一起鍋爐儀控系統(tǒng)故障的深入思考

劉俊明，尚緒方，李豐凱，吳培振，劉文河

（萊鋼能源動力廠,山東萊蕪 271104）

1 引言

萊鋼能源動力廠型鋼區(qū)3#130 t/h鍋爐為江西鍋爐廠設(shè)計的中溫中壓自然循環(huán)單汽包鍋爐，自2005年運(yùn)行至今已9年。2014年2月8日下午，儀控人員在處理一組煤氣調(diào)節(jié)閥卡澀故障時鍋爐多個不相關(guān)的電動閥門突然出現(xiàn)開、關(guān)信號頻閃、部分調(diào)節(jié)閥反饋失靈、負(fù)荷、水位、負(fù)壓等參數(shù)出現(xiàn)大幅波動、鍋爐自動調(diào)節(jié)退出等的現(xiàn)象，雖經(jīng)運(yùn)行人員及時處理未對生產(chǎn)造成影響，但事件本身的風(fēng)險較高，為防止同類險兆事故再次發(fā)生，現(xiàn)對該故障進(jìn)行深入探討，以起到警示作用。

2 過程回顧

2.1 故障檢測

2014年2月8日下午，鍋爐運(yùn)行人員接班后發(fā)現(xiàn)3#鍋爐高氣調(diào)節(jié)閥部分反饋不準(zhǔn)確，給鍋爐負(fù)荷等參數(shù)調(diào)整帶來困難，隨即聯(lián)系儀控人員到現(xiàn)場進(jìn)行維修。儀控人員到達(dá)現(xiàn)場根據(jù)鍋爐值班人員的描述及再次確認(rèn)對高氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行逐只維修，此前3#鍋爐各參數(shù)均維持在正常運(yùn)行狀態(tài)。

（1）當(dāng)儀控人員維修一角二層高氣調(diào)節(jié)閥時，發(fā)現(xiàn)該閥門執(zhí)行器已跳電，隨之進(jìn)行了送電工作；該閥門送電后，鍋爐運(yùn)行值班人員發(fā)現(xiàn)3#鍋爐工藝監(jiān)控畫面中：轉(zhuǎn)爐煤氣一次、二次電動閥開關(guān)信號頻閃（閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，現(xiàn)場確認(rèn)未執(zhí)行開關(guān)動作）；

（2）鍋爐運(yùn)行值班人員立即通知現(xiàn)場維修的儀控人員，到值班室進(jìn)行確認(rèn)后，認(rèn)為轉(zhuǎn)氣閥門開關(guān)信號頻閃，屬于電氣信號問題，未做處理，需聯(lián)系電氣解決，約1分鐘后，轉(zhuǎn)氣閥門頻閃信號不再閃爍，此時給水旁路一二次電動閥開關(guān)信號頻閃（閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，現(xiàn)場確認(rèn)未執(zhí)行開關(guān)動作）。

2.2 信號波動分析

（1）上述現(xiàn)象發(fā)生后爐膛中火焰發(fā)生變化，爐膛燃燒惡劣，鍋爐負(fù)荷由125 t/h降至109 t/h，爐膛含氧量由2%增至8%，送風(fēng)機(jī)電流有6.5 A增至10 A左右，引風(fēng)機(jī)電流增加，反饋頻率增至40 Hz以上，接近50 Hz。

（2）鍋爐給水量在150~90 t/h之間波動，自動調(diào)節(jié)退出，給水調(diào)節(jié)、減溫水調(diào)節(jié)設(shè)定與反饋不符，汽包顯示水位偏差較大；鍋爐運(yùn)行值班人員根據(jù)上述參數(shù)進(jìn)行緊急調(diào)整鍋爐負(fù)荷、水位、負(fù)壓、煤氣等參數(shù)，穩(wěn)定燃燒。

（3）調(diào)整煤氣閥門過程中，儀控人員發(fā)現(xiàn)一角二層高氣調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器再次跳電，相應(yīng)上述異常現(xiàn)象基本消失，僅存在給水調(diào)節(jié)、減溫水調(diào)節(jié)設(shè)定與反饋不符、鍋爐西側(cè)水位較其余兩支偏差較大等問題，告知儀控人員。隨后儀控人員檢查發(fā)現(xiàn)1#給水調(diào)節(jié)現(xiàn)場執(zhí)行器的反饋與電腦畫面無法對應(yīng)。測量反饋電流及檢驗(yàn)AI通道電阻，發(fā)現(xiàn)該AI模板存在通道擊穿現(xiàn)象，隨即對該AI模板進(jìn)行了更換后，上述故障現(xiàn)象消失，鍋爐恢復(fù)正常。

3 現(xiàn)象分析

經(jīng)鍋爐、電氣、儀控人員查閱鍋爐各參數(shù)歷史趨勢，經(jīng)分析匯總后結(jié)論如下。

3.1 接地與通訊檢查

（1）3#鍋爐儀控系統(tǒng)接地經(jīng)檢測正常。

（2）該故障現(xiàn)象涉及故障排查點(diǎn)多而雜，曾懷疑為通訊故障或?yàn)樾游飺p壞通訊電纜，但檢查通訊電纜無損壞跡象，且在未做通訊處理后又恢復(fù)正常，故基本排除PLC內(nèi)部通訊故障。

3.2 現(xiàn)場儀表檢查

（1）在解除了一角二層高氣執(zhí)行器控制反饋信號線后，送電。測量其閥位反饋電流信號中混入了220 V交流電壓 (正常情況是純4~20 mA電流信號)，控制信號中混入了220 V交流電壓。經(jīng)過分析，該交流成分進(jìn)入到整套PLC控制系統(tǒng)中，造成全套PLC系統(tǒng)失真紊亂，是造成以上所有事故的根本原因。在當(dāng)天下午事故過程中，該角執(zhí)行器再次跳電后各現(xiàn)象隨之消失。

（2）在對現(xiàn)場一角二層高氣調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器經(jīng)儀控人員拆解檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部控制線路板、排線等部分熱熔損壞。該故障點(diǎn)是PLC系統(tǒng)總混入220 V交流電壓的直接原因。

3.3 故障深入分析

（1）給水調(diào)節(jié)、減溫水調(diào)節(jié)設(shè)定與反饋仍然不準(zhǔn)確，更換模板后正常的原因分析：舊模板經(jīng)拆下做試驗(yàn)后，確定舊模板各個通道沒有實(shí)質(zhì)的損壞。反饋不準(zhǔn)主因是混入220 V的高電流導(dǎo)致基準(zhǔn)零位混亂，造成部分通道假擊穿的現(xiàn)象。判斷若是不更換該模板，其應(yīng)存在長時間放電運(yùn)行時，可緩慢自行恢復(fù)正常的可能性。

（2）鍋爐負(fù)荷由125 t/h降至109 t/h原因：模板混入大電流后，導(dǎo)致信號紊亂，送風(fēng)機(jī)得到擋板開全信號，由40%開全至100%，送風(fēng)量突然大幅增加（此時爐膛含氧量大幅增加）導(dǎo)致爐膛正常燃燒受破壞，送風(fēng)由助燃作用變?yōu)闋t膛冷卻，爐膛溫度降低，導(dǎo)致負(fù)荷降低；相應(yīng)引風(fēng)機(jī)因處于負(fù)壓自動控制狀態(tài)，為保持爐膛負(fù)壓，不停的增加頻率，增加引風(fēng)量，導(dǎo)致電流變化等情況相應(yīng)出現(xiàn)。

（3）鍋爐給水量變化原因：因鍋爐負(fù)荷突然變化，鍋爐給水自動調(diào)節(jié)執(zhí)行，導(dǎo)致水量突然變化，直至自動不能滿足調(diào)整退出。

4 事件思考

4.1 故障分析

通過對故障流程梳理及分析，我們可以總結(jié)故障現(xiàn)象流程如下：

一角二層高氣調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器內(nèi)部線路燒毀→一角二層高氣調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器跳電→儀控人員對該執(zhí)行器送電，串入220 V大電流→轉(zhuǎn)氣、給水電動閥信號頻閃、送風(fēng)機(jī)擋板自動開大等問題→鍋爐負(fù)荷、水位、負(fù)壓等相應(yīng)變化→鍋爐運(yùn)行人員煤氣閥門等調(diào)整→一角二層高氣調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器再次跳電，故障現(xiàn)象消失。

4.2 故障處理

（1）該次發(fā)生故障的執(zhí)行器為某公司生產(chǎn)，屬于比較落后執(zhí)行器，價格便宜，但可靠性低，尤其是線路設(shè)計及連鎖保護(hù)方面存在缺陷，建議在條件許可時盡量擇機(jī)組織更換先進(jìn)、連鎖保護(hù)級別高的執(zhí)行器。

（2）儀控人員以后處理類似故障時，需首先查明跳電原因方可重新送電；本次故障中如果送電前能夠檢查出執(zhí)行器內(nèi)部線路板熔毀短路，對其更換后再送電即可避免本次險兆事故的出現(xiàn)。

（3）儀控人員需深入研究公用模板（通道）的隱患處理方案或措施，即使220V交流電壓的情況下，保證PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免類似故障發(fā)生。

（4）鍋爐運(yùn)行值班人員再遇類似故障時，首先退出各自動控制，盡量保持汽溫、汽壓、水位等參數(shù)的平穩(wěn)，如各參數(shù)確實(shí)難以保持時，務(wù)必保證鍋爐水位，防止發(fā)生缺水或滿水事故，保證設(shè)備安全。