火电厂DCS分散控制系统的故障及预防分析

学术论文 2018-04-16 11:21:51
    1 工程实例
    某火电厂装机容量是4×300MW机组,自2012年-2014年间4个机组的DCS控制系统相继改造为上海新华控制技术(集团)有限公司设计生产的XDC800分散控制系统。以单台机组为例,其有一工程师控制室,配置一台工程师站(ENG51),一个历史站(HSU52),一个通信站(COM54),一台OPC站(OPC53),机组中央集控室配备5个操作站(OPU41~45),一台单元长操作台(DYZ47)。现场电子间配备网络柜、控制柜、电源柜,其中23个控制柜,装配23对XCU主副控制器(包括:XCU01/21~XCU20/40,两个远程数据传输站XCU61/81、XCU62/82及脱硝控制柜XCU71/91)。
    2 火电厂DCS控制系统主要故障分析
    2.1 网络通信故障
    (1)实时数据网络故障
    ①网路全部瘫痪,即所有HMI操作无响应或响应延迟大,画面数据不刷新或刷新很慢,实时数据显示为坏点,全部控制设备无法监控;在系统自检画面中显示所有HMI、XCU网线连接为虚线,显示脱双网。该故障原因一般为交换机电源失去、交换机故障、多处网线连接故障或系统数据量过大造成网络堵塞所致。故障后果为机组所有或大部分设备失去监控,各控制器之间无法通信,可能引发设备损坏、机组跳闸的严重后果。
    ②实时数据网单网运行,即A网或B网单独运行,机组正常运行。故障原因是部分交换机电源失去、部分交换机故障或网线连接故障。但DCS控制任能正常运作,运行人员亦可对机组进行正常监控,若另一网络故障,将引起DCS全网瘫痪。
    ③实时数据网络局部故障,即部分HMI、XCU脱网,离线的HMI、XCU电源正常,XCU运行指示灯显示正常,HMI亦未死机。故障原因为部分网络接口故障、部分交换机电源失去、部分交换机故障或网线连接故障。故障可能造成部分HMI失去监控功能,离线的XCU控制器所控设备失去监控,可能引发设备损坏、机组跳闸发生。
    (2)I/O网络故障
    即某XCU模件故障(I/O站一个或多个离线)。其故障原因一般为:I/O网络交换机电源失去、I/O网络交换机故障或通信模件XCC-NET故障,I/O网线接头松动或损坏。故障所致I/O站模件所属设备失去监控,重要的I/O故障可能引起机组跳闸。
    实例分析:由于该厂实际情况需将#3、#4机组集控室合并,#3机组的集控室及工程师室要搬至#4机组集控室及工程师室,因#3机组电子间距离合并后的集控室较远,直线距离超过100m,加上走桥架拐弯,实际不能采用网线连接,为可靠期间,DCS改造中采用4芯多模光纤把#3电子间网络柜NOO与#3工程师站、操作员站连接起来,在#3、4工程师站单独安装一面机柜,命名为COO网络柜,柜内安装两台24口A、B网DLINK交换机,一台16口DLINKC网交换机,光端机、光端盒等,网络拓扑结构为总线结构。#3电子间的XCU控制器的A、B网进NOO柜网络柜,操作员站、工程师站、单元长台的A、B网进COO网络柜。
    2016年11月22日23:30#3机组DCS工程师站、操作员站流程图画面数据闪烁,时而正常显示,时而呈紫色坏点状,且运行人员无法进行正常操作,机组摸黑运行近20分钟,后又自行恢复正常。热工技术人员发现电气UPS电源电压异常波动致光纤发送器数据传输中断,电源正常后,画面显示及操作均正常。此次事故暴露了一个问题:即由于#3机工程师室,集控室的移位,NOO网络柜与COO网络柜之间采用光纤发送数据,但未设置冗余,该光纤发送器由于电源电压不间断故障,致使其不能正常工作从而引起数据传输的中断,给运行人员的监视及操作造成茫然恐慌,UPS电源恢复正常后DCS系统正常。
    2.2 HMI站故障
    (1) 操作员站部分失去,即一个或几个操作员站CRT黑屏,一个或几个操作员站虽有过程画面显示,但无数据刷新、操作无响应,仍有部分操作员站正常工作。故障原因一般为:部分操作员站电源失去、操作员站死机、CRT显示器坏、相关网络交换机失电或故障。故障造成运行人员监控设备减少,影响监控。
    (2) 操作员站全部失去,即所有HMI站CRT黑屏,无过程画面或虽有画面,但数据不刷新,操作无响应。故障原因:操作员站电源失去,操作员站故障,DCS电源失去。此时运行人员无法通过DCS画面监控,若DCS电源失去则机组跳闸。
    2.3 控制器故障
    (1) 互为冗余的主副控制故障,即自检画面显示控制器网络连接为虚线,脱双网,控制器所涉及的实时数据为坏点,设备无法操作控制。故障原因为:控制器双路DC24V电源均失去,主副控制器都故障,控制器网络故障。故障造成控制器所涉及的设备无法操作,测点参数无法显示,重要控制器故障也可造成机组跳闸。
    (2) 单侧控制器故障,即冗余的控制器其中之一故障,另一个仍在正常工作。这对机组运行不影响,致使所控制得设备监控失去冗余功能,存在隐患。
    2.4 电源故障
    (1) DCS电源双路失去,即DCS系统全部失电,系统无法工作,对机组失去控制,造成锅炉MFT、汽轮机跳闸、发电机解列。
    (2) DCS電源单路失去,即DCS系统双路冗余电源失去,一般原因为UPS电源或保安电源失电 ,此时机组尚能正常运行,如若处理不当,亦可造成DCS电源全部失去。
    (3) 控制柜电源失去,即某控制柜分电源开关跳闸;交流电源切换箱故障;控制器直流电源模件故障。故障造成控制器所涉及的设备无法操作,测点参数无法显示,重要控制器故障也可造成机组跳闸。
    3 DCS系统故障的预防及可靠性的技术措施
    (l)对DCS设备和检修维护实行全过程管理,尽早发现缺陷并及时处理。完善DCS自诊断和故障报警功能,对DCS运行状况的实时监控:需要监视主副控制器的状态,监视主副主控制器网络的状态,监视各控制站冗余的CC-NET通信模件的工作状态,对各控制器及网络的负荷率进行监视,冗余的电源模件的工作状态。在日常工作中,应切实加强电源输出稳定性的检查,预防由于电压不稳定导致的问题,而且需要加强对其的经常性维护。
    (2)当DCS装置发生故障,需用备件更换时,使用前必须对备件进行功能测试,外观进行检查,以防患于未然。
    (3)对电子间的环境温度、湿度进行监测,掌握维持电子间环境温度、湿度在DCS系统的正常工作范围内。
    (4)UPS电源防范措施:定期用红外线测温仪测量关键接线端子的温度,做好技术档案记录,注意温升;用万用表测量两路电源电压值,做好记录,注意电压波动;利用大、小修停机期间做电源切换试验。切换是否正常,切换时间间隔是否符合技术规范;电厂是一个高电压、大电流、强磁场干扰的环境,必须进行计算机接地系统的检查。
    (5)制订DCS应急预案和典型故障处理方案,防止因处理不当引起的DCS故障。
    结语
    本文主要结合某火电厂的实践,对其DCS控制系统可能出现的故障进行分析预想,并就如何防范这些故障,提出了相应的预防措施,有效地确保了其运行的安全性和稳定性,避免故障出现的同时确保电厂的运行效率得到提升。
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