MW机组DCS控制系统的优化 .docx

精品名师归纳总结125MW机组 DCS把握系统的优化改造闵 浩，蒲晓斌<嘉峪关宏晟电热有限责任公司甘肃 嘉峪关 735100 ）Abstract:ThispaperintroducestheDCS systemconstructedbyModicon KuntengseriesPLC,theproblem incurred in domestic 125 MW set operating. Through seriousanalyzing thealarms in the accidents, found thefinalreasonresulttofrequentaccidentsbyanalyzingtheI/Opointdistribute,thefardistantI/Ocommunications,groundingetc factors probably cause the accidents. Proposed the measuresprevent communication or power of the DCS system lose fromarise false signal and lead to the set incorrectly trip off.摘要 本文介绍了以Modicon 昆腾系列 PLC 为架构组成的 DCS系统作为电厂主控系统，在国产125MW机组应用中显现的问题。通过认真分析事故过程中的显现的报警，针对DCS系统 I/O 点的支配、远程I/O 通讯、接的等方面可能导致事故发生的缘由分析出了导致事故频发的根本缘由。并针对此缘由，提出了防范DCS 系统通讯或电源消逝显现虚假信号而导致机组误跳闸的措施。关键词 DCSI/O 支配 通讯1 前言嘉峪关宏晟电热有限责任公司2× 125MW机组工程是酒泉钢铁 <集团）公司“十五”重点工程，它主要为酒钢新200 万吨铁钢厂供应电力保证，同时为嘉峪关市南市区冬季热网供应热量，属于国家优先进展的热电联产工程。该工程汽轮机为东方汽轮机厂生产的N125-13.24/535/535型双抽 < 一级可调）凝汽式汽轮机，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG/13.7-YM 型超高压自然循环锅炉，发电机为济南发电机制造总厂生产的WX21Z-073LLT型空冷发电机。机组主控 DCS系统接受施耐德集团的Modicon 昆腾系列 PLC 架构的 DCS，接受双机热备配置，通过100Mbps 冗余以太网交换数据，监控软件接受北京国电电研智深公司的EDPF-NT，编程软件接受CONCEPT2.。5 历史站接受数据库治理方式，在Microsoft SQLServer 7.0 的高性能的关系数据库治理系统下运行，并与 Windows NT 有机集成。系统设有两个 VDPU站<虚拟数据处理单元），互为热备，主要完成指定 I O系统的数据采集和过程把握，并留有数据库数据接口。DCS把握系统共有 5 个把握站，其中 C1 站主要包括锅炉给水系统、锅炉排污系统、锅炉制粉系统 <给粉机操作调剂部分除外）、除氧给水系统、压缩氮气系统、电动给水泵本体系统、工业水系统、循环冷却水系统。C2 站主要包括锅炉主蒸汽系统、锅炉再热蒸汽系统、给粉机变频调速、汽机蒸汽系统、汽机凝结水、循环水、疏水系统、 DEH 接口。 C3 站主要包括锅炉风系统、锅炉烟系统、锅炉高炉煤气系统、锅炉焦炉煤气系统、制粉系统 <给粉机启停）、锅炉吹灰系统。 C4 站主要包括汽机本体系统、汽机润滑油系统、汽机把握油系统、 TSI 接口、 DEH 接口、电气单元把握系统。 C5 站主要包括电气公用系统、循环水公用系统，为两台机组公用系统。5站为两台机组公用系统。DCS 把握系统主要完成数据采集处理和生产过程的监视<DAS）、生产过程调剂把握<MCS）、炉膛安全爱惜系统<FSSS）、生产过程开关量规律把握<SCS）、机、炉和谐把握系统<CCS）功能。 1#、2#机组分别于 2002 年 6 月、 12 月投入运行。2 问题的提出机组自投产以来，由于把握系统不稳固导致停机事故频发。每次事故都对酒钢的生产可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结造成了极大的影响。其中与把握系统直接相关的主要有：2004 年 4 月 5 日新 #1 机组事故跳闸，全部给粉机运行信号消逝，机组跳闸。2005 年 3 月份新 2机组三次事故跳闸，两次是送风机运行信号消逝，联停A、B 排粉机，再联跳给粉机机组跳闸。一次是A、B 排粉机跳闸，手动MFT。2006 年 7 月 5 日新 2机组全部给粉机运行信号消逝、送风机排粉机运行信号消逝，机组跳闸。DCS 主控系统是监视、把握机组起停和运行的中枢系统，因此查找出DCS 不稳固的缘由，实行相应的措施使DCS系统稳固牢靠，对于保证机组的安全运行尤为重要。3. 事故时的现象及缘由分析3.1 事故经过及现象下面以 2006 年 7 月 5 日新 #2 机组跳闸事故为例，加以分析。事故前新#2 机组负荷121MW，机组运行稳固，21 时 27 分 38 秒， DCS发“给粉机全停，MFT动作”，机组跳闸。从 DCS报警记录中可以看到，21： 27： 32 秒到 38 秒间的有如下反常：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结从事故报警记录中可以看到：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结32 秒至 33 秒，给粉机运行信号回零，后复原为1。34 秒至 35 秒，给粉机运行信号回零，后复原为1。在 35 秒显现给粉机运行信号回零信号。36 秒至 37 秒，给粉机运行信号未复原，再次显现给粉机全停信号 先为 0，后为 1>。38 秒，给粉机全停，MFT动作。在上述过程中仍伴有如下反常现象：煤气系统吹扫阀、启闭阀、点火器、就的电源柜电源状态全有回零现象全部投用的给粉机运行信号全有回零现象送、引风机运行信号有回零现象送、引风机前后轴承温度信号有回零现象3.2 现场排查及事故分析3.2.1 事故后，询问值长，机组跳闸前操作人员没有进行设备启停或调整的操作，电网没有电压波动，因此排除操作及外部因素导致事故的可能。3.2.2 现场设备信号检查事故后，电气人员检查A、B 送风机电气综合爱惜装置无爱惜动作记录。A、B 送风机电气回路未发出“事故跳闸”信号。A 、B 送风机所在的 6kV 系统 A、 B 段电压正常，无失电迹象和记录，其它设备事故前运行正常。加之A、B 送风机开关分处6kV 系统 A、B 两段，两个开关帮忙接点同时误动的可能性可以排除。因此可以排除现场设备信号导致机组跳闸的缘由。3.2.3 DCS系统检查3.2.3.1 电源远程槽架电源故障或电压波动。本系统接受冗余电源模块供电，一路取自UPS，一路接受厂用电，两路接线均无松动，且电压均在答应范畴内。由于DCS 全部机架均选用这两路供电，但未对其它机架造成影响，因此可以排除。机架底板无明显反常处，可以排除。3.2.3.2 网络通讯线路松动或同轴电缆、机架底板、通讯卡件、分 支 器 、 分 离 器 、 终 端 电 阻故障。经过查验，线路无松动现象，同轴电缆、机架底板、远程分支通讯模块均正常。远程网接受 A 、B冗余网通讯，单路就能保证系统的通讯，线路松动或同轴电缆故障基本可以排除。事故前 A 网始终有故障， B 网正常运行。 6 月 30 日 A 网检查处理过程中也未发觉反常现 象 。 按 厂 家 资 料 所 述 远 程 分 支 双 网 通 讯 ， 单 网 故 障 不 影 响 通 讯 。 但由于远程分支接受一块卡件两个网络接口方式，因此它的故障几率较大，同时不能排除机架底板故障的可能。经过与PLC 厂家技术人员多次现场检查，没有发觉导致此次跳机的直接缘由，但存在如下问题需要处理：<1）接的问题：远程IO 的 T 型接头没有接的。 PLC柜前门没有接的。PLC机架和电源模块接的线串连接的。<2）原配置的电源模块CPS12400,输出电流为8A，一些远程机架的负载率高达90。<3）远程 IO 的通信同轴电缆的长度为2.5m 左右，长度较短。<4）在检查电源过程中，触碰柜内线接时有远程IO 通讯报错的情形 <CRP模块上显现红灯）。此种情形说明远程IO 同轴电缆的接线不是特殊牢靠。同轴电缆的干缆有弯曲半径过小的情形，会导致通讯不正常。3.2.4 事故缘由分析及锁定分析 DCS的历史趋势及事故追忆，可以看出：DCS 系统在21： 27： 28 秒到 35 秒之间，三次显现了转机前后轴承温度低限告警信可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结号，以及 B 送风机运行信号变为零的现象，与当时运行设备状态不符，但随后复原正常。21： 27： 35 秒， A、B 引风机前后轴承温度显示0，给粉机全停 <用于吹扫）为1，这与当时运行的十四台给粉机状态不符。这些信号均来自C3 处理器，均处于 C34 机架，说明输入输出模板信号回零，该站CPU没有对本站的信号进行采集和处理。但随后快速复原正常。21： 27： 36 秒 16 台给粉机跳闸信号发出，21： 27： 38 秒造成全炉膛主燃料丢失动作，锅炉 MFT动作，连锁汽轮机、发电机跳闸。由于上述反常信号全来自C3 把握站 C34 柜 6机架，虽然 6 月 30 日 A 网处理过程中也未发觉反常现象，但经过试验发觉在该机架掉电或通讯故障时均会显现虚假的信号<现场设备运行，而程序中认为未运行）导致锅炉的跳闸。因此导致多次事故的缘由，可以完全锁定就是6远程机架故障， CPU无法收集到该站的信号，产生了虚假信号导致了2006 年 7 月 5 日锅炉 MFT动作。同样查找以前事故记录可以看出，C3 站的 C32 柜内 2机架虚假信号 <送风机运行信号）导致了其它几次机组跳闸。4. 虚假信号的产生及其导致机组跳闸的缘由分析DCS系统产生虚假信号主要有如下缘由：<1）相关信号电缆屏蔽接的不好，有干扰。<2）开关量输入模块板件故障，公用线似接非接。<3）开关量输入模块的24V 电源共用开关瞬时故障或线路似接非接。<4）处理器解算错误。<5）通讯故障，线缆、卡件、终端电阻等瞬时故障或似接非接。<6）机架存在故障总的来说，上述现象会由于施工或设备质量存在问题而存在，但如能严格依据设计及验收规范标准要求，其设计应能达到系统内任一组件发生故障，均不应影响整个系统的工作的才能。同时当把握器输入/ 输出 I/O 通道板及其电源故障时，应可使I/O 处于对系统安全的状态，不显现误动的原就。造成目前现象，主要是由于受设计思想、投资、施工等方面因素的影响。目前显现假信号导致机组跳闸的缘由主要是:电厂使用施耐德PLC 代替专用DCS分散把握系统作为电厂主控系统，设计方案不够成熟。主要表现在：系统设计未严格依据电力规范关于主要辅机信号分开原就进行，系统功能风险分散不够完全因此造成了2005 年 4 月 A、B 送风机运行信号丢失导致机组频繁停机的现象。机组投产后，虽然经过增加三取二规律选择功能改造、增加把握电源数量分散电源改造、重要爱惜点模块级别分散改造，这些工作不同程度上完善了把握系统分散功能。但从后续事故的发生看，重要把握信号点必需实现机架分别甚至达到把握器的分别才能防止由于把握系统故障造成机组误停机。经过试验发觉原先配置下，在C22 柜 2机架 <给粉机输出指令信号）、C31 柜 1机架<给粉机启动信号）、 C32 柜 2机架 <火检信号）、 C34 柜 6机架 <给粉机运行信号、排粉机运行信号）故障时均会显现锅炉MFT，而导致给粉机信号丢失导致MFT，主要是由于I/O 布置太密集，全在相邻的两个模块上。5. 存在问题的解决及误跳机的防范5.1 存在问题的解决<1）接的问题： PLC柜前门接的。远程IO 的 T 型接头接入电气的。PLC 机架和电源模块按图一所示接的。另外对DCS接的体定期浇水爱惜，确保接的电阻在一个小的范畴内。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图一 DCS 的接的<2）更换远程机架的负载率高达90 电源模块CPS12400 为更大电流的电源模块CPS12420。<3）远程 IO 的通信同轴电缆更换为3m以上同轴电缆。<4）远程 IO 的同轴电缆良好连接，防止弯曲半径过小的情形。由于 Modicon PLC 如何判定远程 I/O信号故障的技术并不公开，而且在上述通讯问题解决后也并不能完全保证问题不会再次显现。为此利用检修机会完善柜门接的，电源模块接的、机架接的、电缆等问题整改后，需要从I/O信号分别、程序优化等其它方面做一些针对性的工作，以完全防止DCS系统通讯或电源瞬时消逝时而导致机组误跳闸。5.2 防止 DCS系统通讯或电源消逝而导致机组误跳的措施主要利用 I/O信号分别、程序优化等手段，确保DCS系统通讯或电源消逝时，不会由于虚假信号而造成机组误跳闸。<1）增加送、引风机运行、跳闸信号判定设备的停止状态1机组 C1 站使用一对送风机运行信号运行、跳闸信号来连锁排粉机跳闸。C3 站使用两对运行、跳闸信号来连锁阀门、MFT跳闸。2机组对 C3 站原先送风机运行信号 <正常为 1）三取二判定送风机跳闸，改为送风机停止信号 <正常为 0）三取二判定送风机跳闸，防止C34 远程机架故障运行信号回零造成两台送风机跳闸MFT 动作。对 C3 站原先引风机运行信号<正常为1）三取二判定送风机跳闸，改为引风机停止信号<正常为 0）三取二判定引风机跳闸，防止C34 远程机架故障运行信号回零造成两台引风机跳闸MFT动作。<2）对给粉机运行信号消逝时造成主燃料跳闸规律进行完善：给粉机运行信号丢失与给粉机转速小于250r/min都来时判定给粉机处于停止状态。主燃料MFT 也接受此点来判可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结断。<3）在 C3 站 A、B 排粉机的运行状态判据上增加电流值模拟量<不在 C34 机架上）的数值，通过原三取二的规律后再监控电流模拟量进行采集和处理。排粉机跳闸信号由三个运行信号与排粉机电流小于5A<额定 47A）构成，即：运行信号全部消逝或者电流小于5A时，不会发生排粉机误跳闸信号，不会引起给粉机连锁动作。<4） C32 柜 DROP2号机架火检信号消逝联停给粉机、火检信号消逝联停焦炉煤气煤气快速启闭阀判据中增加火检模拟量信号小于1500 的判据。<5） C2 站把握系统优化改造，将给粉机模拟量输出信号按每个机架最多3 个信号进行支配。<6） C3 站把握系统优化改造，将给粉机启、停的输出把握信号按每个机架最多3 个给粉机进行支配，防止由于机架故障，造成给粉设备不受把握。<7）复原给粉机停止的输出信号，这样不会由于启动信号消逝造成给粉机跳闸。<8）在 DO模块供电回路中，使用保险端子，分散电源风险。6. 终止语在系统实行 I/O信号分别、程序优化的改造后，机组稳固性大大提高，三年运行没有发生由于虚假信号导致机组跳闸的事故。这也使我们熟识到，对于各类分散把握系统，通过技术人员查找梳理不合理的I/O模块把握点及电源支配、本身的通讯等问题导致的跳闸风险，以 DCS 的设计应能达到系统内任一组件发生故障，均不应影响整个系统工作的功能为目标，优化配置及软件功能，是可以杜绝DCS系统故障导致机组误跳闸的。作者简介：闵浩<1974-），工程师， 1996 年东北高校毕业，现主要从事电厂的生产技术工作。参考文献：1ModiconRemote I/O CableSystem Planning andInstallation Guide890 USE 101 00 Version 3.0January 20032Grounding andElectromagnetic Compatibilityof PLC SystemsBasic Principles and MeasuresUser ManualSeptember 20043嘉峪关宏晟电热公司2×125MW 机组集中把握运行规程 M ， 2004.4分散把握系统设计如干技术问题规定电规发1993 103 号5国家电力公司防止电力生产重大事故的二十五项重点要求国电发2000 589 号6防止电力生产重大事故的二十五项重点要求辅导教材M，北京：中国电力出版社， 2002.1<7）北方联合电力有限责任公司.火力发电厂热工自动化系统安全技术指南M ， 北京：中国电力出版社， 2007.可编辑资料 - 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