發(fā)電廠生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)報警的有效處置

張永強(qiáng)，隋兆全，鄭繼新，朱小青

（1.金川集團(tuán)熱電有限公司，甘肅金昌 737100；2.金川集團(tuán)二礦區(qū)，甘肅金昌 737100）

發(fā)電廠生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)多采用分散控制系統(tǒng)（DCS）。發(fā)電廠生產(chǎn)過程報警是指生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行過程中對機(jī)、爐、電等工藝生產(chǎn)過程中的設(shè)備異常狀態(tài)或操作事件的觸發(fā)和記錄?？刂葡到y(tǒng)報警信息一般分為兩大類：①系統(tǒng)信息報警。該類報警是對DCS 系統(tǒng)處理單元、通信網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備、操作員站進(jìn)行在線狀態(tài)診斷，當(dāng)發(fā)生異常時發(fā)出的報警。②生產(chǎn)過程報警。此類報警是生產(chǎn)運(yùn)行過程中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)過程變量（工藝參數(shù)）異常情況的報警，如設(shè)備狀態(tài)反轉(zhuǎn)、參數(shù)超限、控制輸出越限等。

1 報警處置是否有效評價指標(biāo)

（1）在生產(chǎn)工藝過程波動時是否清楚提醒操作人員做出正確操作。

（2）是否減少了因生產(chǎn)工藝過程故障而導(dǎo)致的停產(chǎn)。

（3）在生產(chǎn)工藝過程波動時，大量報警信息是否導(dǎo)致控制系統(tǒng)超載。

（4）是否實時幫助操作員及時發(fā)現(xiàn)問題。

（5）是否識別出非真實報警并進(jìn)行篩分處理。

（6）能否及時發(fā)現(xiàn)實際需要維護(hù)的故障。

（7）是否有效分析出在生產(chǎn)工藝過程、控制和操作方面需要改進(jìn)的地方。

2 發(fā)電廠報警設(shè)計

廣義的報警定義，指的是控制系統(tǒng)自身報警和生產(chǎn)過程報警。狹義的報警定義，指的是具體行業(yè)生產(chǎn)工藝過程的報警。具體到發(fā)電廠生產(chǎn)工藝過程報警，涉及從燃料入廠到將發(fā)電輸送到電網(wǎng)的整個過程的異常報警。按生產(chǎn)工藝先后為：輸煤、鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓、配電等。其中每一個生產(chǎn)工藝系統(tǒng)根據(jù)其配置的設(shè)備和輸出的不同，具有其自身的報警設(shè)計特點。如輸煤系統(tǒng)多以設(shè)備順序啟動、皮帶跑偏、堵煤等設(shè)備或裝置數(shù)字量信息報警設(shè)計為主；鍋爐、汽輪機(jī)系統(tǒng)以爐膛負(fù)壓、蒸汽溫度及壓力、轉(zhuǎn)速、振動等工藝過程或設(shè)備模擬量信息綜合報警設(shè)計為主；發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、斷路器、變壓器、輸電線路等電氣系統(tǒng)以電壓、電流、過流保護(hù)、總差保護(hù)等電氣量信號報警設(shè)計為主。

3 生產(chǎn)過程報警存在的問題

3.1 報警顯示問題

某發(fā)電廠不同工藝系統(tǒng)的報警，組態(tài)于同一個報警畫面且不分報警優(yōu)先級及顏色設(shè)置。當(dāng)機(jī)組實際生產(chǎn)運(yùn)行過程中發(fā)生鍋爐、汽輪機(jī)、電氣系統(tǒng)過程參數(shù)和設(shè)備異常，報警畫面顯示各個系統(tǒng)的報警信息雜亂無章。如：同一報警頁面顯示汽輪機(jī)系統(tǒng)報警信息的同時，顯示鍋爐或電氣系統(tǒng)報警信息。給不同專業(yè)操作人員對重要報警信息判斷與處置造成極大的麻煩。

3.2 報警噪聲問題

報警噪聲的產(chǎn)生是指因檢測信號自身異?；蛞蚓C合報警設(shè)置不當(dāng)?shù)?，?dǎo)致的系統(tǒng)或設(shè)備報警信息的誤報或聲、光、報文等報警信息重復(fù)觸發(fā)。如，某電廠引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中因軸承溫度或振動探頭安裝不牢靠，產(chǎn)生松動而導(dǎo)致檢測值頻繁越限等；110 kV 斷路器綜合報警信息頁面同時顯示“斷路器跳位”“斷路器合位”“母線電壓失壓”“母線電壓未失壓”“磨煤機(jī)事故跳閘”光子牌亮等報警信息，但實際現(xiàn)場設(shè)備處于正常停運(yùn)狀態(tài)，為正常狀態(tài)顯示。此類綜合報警始終處于聲、光報警觸發(fā)狀態(tài)而無法消除。報警噪聲對操作人員是一個干擾，這樣的報警噪聲多了，將嚴(yán)重分散操作人員專注力，并影響正常操作。

3.3 報警泛濫問題

報警泛濫指報警設(shè)置過于繁雜或設(shè)限范圍較小，導(dǎo)致大量不需要操作人員響應(yīng)的報警被觸發(fā)。包括：因維護(hù)問題過程中造成越限報警；系統(tǒng)因波動或擾動等不正常狀態(tài)時發(fā)生偏離正常范圍的報警；操作員采取措施后仍然消除不掉的報警；短時間單一事件觸發(fā)的大量重復(fù)報警等。報警的泛濫導(dǎo)致操作人員產(chǎn)生響應(yīng)疲勞，不斷疊加安全隱患。

3.4 報警確認(rèn)問題

目前大多控制系統(tǒng)因報警設(shè)置過多、過繁、不合理等問題，一個運(yùn)行值下來要觸發(fā)數(shù)以千計的報警信息。操作人員每天面對各類繁雜的重要的、不重要的聲、光、報文等報警信息，嚴(yán)重影響其正常判斷與操作。久而久之，操作人員形成或關(guān)閉報警音響，或視而不見，或隨手確認(rèn)的習(xí)慣。由此，錯過關(guān)鍵報警信息處置而導(dǎo)致工藝系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生事故。

3.5 報警處置執(zhí)行力問題

操作人員對報警觸發(fā)的根源以及應(yīng)采取的措施不清楚。生產(chǎn)過程中工藝系統(tǒng)或設(shè)備觸發(fā)報警后，未采取及時有效的措施。往往一個報警觸發(fā)后，操作人員缺乏處置執(zhí)行力，造成工藝系統(tǒng)或設(shè)備報警后狀態(tài)不斷惡化，最終造成事故發(fā)生。如引風(fēng)機(jī)自動控制狀態(tài)下，因爐膛燃燒擾動導(dǎo)致負(fù)壓劇烈波動，導(dǎo)致其軸承溫度或振動異常爬升趨近報警值時，操作人員應(yīng)及時采取自動切手動控制措施，再對風(fēng)煤比進(jìn)行細(xì)調(diào)等措施。

4 報警的有效處置

4.1 報警的科學(xué)設(shè)置和觸發(fā)

科學(xué)的報警設(shè)置和觸發(fā)，包括報警限值及報警聲光、顏色、優(yōu)先級等。

生產(chǎn)過程參數(shù)或設(shè)備報警限值主要依據(jù)廠家設(shè)備的設(shè)計和制造參數(shù)來設(shè)定，可設(shè)置低低報、低報；高報、高高報等，具體根據(jù)設(shè)備實際負(fù)荷變化范圍、材料或工質(zhì)的化學(xué)和物理特性及其變化速率等。如，設(shè)備的振動與溫度、轉(zhuǎn)速變化關(guān)系；蒸汽壓力與溫度的變化關(guān)系等。

報警聲光、顏色、優(yōu)先級，主要根據(jù)參與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)或設(shè)備的重要性，和發(fā)生異常后的緊急性進(jìn)行設(shè)置與觸發(fā)。對于重要且緊急的優(yōu)先級最高，聲光同時觸發(fā)，且聲音急促、顏色醒目；對于重要而不緊急的，可只觸發(fā)聲音；對于不重要而不緊急的，可只觸發(fā)光字牌等。如鍋爐主蒸汽壓力和溫度變化，關(guān)系到汽輪機(jī)的做功效率；引風(fēng)機(jī)及送風(fēng)機(jī)的軸承溫度與振動變化關(guān)系到鍋爐負(fù)荷的穩(wěn)定調(diào)整等，屬于重要且緊急的報警。

4.2 報警噪聲的有效抑制

報警噪聲的抑制：①提高生產(chǎn)過程中各工藝系統(tǒng)和設(shè)備檢測信號的穩(wěn)定性?？刹扇≡O(shè)置報警死區(qū)、小信號消除、濾波等技術(shù)，或引進(jìn)高性能、抗干擾性高的檢測元器件，并保證檢修質(zhì)量。②利用同類歸并、異類分拆、與或邏輯判斷、準(zhǔn)確定義等技術(shù)手段，合理、科學(xué)設(shè)置綜合類報警及單類報警，以減少無效噪聲。

4.3 報警的有效響應(yīng)

工藝系統(tǒng)設(shè)備或參數(shù)運(yùn)行過程中的異常報警響應(yīng)分為：控制系統(tǒng)響應(yīng)和操作人員響應(yīng)。報警的有效響應(yīng)，指控制系統(tǒng)和操作人員在接收到異常報警信息后采取及時、科學(xué)的處理措施，以保證工藝系統(tǒng)設(shè)備或參數(shù)運(yùn)行在安全、規(guī)定范圍。

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計和算法是否強(qiáng)大，以及控制系統(tǒng)硬件性能是否先進(jìn)，決定著其實時進(jìn)行自我診斷和報警信息報文顯示的有效性和及時性。良好的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計和算法，加上高性能硬件，可以第一時間做到對自身電源系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)軟件及硬件運(yùn)行狀態(tài)、操作事件、報警信息的準(zhǔn)確捕獲，并及時友好地提醒維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)。合理的報警設(shè)置和報警有效管理是操作人員（具備必須的技能水平和業(yè)務(wù)素養(yǎng)）有效響應(yīng)的基礎(chǔ)。

4.4 報警的有效確認(rèn)

發(fā)電廠各工藝系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備在運(yùn)行中會出現(xiàn)溫度、壓力、振動、電流等過程參數(shù)異常越限。崗位操作人員在生產(chǎn)操作過程中，每天要面對大量的報警信息需要確認(rèn)。

（1）操作過程導(dǎo)致的報警信息的確認(rèn)。目前發(fā)電廠控制系統(tǒng)基本都實現(xiàn)了工藝參數(shù)的自動控制，大多數(shù)報警信息是反應(yīng)某一工藝系統(tǒng)或設(shè)備因微小外擾和內(nèi)擾造成的暫態(tài)記錄，之后又會自動回到穩(wěn)態(tài)。包括由操作人員手動操作的設(shè)備中，在將達(dá)到或已達(dá)到目標(biāo)值時其工藝系統(tǒng)存在一定滯后或慣性，造成報警觸發(fā)。此類報警信息在工藝系統(tǒng)參數(shù)或設(shè)備在回到正常范圍達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)操作員確認(rèn)報警信息會自行消失。

（2）因自身機(jī)械或電氣問題導(dǎo)致的。如引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等大型重要設(shè)備振動或負(fù)載低限報警，或因外網(wǎng)大幅波動導(dǎo)致的蒸汽超溫超壓報警。此時，操作人員必須及時確認(rèn)并采取有效措施，將設(shè)備異常狀態(tài)或工藝異常參數(shù)控制在合理范圍。否則，及時采取手動停機(jī)措施，將損失降低到最小。

圖1所示是發(fā)生工業(yè)事故后報警信息、操作員操作、生產(chǎn)率對應(yīng)曲線，表明操作人員在工業(yè)生產(chǎn)過程中參與得越多，大概率觸發(fā)報警信息量越大。當(dāng)實時反應(yīng)生產(chǎn)工藝過程的報警大量被觸發(fā)時，也就是發(fā)生事故的時候。

圖1 工業(yè)事故后報警信息、操作員操作及生產(chǎn)率曲線

因此，報警的有效確認(rèn)要減少人為操作。所有不同類型的報警信息確認(rèn)，均應(yīng)在生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中使用信息特征選擇算法，通過軟件系統(tǒng)自動確認(rèn)并觸發(fā)聯(lián)鎖保護(hù)。對于系統(tǒng)自動辨識確需人員介入的報警信息，通過語音或監(jiān)視器給與清晰提示，提醒操作人員關(guān)注并進(jìn)行有效處置。

4.5 報警信息的統(tǒng)計分析

對于龐雜的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)來說，生產(chǎn)運(yùn)行過程中不同的工藝系統(tǒng)會實時產(chǎn)生各類繁雜的報警信息?？山缶畔崟r采集數(shù)據(jù)庫，通過控制系統(tǒng)軟件針對信息特征選擇算法，將報警信息實時采集數(shù)據(jù)庫中各類信息，實時進(jìn)行歸類、篩選、分析、顯示。操作人員或?qū)I(yè)技術(shù)人員通過調(diào)研，從操作過程或?qū)I(yè)技術(shù)角度做出決策，不斷完善報警信息系統(tǒng)。

4.6 報警的閉環(huán)管理

生產(chǎn)過程報警的閉環(huán)管理指報警從設(shè)置到處置、分析全過程管理。如圖2所示。

圖2 報警閉環(huán)管理過程流程圖

以上報警閉環(huán)管理各環(huán)節(jié)的合理、有效執(zhí)行，決定著生產(chǎn)過程報警的最終有效性。其有效性依存關(guān)系是：合理的報警類型和越限設(shè)置，關(guān)系報警觸發(fā)的明晰度和準(zhǔn)確度；明晰和準(zhǔn)確報警觸發(fā)關(guān)系到操作員對報警信息的有效關(guān)注；報警信息被操作員有效關(guān)注后采取及時有效的處置措施；控制系統(tǒng)報警信息實時進(jìn)行分類記錄。管理與維護(hù)人員對生產(chǎn)過程的歷史報警信息進(jìn)行統(tǒng)計與數(shù)據(jù)分析，以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中工藝系統(tǒng)或設(shè)備的異常狀態(tài)，用于指導(dǎo)和提高操作人員操作水平。由此，不斷降低生產(chǎn)過程的報警次數(shù)，使得生產(chǎn)過程處于更加穩(wěn)定、良好的運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)語

隨著國家對嚴(yán)重依賴能源的產(chǎn)業(yè)提出的不斷提高資源高效節(jié)約水平及“碳達(dá)峰，碳中和”要求，發(fā)電廠生產(chǎn)過程正不斷進(jìn)行新工藝改造和新技術(shù)利用。為保證發(fā)電廠日益復(fù)雜的生產(chǎn)過程穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，如何對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量報警信息進(jìn)行有效處理變得日益重要。