提高OVATION 控制系統(tǒng)維護可靠性的分析與預控措施

邵程安，郭 勇

（浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325600）

0 引言

浙江浙能溫州發(fā)電廠四期為“上大壓小”工程，關(guān)?，F(xiàn)有的2 臺135 MW 機組，并利用浙江省內(nèi)關(guān)停的其它小火電機組發(fā)電容量，新建2 臺660 MW 超超臨界燃煤發(fā)電機組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置。

機組DCS（分散控制系統(tǒng)）采用上海艾默生過程控制有限公司的OVATION 系統(tǒng)，利用當前最新的分布式、全局型相關(guān)數(shù)據(jù)庫完成對系統(tǒng)的組態(tài)[1]。全局分布式數(shù)據(jù)庫將功能分散到多個可并行運行的獨立站點，而非集中到一個中央處理器上，不因其他時間的干擾而影響系統(tǒng)性能。OVATION 系統(tǒng)包含許多通過高速以太網(wǎng)相互連接的工作站，每個站都能接收數(shù)據(jù)，并在其他站需要的時候傳輸數(shù)據(jù)。

溫州發(fā)電廠四期8 號、7 號機組于2015 年底和2016 年初相繼投產(chǎn)使用。運行期間，OVATION系統(tǒng)運行穩(wěn)定，控制性能良好；人機交互界面友好，易于運行操作和日常維護；硬件設(shè)備可靠性高，故障率低；系統(tǒng)開放度較高，易于上手。但是盡管如此，在正常運行期間，還是出現(xiàn)了幾次因細節(jié)不完善而導致的異常事件，對生產(chǎn)安全產(chǎn)生了不小的影響。以下分析其原因和可能產(chǎn)生的后果，并提出相應的解決方案，從而提高控制系統(tǒng)的可靠性。

1 DCS 配置情況

1.1 系統(tǒng)概覽

溫州發(fā)電廠7 號、8 號機組的控制分別由2 套DCS 實現(xiàn)，公用系統(tǒng)設(shè)置DCS 公用網(wǎng)[2]。單元機組DCS 從功能上可分為以下子系統(tǒng)：MCS（模擬量控制系統(tǒng)）、FSSS（爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)）、SCS（順序控制系統(tǒng)）、DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、ECS（電氣控制系統(tǒng)）、BPC（旁路控制）、MEH（小汽輪機電液控制系統(tǒng)）、DEH（汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)）。同時將鍋爐吹灰器控制、除渣系統(tǒng)控制、SCR（煙氣脫硝）控制區(qū)、脫硫控制等納入機組DCS。除此之外，本工程中也應用了總線控制技術(shù)[3]，包括DP 總線和FF 總線。

1.2 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

OVATION 系統(tǒng)網(wǎng)絡采用Fast Ethernet 網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)[4]，并采用冗余方式工作，網(wǎng)絡硬件目前采用交換機作為網(wǎng)絡的通信設(shè)備。網(wǎng)絡傳輸速度為100 Mbps/s，每條網(wǎng)絡上最多掛254 個節(jié)點[5]。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 DCS 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

以8 號機組為例，單元機組系統(tǒng)分布在主機側(cè)和脫硫側(cè)，包括服務器、歷史站、OPC 服務器、工程師站、操作員站及控制柜等。控制柜內(nèi)的控制器采用冗余1：1 配置，并嚴格遵循機組重要保護[6]和控制分開配置的獨立性原則，以防止一對控制器故障導致機組被迫停運事故的發(fā)生。

2 維護過程中的不足及應對措施

2.1 交叉參考不完全[7]

（1）故障現(xiàn)象。2018 年3 月11 日06：23，機組運行正常，工程師站值班人員接運行通知8 號爐脫硝稀釋風流量異常波動，需先強制稀釋風流量低跳脫硝保護。由于不熟悉邏輯，值班人員在通過交叉參考功能尋找需強制位置時，只強制了稀釋風流量低跳電加熱保護和稀釋風流量低尿素溶液噴射器系統(tǒng)自動停保護。08：28，8 號爐脫硝所有噴槍隔離閥關(guān)閉，噴槍撤出，導致脫硝系統(tǒng)退出運行。

（2）原因分析。在檢查稀釋風流量低撤出脫硝邏輯后發(fā)現(xiàn)，“稀釋風流量”這一點在2 處使用：第一處是開8 號爐尿素計量分配裝置計量隔離閥許可，第二處是稀釋風流量低關(guān)8 號爐尿素計量分配裝置計量隔離閥。但不論是從其他邏輯圖中交叉參考到該邏輯頁面，還是直接在畫面中對點進入邏輯頁，均只能顯示交叉到第一處，無法交叉至第二處。進一步分析后發(fā)現(xiàn)，在OVATION 系統(tǒng)的交叉參考功能中，交叉參考時只能顯示這一點在哪一頁使用，但不顯示在這頁中使用了幾處。如果一個點在一頁內(nèi)作為輸入在多處使用，則只能連接至功能塊執(zhí)行順序靠前的那一處。在日常維護中，這種情況極易造成強制時出現(xiàn)遺漏，嚴重影響機組安全運行。

（3）解決方法。在強制重要保護信號時，應該通過OVATION 中的Control Logic-Navigator（控制邏輯導航）工具進行確認是否有遺漏。以爐膛壓力PT2710-SEL 為例，主要操作如下：

在邏輯頁中， 對需要強制的點選擇“Point Search”（點搜索），打開Control Logic Navigator，此時顯示該點在9 張邏輯頁中使用，每一頁展開之后顯示出該點直接連接了多少個功能塊。在本例中，該點連接了5 個功能塊：LOWMON，HIGMON，SMOOTH，TRANSFER 以及SUM。而通過交叉參考只能連接到LOWMON 和HIGMON，則表明在本邏輯頁中還有其他處使用該點，另一處正連接了SMOOTH，TRANSFER 和SUM。通過這種方法就找出了所有的使用之處。此方法對模擬量點和打包點同樣適用。

（4）預控措施。在對重要信號進行強制時，除了使用該方法防止強制遺漏之外，更應該在以下兩方面從根本上減少此類事故的發(fā)生：第一是熱控人員加強學習，提升自身的專業(yè)技能，特別是提高對重要保護邏輯的熟悉度；第二是在邏輯組態(tài)時，當一個點作為輸入在一頁邏輯中需連接至多處時，盡量從一個輸入功能塊引出，如果必須使用多個輸入功能塊，則根據(jù)重要性合理設(shè)置執(zhí)行順序。

2.2 未接地導致設(shè)備故障[8]

（1）故障現(xiàn)象。在集控室的網(wǎng)絡柜內(nèi)安裝了OVATION 光電轉(zhuǎn)換器框架EMC1600，分別連接至公用網(wǎng)絡柜和8 號機組網(wǎng)絡柜，通過框架內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)信號的遠距離傳輸。在機組投產(chǎn)后的一年內(nèi)，連接至8 號機組網(wǎng)絡柜的3 個光電轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障的頻率比較高，故障導致相應設(shè)備離線。

（2）原因分析。用萬用表檢測發(fā)現(xiàn)，該框架對地有100 V 交流電壓。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，該光電轉(zhuǎn)換器電源接線設(shè)計為電源切換裝置ATS-空氣開關(guān)ACB-轉(zhuǎn)接端子TB2-EMC1600，而在經(jīng)過空氣開關(guān)ACB 時，只接了火線和零線，地線[9]并未接，從而導致EMC1600 外殼帶電，引起光電轉(zhuǎn)換器故障。

（3）處理方法。在轉(zhuǎn)接端子TB2 處將EMC1600電源線中的地線引出，連接到機柜的接地端子[10]，框架的電壓隨即消失。光電轉(zhuǎn)換器之后也再未發(fā)生此類故障。

（4）預控措施。在實際應用中，無論是信號接地還是保護接地[11]，都應該保證可靠的接線，防止因此造成的設(shè)備、信號故障。

2.3 在線修改量程功能不完善

（1）故障現(xiàn)象。OVATION 系統(tǒng)可通過Sensor calibrate（傳感器校正）工具在線修改模擬量信號量程。但由于其功能不完善，在修改時會產(chǎn)生以下問題：在Sensor calibrate 中輸入需修改點的KKS碼并回車的同時，該點便被掃描切除，變?yōu)閴馁|(zhì)量，若該壞質(zhì)量在邏輯中傳遞，可能導致下行算法中的M/A 站切至手動，即可能撤出某些主要設(shè)備的自動進而撤出AGC（自動發(fā)電控制），從而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定；改完成后，Point information（點信息）[12]內(nèi)的顯示量程并不會發(fā)生變化。

以量程為0～2.5 kPa 的4-20 mA 模擬量信號為例，在線將量程從0～2.5 kPa 改為0～100 kPa之后，其Maximum Scale Value（量程終點值）中的顯示量程上限仍然為2.5。這極易使檢修人員產(chǎn)生誤判，影響機組安全。

（2）原因分析。OVATION 系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了在線修改量程時，將被修改點掃描切除并置該點為壞質(zhì)量，以防止因修改過程中發(fā)生的數(shù)值變化而導致自動控制異常。同時，由于在線修改量程實際上是修改控制器[13，17-18]中的轉(zhuǎn)換系數(shù)，并不會反向計算其顯示量程并向數(shù)據(jù)庫同步， 而Point information 顯示的正是數(shù)據(jù)庫內(nèi)的顯示量程。

（3）解決方法。在修改量程之前，應該對點質(zhì)量進行強制，避免壞質(zhì)量的傳遞。同時，在查詢模擬量點的量程時， 不能只看Maximum Scale Value 和Minimum Scale Value（量程始點值）上的顯示量程，更應該看其Conversion Coefficient 即轉(zhuǎn)換系數(shù)。上述例子中，轉(zhuǎn)換系數(shù)為6 250 和-25。因為4-20 mA 信號的轉(zhuǎn)換是線性轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換公式如下：

式中：Y 為實際量程；X 為現(xiàn)場來的4-20 mA 信號。

計算時需將X 信號單位轉(zhuǎn)換成A，再將信號上限X=0.02 A 代入式（1）得出實際量程上限為100。

（4）預控措施。在機組運行期間應盡量避免在線修改量程。如必須修改，應提前強制信號點質(zhì)量，防止壞質(zhì)量的傳遞。同時在查詢模擬量點的量程時，應通過轉(zhuǎn)換系數(shù)確定其實際量程。

2.4 執(zhí)行順序設(shè)置不當

（1）故障現(xiàn)象。7 號機組運行過程中，曾發(fā)生因引風機B 跳閘而導致機組RB（輔機故障減負荷）動作的事故。按照邏輯設(shè)置，機組RB 過程中，在跳閘磨煤機的同時，應自動投運A 和F 層油槍用以穩(wěn)燃[14]。但在RB 過程中油層并未自動投運，只能由運行人員手動投入A 層、F 層油槍。

（2）原因分析。RB 后自動投油控制邏輯如圖2 所示，需以下3 個條件同時滿足才能觸發(fā)：RB去FSSS 跳磨投油；對應層磨煤機運行；磨煤機運行臺數(shù)大于3。RB 發(fā)生時a 信號從0 變成1，c信號從1 變成0，由于a 信號功能塊的執(zhí)行順序是24，c 信號功能塊執(zhí)行順序是22。根據(jù)DCS 系統(tǒng)組態(tài)執(zhí)行原則[15]，一個執(zhí)行周期內(nèi)按功能塊執(zhí)行順序從小到大掃描讀取數(shù)據(jù)[16]，條件c 先不滿足，從而“與”門條件不滿足，導致A 層、F 層油槍未自動投運。

（3）處理方法。 如圖3 所示，將RB 去FSSS跳磨投油信號執(zhí)行順序調(diào)至磨煤機運行臺數(shù)大于3 信號之前，保證邏輯的合理性。

圖2 跳磨投油部分邏輯

圖3 修改后的功能塊執(zhí)行順序

（4）預控措施。在邏輯組態(tài)的過程中，應該根據(jù)信號的重要性以及實際應用時邏輯的合理性正確地設(shè)置各功能塊的執(zhí)行順序，以防止設(shè)備的誤動和拒動。

3 結(jié)語

隨著發(fā)電廠機組向高參數(shù)、大容量、高自動化水平方向的發(fā)展，對DCS 控制系統(tǒng)的要求也越來越高。而DCS 系統(tǒng)經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，也已經(jīng)逐漸成為一項成熟的工程技術(shù)，其復雜程度也日益提高。DCS 系統(tǒng)像是整個發(fā)電廠的“神經(jīng)中樞”，一旦發(fā)生故障，就會關(guān)系到整個機組的安全生產(chǎn)。因此，在DCS 系統(tǒng)功能不斷增加的同時，也應該從完善維護細節(jié)、提升維護水平上提高整個系統(tǒng)的可靠性，只有在生產(chǎn)設(shè)計、基建安裝和日常維護過程中更加注意對細節(jié)的把控，才能保證機組安全可靠地運行。