火力發(fā)電廠燃煤機(jī)組脫硫系統(tǒng)DCS故障分析與軟件優(yōu)化

何靜飛

（浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315208）

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

1 DCS控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

GE能源集團(tuán)的XDPS-400e(eDPU)系統(tǒng)，是一個(gè)融計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)和自動(dòng)控制技術(shù)為一體的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品。XDPS-400e系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面向連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程控制，比如發(fā)電、石油、化工以及冶金等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用。XDPS-400e系統(tǒng)的設(shè)計(jì)貫徹了冗余和模塊化設(shè)計(jì)的思想，具有開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)和良好的硬件兼容性和軟件擴(kuò)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(hù)的控制系統(tǒng)平臺(tái)。XDPS-400e系統(tǒng)由過(guò)程控制級(jí)、通訊網(wǎng)絡(luò)以及人機(jī)接口(HMI)三部分組成，如圖1所示。

XDPS-400e系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：先進(jìn)、完善、可靠的數(shù)據(jù)采集功能；高性能DPU及強(qiáng)大的功能模塊；人性化的人機(jī)操作界面；強(qiáng)大的歷史記錄功能；先進(jìn)的報(bào)表生成系統(tǒng)；安全、快速、穩(wěn)定的通訊系統(tǒng)。

圖1

某火力發(fā)電廠二套煙氣脫硫系統(tǒng)（FGD）分別采用二套分散控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行控制，公用系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)公用網(wǎng)（COM-DCS），并可通過(guò)Ⅱ期、Ⅲ期的FGD-DCS的操作員站對(duì)公用網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，并能互相閉鎖。每套FGD-DCS與對(duì)應(yīng)機(jī)組DCS之間通過(guò)硬接線方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)交換。整套FGD-DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)接口機(jī)送至電廠的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

2 硬件故障案例

2.1 卡件故障

某日10：35，運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)二期煙氣系統(tǒng)監(jiān)盤畫(huà)面上3#爐膛負(fù)壓突然由-50Pa變?yōu)?600Pa左右，而實(shí)際3#爐膛負(fù)壓正常無(wú)突變（一直在-50Pa左右）。檢修人員在測(cè)量脫硫DCS板卡上#3爐膛負(fù)壓輸入點(diǎn)信號(hào)電流值后，發(fā)現(xiàn)輸入值與顯示值不符，更換信號(hào)輸入點(diǎn)至同一板卡的備用輸入點(diǎn)后，顯示值依然失準(zhǔn)。再調(diào)出此輸入點(diǎn)所在板卡其他所有輸入點(diǎn)的歷史曲線，發(fā)現(xiàn)所有輸入點(diǎn)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(diǎn)數(shù)據(jù)顯示恢復(fù)正常。

2.2 電源故障

為確保DCS控制系統(tǒng)工作的可靠性，DCS控制系統(tǒng)的電源由兩路冗余提供。其中，脫硫公用磨石粉廠DCS系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行。某日8：40左右，脫硫系統(tǒng)1#UPS檢修停電后，磨石粉廠磨機(jī)系統(tǒng)監(jiān)盤畫(huà)面上運(yùn)行的模擬量數(shù)據(jù)大部分出現(xiàn)壞點(diǎn)，運(yùn)行人員無(wú)法在上位機(jī)上進(jìn)行監(jiān)盤和操作。檢修人員發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)全部來(lái)自7#(27#)DPU?，F(xiàn)場(chǎng)檢查OPU及DPU網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，未發(fā)現(xiàn)異常。在檢查磨石粉廠DPU柜卡件狀態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)7#DPU、27#DPU及所有模擬量卡件均報(bào)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(yùn)行正常（FAIL燈滅），但7#DPU卡件仍報(bào)故障。測(cè)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(jié)束送電A路電源正常后，7#DPU工作恢復(fù)正常，再拉開(kāi)A路電源7#DPU又出現(xiàn)故障。由此判斷：B路5V電源模塊故障電壓低，引起其帶負(fù)載能力差使DPU及卡件故障報(bào)警。更換7#DPU B路5V電源模塊后再作單路供電試驗(yàn)，電源供電正常，7#DPU及卡件工作全部恢復(fù)正常。

2.3 總線板故障

某日12：11左右，脫硫監(jiān)控畫(huà)面上出現(xiàn)：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(hù)動(dòng)作、6kV脫硫一段母線接地保護(hù)動(dòng)作、1#DPU卡件故障報(bào)警。瞬時(shí)出現(xiàn)又復(fù)歸正常。檢修人員檢查歷史報(bào)警記錄發(fā)現(xiàn)：這些報(bào)警點(diǎn)均來(lái)自同一塊卡件，1#DPU2#站5#（DI）卡。進(jìn)一步檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：13：45左右4#鍋爐任一油槍投運(yùn)、4#鍋爐MFT動(dòng)作、4#機(jī)組送風(fēng)機(jī)RB動(dòng)作、4#機(jī)組引風(fēng)機(jī)RB動(dòng)作、1#B增壓風(fēng)機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)停運(yùn)、1#B增壓風(fēng)機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)在就地控制、Ⅱ期脫硫熱控電源柜電源監(jiān)視共七個(gè)DI個(gè)輸入點(diǎn)在13：45左右有信號(hào)發(fā)出（由0變?yōu)?，時(shí)間間隔1s左右），這七個(gè)信號(hào)均來(lái)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(hào)誤發(fā)。在檢修人員更換#1DPU總線板后，上述故障現(xiàn)象再未出現(xiàn)。

某日4：23左右，脫硫監(jiān)控畫(huà)面出現(xiàn)報(bào)警：2#DPU卡件故障；2#DPUA、B網(wǎng)絡(luò)報(bào)警。同時(shí)2#DPU上所有點(diǎn)均變成壞點(diǎn)。檢修人員檢查2#DPU底板上網(wǎng)絡(luò)端口，手按A、B網(wǎng)絡(luò)線端口后，所有故障現(xiàn)象消失。次日又發(fā)生同樣故障，并用同樣方法恢復(fù)正常。檢查2#DPU硬件檢測(cè)模塊，發(fā)現(xiàn)為2#DPU2#、3#站I/O通道品質(zhì)損壞報(bào)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(xiàn)象再未出現(xiàn)。

3 軟件優(yōu)化案例

3.1 真空皮帶系統(tǒng)與石膏排出泵聯(lián)鎖邏輯優(yōu)化完善

圖2

由于真空皮帶系統(tǒng)原DCS聯(lián)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(tǒng)情況下，當(dāng)A真空皮帶意外跳閘后，石膏排出泵及石膏排出管路相關(guān)電動(dòng)閥聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作（聯(lián)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(tǒng)情況下，當(dāng)B真空皮帶意外跳閘后，石膏排出泵及石膏排出管路相關(guān)電動(dòng)閥聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作（聯(lián)鎖投入情況下）；當(dāng)兩路真空皮帶交叉出石膏時(shí)，連鎖保護(hù)動(dòng)作出現(xiàn)混亂，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。增加相關(guān)邏輯，取真空皮帶運(yùn)行信號(hào)、石膏旋流站濃漿分配器位置信號(hào)、石膏漿液排放電動(dòng)閥位置信號(hào)，進(jìn)行如（圖2）組態(tài)。

當(dāng)某一運(yùn)行著的真空皮帶意外跳閘時(shí)，發(fā)出正確的聯(lián)鎖信號(hào)，使對(duì)應(yīng)的吸收塔石膏排出系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備（石膏排出泵及其進(jìn)出口電動(dòng)閥、石膏漿液排放電動(dòng)閥、石膏漿液疏放電動(dòng)閥、石膏排出泵出口再循環(huán)電動(dòng)閥）連鎖動(dòng)作，使對(duì)應(yīng)吸收塔石膏排出系統(tǒng)由出石膏狀態(tài)切至再循環(huán)狀態(tài)，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 增壓風(fēng)機(jī)變頻器邏輯優(yōu)化

（1）由于原DCS邏輯存在欠缺：當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)在工頻運(yùn)行方式時(shí)，變頻器故障信號(hào)會(huì)觸發(fā)旁路擋板快開(kāi)保護(hù)連鎖，引起煙氣旁路擋板誤動(dòng)。修改完善DCS相關(guān)邏輯，增加增壓風(fēng)機(jī)變頻器旁路刀閘狀態(tài)（合閘狀態(tài)）取非后與增壓風(fēng)機(jī)變頻器故障信號(hào)作為變頻器快開(kāi)旁路擋板的條件，即只有在增壓風(fēng)機(jī)變頻器旁路刀閘未合閘，即增壓風(fēng)機(jī)工作在變頻方式情況下，變頻器故障信號(hào)方能觸發(fā)煙氣旁路擋板快開(kāi)，消除了原有誤動(dòng)煙氣旁路擋板的安全隱患。

（2）由于原DCS邏輯存在欠缺：當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)在工頻運(yùn)行方式時(shí)，變頻器報(bào)警信號(hào)會(huì)閉鎖增壓風(fēng)機(jī)6kV開(kāi)關(guān)允許合閘信號(hào)。在“增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)跳閘條件中”增加算法，即：當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)變頻器旁路刀閘合上時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)報(bào)警信號(hào)不閉鎖增壓風(fēng)機(jī)6kV開(kāi)關(guān)允許合閘信號(hào)，以完善增壓風(fēng)機(jī)工頻方式下的閉鎖邏輯。

3.3 增加相關(guān)邏輯，優(yōu)化人機(jī)對(duì)話畫(huà)面

（1）增加重要設(shè)備跳閘時(shí)的畫(huà)面提示：增加相關(guān)邏輯，當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)、旁路執(zhí)行機(jī)構(gòu)、磨機(jī)等重要設(shè)備跳閘時(shí)會(huì)出現(xiàn)彈圖畫(huà)面，及時(shí)提示運(yùn)行人員，以便運(yùn)行人員快速應(yīng)對(duì)處理。

（2）在稱重皮帶、主收塵器等設(shè)備監(jiān)盤畫(huà)面增加聯(lián)鎖按鈕，當(dāng)運(yùn)行設(shè)備因保護(hù)動(dòng)作連鎖跳閘后或因檢修結(jié)束需要單體調(diào)試時(shí)，可通過(guò)聯(lián)鎖按鈕來(lái)解除（或投入）聯(lián)鎖保護(hù)，方便運(yùn)行操作。

（3）增加部分設(shè)備的跳閘首出邏輯，當(dāng)設(shè)備非正常停運(yùn)時(shí)，顯示首出原因，方便運(yùn)行人員查找原因所在，以確保及時(shí)正確處理。

（4）脫硫系統(tǒng)畫(huà)面設(shè)備名稱修改。由于原有設(shè)計(jì)原因，監(jiān)脫硫控畫(huà)面上的設(shè)備名稱與公司圖檔系統(tǒng)圖紙上的設(shè)備名稱存在不統(tǒng)一之處，給檢修及運(yùn)行人員維護(hù)操作帶來(lái)一定困擾，不利于安全生產(chǎn)。為規(guī)范設(shè)備命名，減少安全隱患，檢修人員對(duì)所有監(jiān)控畫(huà)面上的設(shè)備名稱進(jìn)行梳理修改，使其與公司圖檔系統(tǒng)圖紙上的設(shè)備命名統(tǒng)一一致。

（5）為滿足運(yùn)行監(jiān)盤人員的視覺(jué)習(xí)慣要求，檢修人員對(duì)脫硫監(jiān)控畫(huà)面上的圖形及顏色等作修改。

4 DCS控制系統(tǒng)日常維護(hù)注意事項(xiàng)

（1）加強(qiáng)對(duì)脫硫DCS系統(tǒng)日常巡檢，定期檢查DCS機(jī)柜內(nèi)卡件及風(fēng)扇的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)卡件信號(hào)報(bào)警等異常情況及時(shí)記錄、分析、處理。

（2）除定期做好邏輯組態(tài)軟件備份外，每次邏輯組態(tài)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(chǎn)系統(tǒng)不受病毒侵襲，要嚴(yán)格執(zhí)行DCS管理制度，杜絕外部設(shè)備（手機(jī)、U盤、移動(dòng)硬盤等）使用USB接口接入控制系統(tǒng)，未經(jīng)公司信息中心殺毒的軟盤嚴(yán)禁使用。

（4）做好各DCS I/O機(jī)柜的封堵，運(yùn)行時(shí)關(guān)閉柜門，減少卡件積灰。利用脫硫系統(tǒng)停運(yùn)檢修的機(jī)會(huì)，做好機(jī)柜內(nèi)部清灰以及電源模塊的檢查，并進(jìn)行電源和DPU冗余切換試驗(yàn)。

（5）嚴(yán)格執(zhí)行檢修操作規(guī)程，在進(jìn)行DPU板卡清灰、檢查工作時(shí)，人員做好防靜電放電措施，按規(guī)定使用防靜電手帶、地毯等工具。