件正常工作時(shí)，及時(shí)停止控制器等主模件的工作，切斷和子模件之間的通信，保證子模件不會(huì)接收到錯(cuò)誤的輸出指令以保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于電源監(jiān)視模塊采用單路監(jiān)測(cè)，設(shè)備的可靠性直接影響到控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

如某日1號(hào)機(jī)組負(fù)荷82.9 MW。00：06發(fā)現(xiàn)操作站畫(huà)面參數(shù)異常，爐側(cè)大量數(shù)據(jù)出現(xiàn)壞值，爐側(cè)設(shè)備無(wú)法操作，火檢監(jiān)視看不到火焰，給粉機(jī)均跳閘，CCS自動(dòng)退出，機(jī)組負(fù)荷、汽溫和壓力持續(xù)下降；但主燃料跳閘（MFT）未報(bào)警，制粉系統(tǒng)未跳閘，機(jī)組采取快速減負(fù)荷措施。00：17：16，機(jī)組負(fù)荷14.5 MW，機(jī)側(cè)主汽溫度下降至450℃，爐側(cè)主控屏溫度顯示為385℃，低溫保護(hù)未動(dòng)作（后查原因?yàn)镸FT信號(hào)未發(fā)出），手動(dòng)停機(jī)。事故原因經(jīng)查是FSSS系統(tǒng)機(jī)柜中一塊冗余電源模件故障，電源下降引起PFI保護(hù)動(dòng)作，由于給粉機(jī)停指令采用的是常閉觸點(diǎn)，正常運(yùn)行中的給粉機(jī)停指令繼電器處于得電狀態(tài)，當(dāng)卡件停止工作后導(dǎo)致給粉機(jī)停指令繼電器處于失電狀態(tài)，所有給粉機(jī)都跳閘，包括CCS在內(nèi)的鍋爐自動(dòng)退出運(yùn)行，全爐膛熄火。由于未設(shè)計(jì)失電MFT觸發(fā)功能，導(dǎo)致MFT未動(dòng)作，進(jìn)而低溫保護(hù)拒動(dòng)。建議采取以下措施：

（1）對(duì)冗余電源的工作電流進(jìn)行監(jiān)視，工作電流變化時(shí)，意味著系統(tǒng)或自身情況發(fā)生變化，要及時(shí)報(bào)警，提醒熱工人員及時(shí)處理，以避免故障發(fā)生或降低危害程度。

（2）環(huán)境溫度對(duì)電子元器件的工作特性有較大影響，因此要確?？刂剖?、電子室的環(huán)境溫度符合要求。

（3）針對(duì)本次FSSS系統(tǒng)失電未觸發(fā)MFT動(dòng)作的問(wèn)題，建議增加MFT擴(kuò)展繼電器板，通過(guò)硬邏輯實(shí)現(xiàn)失電MFT功能；將MFT信號(hào)和低溫信號(hào)引入數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）控制器，在DEH里實(shí)現(xiàn)低溫保護(hù)；增加MFT關(guān)減溫水閥邏輯。

4 時(shí)鐘系統(tǒng)異常

時(shí)鐘作為一個(gè)重要的系統(tǒng)參數(shù)與控制系統(tǒng)許多功能相關(guān)，包括事件順序記錄系統(tǒng)（SOE）、歷史趨勢(shì)、事件報(bào)警等，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘失真時(shí)，必將影響這些功能的正常工作。系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)都與時(shí)鐘同步，不同類(lèi)型節(jié)點(diǎn)其時(shí)間精度等級(jí)不同。

環(huán)路中最高級(jí)別的節(jié)點(diǎn)為時(shí)間主站，按照一定的時(shí)間間隔以廣播的方式向各節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間同步信息，其他較低級(jí)別的節(jié)點(diǎn)接收該時(shí)間同步信息并進(jìn)行時(shí)鐘調(diào)整。

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)5號(hào)機(jī)組DCS操作員站時(shí)鐘明顯不準(zhǔn)（滯后20 min），并且偏差日益擴(kuò)大。檢查DCS時(shí)鐘系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)：環(huán)路時(shí)鐘精度級(jí)別顯示為13級(jí)，GPS同步時(shí)鐘裝置面板時(shí)間指示正確，但是實(shí)際環(huán)路時(shí)鐘日期顯示異常，導(dǎo)致操作員站不斷地調(diào)整其時(shí)間去同步錯(cuò)誤的環(huán)路時(shí)鐘。通過(guò)對(duì)SEM/TKM時(shí)鐘模件進(jìn)行冷啟動(dòng)、重新配置操作員站時(shí)鐘同步等級(jí)等操作后，環(huán)路及操作員站時(shí)鐘恢復(fù)正常。

經(jīng)分析討論，發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題的起因是維修人員對(duì)GPS同步時(shí)鐘裝置停電進(jìn)行清灰，在工作結(jié)束恢復(fù)上電過(guò)程中，由于裝置內(nèi)部備用電池失效，上電過(guò)程中裝置隨機(jī)獲得了一個(gè)失真的時(shí)間，引起DCS系統(tǒng)時(shí)鐘出錯(cuò)引起。

5 DCS故障預(yù)控

隨著控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延伸，影響系統(tǒng)可靠性的因素會(huì)時(shí)有發(fā)生，需要熱工人員做好系統(tǒng)設(shè)備和檢修運(yùn)行維護(hù)全過(guò)程管理，為確?？刂葡到y(tǒng)在各種故障下的處理措施具體且切實(shí)可行，提出以下建議：

（1）為減小機(jī)組運(yùn)行中控制系統(tǒng)設(shè)備故障處理時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，確保機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生控制系統(tǒng)故障時(shí)，能夠迅速、準(zhǔn)確地處理故障，最大限度地降低故障造成的影響。應(yīng)通過(guò)深入專(zhuān)題研究，編制合適的DCS故障應(yīng)急處理預(yù)案，通過(guò)完善故障時(shí)應(yīng)急處理方法和定期反事故學(xué)習(xí)，提高運(yùn)行維護(hù)人員在控制系統(tǒng)故障時(shí)的應(yīng)急處理能力，消除DCS故障時(shí)因人員操作處理不當(dāng)而導(dǎo)致的故障范圍擴(kuò)大的隱患。

（2）在處理通信故障問(wèn)題時(shí)（特別是機(jī)組運(yùn)行中），要確保其中一個(gè)環(huán)網(wǎng)正常運(yùn)行的前提下，才能對(duì)其另一個(gè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行檢查和處理。

（3）熱工人員應(yīng)非常清楚SYMPHONY系統(tǒng)的冗余熱備狀態(tài)和冷備狀態(tài)的區(qū)別，在組態(tài)設(shè)置中對(duì)2種冗余情況合理設(shè)置，并定時(shí)進(jìn)行冗余切換試驗(yàn)，以確保系統(tǒng)冗余切換的可靠性。

（4）更換卡件及卡件清灰等工作中要注意對(duì)跨接片設(shè)置進(jìn)行檢查確認(rèn)，機(jī)組檢修中對(duì)通信連接插件要進(jìn)行相關(guān)的檢查和緊固工作，保證通信線路的正常運(yùn)行。

（5）防止PFI保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作導(dǎo)致控制系統(tǒng)運(yùn)行異常事件發(fā)生，取消原PFI保護(hù)回路，將機(jī)柜直流母線上的+5 V DC引入到PFI信號(hào)端子上，保證卡件的正常運(yùn)行；同時(shí)增加對(duì)機(jī)柜環(huán)境的監(jiān)測(cè)。利用控制系統(tǒng)提供的環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，對(duì)機(jī)柜內(nèi)的電源運(yùn)行情況、機(jī)柜溫度、風(fēng)扇運(yùn)行情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

（6）GPS同步時(shí)鐘裝置進(jìn)行維護(hù)前，要先將送至DCS系統(tǒng)的同步時(shí)鐘信號(hào)線拆除，在GPS同步時(shí)鐘裝置運(yùn)行正常（面板時(shí)間指示正確）后才允許將同步時(shí)鐘信號(hào)接入DCS系統(tǒng)中。

6 結(jié)語(yǔ)

一套控制系統(tǒng)運(yùn)行情況的好壞，一方面由該系統(tǒng)產(chǎn)品本身的性能及質(zhì)量水平?jīng)Q定，另一方面則由日常運(yùn)行維護(hù)工作質(zhì)量決定。深入掌握控制系統(tǒng)各項(xiàng)工作機(jī)理，充分發(fā)揮其功能，能夠很大程度上幫助解決日常工作中遇到的一些問(wèn)題。當(dāng)然也沒(méi)有一款設(shè)備是完美的，肯定存在著或多或少的缺陷，需要在工作中不斷排查、分析和處理。制定相應(yīng)的預(yù)控措施重在到位、貴在堅(jiān)持，只有堅(jiān)持不懈的努力，保證控制系統(tǒng)良好的工作環(huán)境，才能保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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