某電廠#2機(jī)組DCS控制器下裝導(dǎo)致鍋爐MFT事件分析

趙洪健，陳 昊

（寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司，銀川 750409）

某電廠#2機(jī)組為660MW超超臨界燃煤機(jī)組，汽輪機(jī)型式為高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、凝汽式間接空冷機(jī)組，采用高低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，高壓旁路系統(tǒng)容量為額定蒸汽參數(shù)下40%BMCR的流量。DCS系統(tǒng)采用上海艾默生過(guò)程控制有限公司的OVATION DCS系統(tǒng)。

1 機(jī)組工況

29日，08:57:05，#2機(jī)組未并網(wǎng)、汽輪機(jī)未沖轉(zhuǎn)，機(jī)組處于升溫升壓狀態(tài)。A、B磨煤機(jī)運(yùn)行、總?cè)剂狭?5.4t/h、主給水流量368.3t/h、小機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min、小機(jī)處于本地轉(zhuǎn)速控制模式，主蒸汽壓力10.17MPa、主汽溫度517.8℃、主汽壓力10.17MPa、再熱汽溫510.3℃、再熱汽壓1.01MPa、總風(fēng)量1241.3t/h、爐膛負(fù)壓-206.62Pa、背壓9.226kPa、高旁閥開(kāi)度40%、低旁閥開(kāi)度59.15%、低旁溫度控制處于自動(dòng)模式，低旁閥后溫度109℃，低旁減溫水調(diào)閥開(kāi)度24.87%。

2 事件經(jīng)過(guò)

08:57:58，低旁減溫水調(diào)閥指令由24.87%突降至0%，并切為手動(dòng)，低旁閥后溫度開(kāi)始緩慢上升。

08:58:30，低旁閥后溫度升至180℃，延時(shí)3s，觸發(fā)低旁快關(guān)，低旁閥由59%關(guān)至0%，聯(lián)鎖高旁快關(guān)，高旁閥由40%關(guān)至0%。

09:02:55，小機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min保持不變，主汽壓力由10.17MPa上升至13.99MPa，給水流量由366.5t/h降低至244.6t/h，期間運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)高旁閥全關(guān)后，強(qiáng)制信號(hào)后手動(dòng)打開(kāi)高旁閥至10%。

圖1 鍋爐MFT事件經(jīng)過(guò)曲線Fig.1 Boiler MFT event passing curve

圖2 TC卡修改參數(shù)Fig.2 TC Card modification parameters

09:03:15，給水流量低信號(hào)20s延時(shí)時(shí)間到，觸發(fā)鍋爐主給水流量低MFT保護(hù)，MFT觸發(fā)后，各設(shè)備聯(lián)鎖動(dòng)作正常。

3 原因分析

3.1 下裝導(dǎo)致溫度不正常波動(dòng)

28日晚間，調(diào)試人員發(fā)現(xiàn)TC卡件參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致部分熱電偶溫度測(cè)點(diǎn)報(bào)POOR點(diǎn)，所以調(diào)試人員于28日晚間修改了21號(hào)控制器下Branch5 slot2 、Branch6 slot1、Branch6 slot2三塊TC卡件參數(shù)（離線修改完成，未下裝控制器），修改項(xiàng)見(jiàn)圖2（由±20mV改為±50mV）。其中，測(cè)點(diǎn)分布表見(jiàn)表1。

29日，08:57:39，調(diào)試人員在DROP200服務(wù)器上對(duì)21號(hào)控制器進(jìn)行下裝操作，下裝過(guò)程中，#1、#2再熱主汽門(mén)進(jìn)汽溫度1/2發(fā)生瞬間跳變至1200℃左右。

事件發(fā)生后，工作人員在DCS最小系統(tǒng)上模擬當(dāng)時(shí)TC卡所修改的參數(shù)，進(jìn)行同樣的下裝操作，試驗(yàn)反復(fù)多次，得出了相同的結(jié)果：當(dāng)將TC卡中“Volage Range Selection”參數(shù)從±20mV修改為±50mV時(shí)，在控制器下裝過(guò)程中該TC卡中所有溫度將會(huì)向上波動(dòng)至1200℃；當(dāng)將TC卡中“Volage Range Selection”參數(shù)從±50mV修改為±20mV，在控制器下裝過(guò)程中該TC卡中所有溫度將會(huì)向下波動(dòng)400℃左右。由此可見(jiàn)，是Ovation系統(tǒng)TC卡下裝過(guò)程中的這種特性導(dǎo)致溫度波動(dòng)。

表1 修改TC卡上信號(hào)分布Table 1 Modification of signal distribution on TC card

圖3 仿真TC卡下裝過(guò)程中溫度波動(dòng)曲線Fig.3 Simulates the temperature fluctuation curve of TC card during downloading

3.2 STM-TBL HSVSSTP模塊輸出壞質(zhì)量

#1、#2再熱主汽門(mén)進(jìn)汽溫度1/2發(fā)生跳變后，STM-TBL HSVSSTP模塊的ENTH（焓值）輸出變壞質(zhì)量，同時(shí)該模塊FLAG出1聯(lián)鎖撤出低旁減溫水控制自動(dòng)。

對(duì)于STM-TBL HSVSSTP模塊ENTH輸出變壞質(zhì)量問(wèn)題經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)STM-TBL HSVSSTP模塊的溫度和壓力輸入超過(guò)一定限值時(shí)（試驗(yàn)測(cè)定溫度限值約為871℃左右），將會(huì)導(dǎo)致STM-TBL HSVSSTP模塊輸出的ENTH值變?yōu)閴馁|(zhì)量[1]，同時(shí)該模塊的FLAG端子會(huì)出1。由于STMTBL HSVSSTP模塊的這種特性才導(dǎo)致了大選模塊IN2端輸入的溫度信號(hào)變?yōu)閴馁|(zhì)量（大選模塊的IN2端輸入為STM-TBL HSVSSTP模塊ENTH值輸出）。

3.3 大選塊設(shè)置錯(cuò)誤

圖4 大選塊切換Fig.4 General block switching

圖5 低旁減溫水控制邏輯時(shí)序Fig.5 Low side reduction warm water control logic timing

低旁減溫水調(diào)門(mén)閥位指令為何會(huì)突變至0%，檢查歷史趨勢(shì)，低旁減溫水調(diào)門(mén)在這段時(shí)間未發(fā)生任何其他聯(lián)鎖動(dòng)作，所以這個(gè)問(wèn)題給工作人員帶來(lái)了很大困擾。最后通過(guò)與DCS廠家一起，經(jīng)過(guò)在DCS最小系統(tǒng)上反復(fù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：低旁減溫水調(diào)門(mén)閥位指令突變至0%的根本原因是大選塊發(fā)生了切換。

低旁減溫水控制分兩路（見(jiàn)圖4）：一路為低旁出口溫度設(shè)定值和實(shí)際值經(jīng)過(guò)PID后輸出閥門(mén)開(kāi)度指令，另一路為中壓主汽閥進(jìn)口蒸汽焓值經(jīng)過(guò)f(x)轉(zhuǎn)化為閥門(mén)開(kāi)度指令，兩路指令經(jīng)過(guò)大選塊行程閥門(mén)開(kāi)度指令。該廠事件發(fā)生前低旁減溫水PID控制塊中，設(shè)定值為116℃，閥后溫度為107℃，由于設(shè)定值長(zhǎng)時(shí)間高于測(cè)量值，PID輸出為0%。低旁減溫水調(diào)閥指令突變到0%，閥門(mén)快速關(guān)閉直至全關(guān)，低旁閥后溫度快速升高，低旁快關(guān)，最終導(dǎo)致給水流量低MFT。

經(jīng)過(guò)查找大選塊（HISELECT模塊）的說(shuō)明，大選塊的QUAL參數(shù)有3種選項(xiàng)，分別為：NOTBAD、WORSE和SELECTDE，當(dāng)輸入值指令發(fā)生變化時(shí)，3種選項(xiàng)會(huì)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行不同的選擇[2]，對(duì)大選塊3種不同QUAL參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)得結(jié)果如下：

NOTBAD：若兩路輸入的質(zhì)量均不為BAD，則會(huì)選擇較大值輸出（增益和偏置相等），且將輸出兩路輸入指令中較好的質(zhì)量；若一路輸入的質(zhì)量為BAD，則輸出為指令不為BAD的輸入值且將輸出兩路輸入指令中較好的質(zhì)量；若兩路輸入的質(zhì)量均為BAD，則將輸出較大的輸入且輸出質(zhì)量為DAD。

SELECTED：不管輸入信號(hào)的質(zhì)量如何，輸出都將選擇較大值，同時(shí)選擇較大值的質(zhì)量（當(dāng)輸入值相等時(shí)，選擇兩者中的較好質(zhì)量）。

WORSE：不管輸入信號(hào)的質(zhì)量如何，輸出都將選擇較大值同時(shí)選擇最差的質(zhì)量。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)大選塊QUAL參數(shù)選擇NOTBAD，且大選塊正在輸出的輸入信號(hào)變?yōu)锽AD質(zhì)量時(shí)，大選塊就會(huì)發(fā)生切換，而低旁減溫水邏輯中的大選塊QUAL參數(shù)就是選擇的NOTBAD選項(xiàng)。

3.4 邏輯時(shí)序問(wèn)題

當(dāng)STM-TBL HSVSSTP模塊的FLAG端子出1后，低旁減溫水控制會(huì)退出自動(dòng)，閥位指令應(yīng)該保持不變，但事實(shí)是閥門(mén)指令突變到了0%，根據(jù)Ovation的DCS系統(tǒng)歷史無(wú)法觀察出退出自動(dòng)指令和閥門(mén)開(kāi)度指令切到0%誰(shuí)先誰(shuí)后（因?yàn)镺vation的DCS系統(tǒng)非SOE點(diǎn)的歷史記錄頻率為1s，間隔短于1s，DCS歷史無(wú)法捕捉和記錄）。最后經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定，退出自動(dòng)和閥門(mén)開(kāi)度切到0%是在同一頁(yè)控制邏輯，但閥門(mén)開(kāi)度切到0%的大選塊時(shí)序小于退出自動(dòng)邏輯時(shí)序，邏輯先運(yùn)算大選塊后才退出自動(dòng)，這就導(dǎo)致閥門(mén)指令先切到0%，隨后才退出了減溫水調(diào)閥自動(dòng)。

3.5 運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)不及時(shí)

運(yùn)行人員在發(fā)現(xiàn)高旁快關(guān)到給水流量低MFT之間的5min時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到此設(shè)備勿動(dòng)后對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成的危害，未在第一時(shí)間做出合理有效的措施是引起本次事件的次要原因之一。

4 防范措施

1）機(jī)組投入生產(chǎn)后，禁止在線下裝。若不得已必須在線下裝的情況下，需將相關(guān)邏輯在最小系統(tǒng)上進(jìn)行仿真，并全面地考慮風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，做好安全措施，確定無(wú)誤后在專(zhuān)人監(jiān)護(hù)下方可下裝[3]。

2）修改低旁減溫水邏輯中大選塊QUAL參數(shù)，由NOTBAD改為WORSE，并對(duì)其他設(shè)備的類(lèi)似邏輯進(jìn)行系統(tǒng)性的檢查，重點(diǎn)檢查大選塊設(shè)置問(wèn)題和質(zhì)量傳遞問(wèn)題，避免出現(xiàn)大選塊不正常切換和因質(zhì)量傳遞自動(dòng)非正常退出的情況發(fā)生。

3）邏輯時(shí)序優(yōu)化，在低旁減溫水焓值控制一路出現(xiàn)故障后，應(yīng)第一時(shí)間內(nèi)將自動(dòng)控制切換為手動(dòng)狀態(tài)，保持當(dāng)前閥位。在機(jī)組調(diào)試期間工作人員曾多次發(fā)現(xiàn)由于邏輯塊時(shí)序問(wèn)題導(dǎo)致聯(lián)鎖保護(hù)不能觸發(fā)或者動(dòng)作不正確的情況，邏輯時(shí)序問(wèn)題對(duì)機(jī)組危害較大且不易發(fā)現(xiàn)[4]，只能經(jīng)過(guò)仿真試驗(yàn)確認(rèn)或者在運(yùn)行過(guò)程中使其暴露出來(lái)。所以在機(jī)組邏輯組態(tài)或修改完成后，必須經(jīng)過(guò)系統(tǒng)性的聯(lián)鎖仿真，尤其是機(jī)組重要保護(hù)邏輯，避免出現(xiàn)邏輯時(shí)序問(wèn)題使本該正確動(dòng)作的聯(lián)鎖無(wú)法實(shí)現(xiàn)[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)DCS系統(tǒng)基本性能的了解是每一個(gè)熱工人員必備的技能，但DCS系統(tǒng)是復(fù)雜且龐大的，只有通過(guò)常年累月的總結(jié)和積累才能逐漸較為全面地了解它的一些特征點(diǎn)，甚至一些小漏洞，從而避免在同一個(gè)地方跌倒。經(jīng)過(guò)對(duì)本次DCS控制器下裝引起鍋爐MFT事件的分析，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致問(wèn)題的根本原因，并提出了解決辦法，對(duì)Ovation DCS系統(tǒng)了解更近了一步。