火电机组DCS系统失电故障安全隐患的调查及研究.pdf

安全与综合 湖 南 电 力 第2 7卷／ 2 0 0 7年第 6 期 火电机组D C S系统失电故障安全隐患的调查及研究 刘复平，刘武林，朱晓星 湖 南省 电力公 司试验研 究院 ，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 摘 要通过深入现场详细调查，掌握 了湖南省内火电机组D C S电源系统及相关设备的 配置现状，对DC S系统失电故障情况下的机组安全隐患进行 了分析和研究，并根据有关 规程及安评的要 求提 出有针对性的建议，对火电机组的技术监督及新机组的设计有重要 的参 考意 义。 关键词 DC S；失电 ；调 查 ；预 防 中图分类号TM6 2 1 文献标识码B 文章编号 1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 0 7 0 6 0 0 2 8 0 3 I nv e s t i g a t i o n a n d r e s e a r c h o f h i dd e n d a n g e r c a u s e d b y DCS po we r f a i l u r e i n po we r u ni t L I U F u p i n g ，LI U W u l i n，Z HU Xi a o x i n g Hu n a n El e c t r i c P o we r Te s t Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ch a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ，C h i n a Ab s t r a c t As i n c r e a s i n g d e v e l o p me n t of a u t o ma t i z a t io n，l a r g e s c a l e p o we r u n i t s d e p e n d mo r e a n d mo r e h e a v i l y o n DCS s y s t e m ． I f i mp r o p e r c o nf i g u r i n g DCS p o we r s u p p l y s y s t e m a n d r e l a t e d e q u i p me n t ， DCS p o we r f a i l u r e mi g ht c a u s e s e v e r e d a ma g e s i n ma i n e q u i p me n t a n d a u x i l i a r y e q u i p me n t ．Th r o u g h de t a i l e d o n s i t e i n v e s t iga t ion，t h e c on f i g u r a t io n s t a t u s o f DCS p o we r s u p p l y a n d r e l a t e d e q u i p me n t s i n Hu n a n t h e r ma l p o we r p l a n t s we r e a n a l y z e d a n d s t u d i e d．S o me p e r t i n e n t a d v i c e s we r e g i v e n a c c o r d i n g t o r e l a t e d r e g u l a t ion s，o f f e r i n g r e f e r e n c e s t o t e c h n i c a l s u p e r v i s i o n a n d d e s i g n o f p o we r u n i t s ． Ke y wo r d s DCS；p o we r f a i l u r e；i nv e s t i g a t i o n；p r e v e n t i o n 1 引 言 近年来， 火电机组 由于D C S系统失电故障引起 非计划停运的事故时有发生 ，有些机组甚至由于电 源系统 以及 与机组 安全 相关 的设 备配 置不合理 ，造 成了设备损坏事故 。 D C S系统失 电故障已成为影响 机组安全可靠运行的一个重要因素。 鉴此 ，湖南省电力试验研究院根据 防止电力 生产重大事故的二十五项重点要求 以下简称 二 十五项重点反措 和 火力发电厂安全性评价的 相关要求 ， 结合部分机组D C S系统失电故障后暴露 出来 的问题 ，对省 内主要火电机组进行 了专项的 D C S系统失电故障预防、处理及安全保证措施的调 查和研究工作 。 主要工作内容分为3 个方面 a ． D C S 及其他主要控制系统的供电原理和 自身电源结构的 情况调查； b ．分析如何从技术和管理措施方面预防 收稿 日期 2 0 0 7 0 8 一 l 5 D C S系统失电； c ．研究在D C S系统失去一路电源、 全部电源、甚至全厂失电的各种情况下，如何保证 机组 及设 备 的安全 。 通过以上工作 ， 掌握了省内火电机组DC S及其 他主要控制系统电源的配置情况 ，分析了发生各种 失电故障情况下的机组安全隐患， 并从UP S电源结 构、D C S系统内部电源配置、操作 台按钮配置、热 工 主保护和 D C S系统的安全可靠性等方面提出了 有针对性 的建议 ，以求减少机组的非计划停运和由 于D C S失电故障引起的设备损坏事故。 2 调查方案 主要采用的调查方案 内容包括 检查UP S系统 设计的供电原理图， 确认UP S系统的工作电源、直 流电源、 旁路电源的来源和切换情况； 检查机组D C S 系统总电源柜的供电原理图，确认当一路电源失去 维普资讯 第2 7卷／ 2 0 0 7年第 6 期 湖 南 电 力 安全与综合 时，另一路的切换原理，并进行切换时间测试；检 查机组D C S系统主控模件柜、I ／ O端子柜的供电原 理图，评价其供电可靠性及其对设备正常运行的影 响程度；确认接地系统对各机柜交、直流供电系统 的影响； 重点了解F S S S系统MF T继电器板和E T S 系统的供电方式，确认在其电源失去或主控模件 含P I C失效 初始化或重启时， 继电器输出接 点的状态； 调查D E H， ME H系统在电源失去时， 主 汽门及各调节汽门伺服阀的输出状态，确认在系统 电源失去时这些重要阀门是否能全关； 调查TS I 、 火 检系统在电源失去时， 送往D E H， E T S ， F S S S系统 的保护接点的状态，并根据设计和运行要求 ，确认 其正确性；了解操作台上停机、 停炉、 停小汽机、 启 润滑油泵等按钮的配置情况 ， 并分析 当D C S全部失 电时，是否能够保证机、炉等安全停运的需求 ；整 理出重要外部阀门和设备在控制电源失去后的状态 清单 ，并分析对机组安全有何影响，重点是各抽汽 电动门、抽汽逆止门、带保位功能的调节门、锅炉 燃油系统、一次风系统、制粉系统等 ；了解DC S系 统和其它保护系统的电源监视、 报警系统的原理图， 要求当部分电源或全部电源失去时，光字牌系统能 立即报警，且光字牌的电源应独立于 D C S系统之 外；组织电厂相关专业人员按照有关规程和反事故 措施 的要 求 ， 分 析现 有的技术 措施 能否在 D C S系统 失去一路电源时， 满足机组正常运行的要求； 当D C S 系统全部电源短暂失去 小于1 s 或长时间失去时， 在D C S系统的主控模件重启或D C S失灵， 通讯网络 中断，运行人员无法通过操作员站对机组进行控制 的情况下 ，能否保证机组安全停机的要求。 3 主要 问题分析 3 ． 1 有不少机组 D C S的电源配置不合理，部分机 组采用单个 UP S提供 2 路 电源的方式供 电 只要是 共用l 根出口馈线就应认为是单个UP S ， 还有部分 老机组采用2台机组UP S互为备用供电的方式 ，当 l台机组UP S检修时，就只有单路 电源了。 3 ． 2 部分机组抽汽逆止门、 燃油跳闸阀等设备采用 双线圈控制 电磁阀，使得一旦系统失电，汽机就存 在超速危险，锅炉也不能完全切除燃料；个别新投 产的机组 ，磨煤机油泵、空预器控制采用长信号控 制，D C S失电后，油泵、空预器会停止运行，可能 损坏重要辅机。 3 ． 3 部分没有D E H的老机组 ，其汽机跳闸系统采 用带电动作设计，又没有采用可靠的电源 如直流 电源和电源回路结构，当控制系统失电时，手动 按钮不能发挥作用，只能到就地打闸停机 。 3 ． 4 部分机组不满足 二十五项重点反措中 “ 操 作员站及少数重要操作按钮的配置应能满足机组各 种工况下的操作要求，特别是 紧急故障处理 的要 求”的规定 ，紧急故障情况的处理手段不完备 ，有 的甚 至还 没有配置 MF T 硬跳 闸板 。 3 ． 5 部分机组 D C S及主要控制、保护系统的电源 监视、报警系统不完善。 4 建 议 4 ． 1 D C S系统供 电电源配置 对UP S电源的工作电源、 旁路电源、 直流电源 均应有失电报警 ，且各电源电压应进入故障录波装 置和D C S系统以供监视； D C S系统应由1 路UP S 、 1 路保安电源进行供电或2 路相互独立的UP S电源进 行供 电。这2路供电电源应分别从机、炉工作段取 ； E T S ， TS I ， 火检等系统应该采用和DC S一样的电源 结构 ；电气专业应对UP S电源定期进行切换试验 ， 工作电源和备用电源的切换时间应小于5 ms 。 4 ． 2 D C S系统 内部电源 配置 D C S系统内部的电源配置，应采用以下 2种方 式a ．2 N方式，即每个模件柜有 2 4 个电源模 件，一半电源模件由主电源供电，一半 电源模件由 副电源供电， 一半电源模件就可以满足系统需要 。 电 源模件输出的直流电源并在一起， 作为I ／ O模件、 主 控制器和现场设备工作电源；b ．2路交流进线电源 互为切换备用 ，切换后的2 路 电源分别提供给一半 的电源模件和主控制器 均冗余配置使用。 这样， 即使电源切换不成功，也至少有一半电源模件和主 控制器能够正常工作，以维持机组正常运行。部分 老DC S系统电源不能互为切换备用 ， 一路电源丧失 时一半的电源模件和控制器停止工作 ，这种电源方 式极不 安全 ，必须改造 。 火检装置、T S I 装置及热工仪表电源柜等均应 由2路不同来源的交流电源供电 可与D C S机柜电 源来源 相 同 ，或采用 经过切换 后的 电源 。 各操作员站和工程师站应采用 2路切换后的电 源， 或者将2路供电电源、 切换后的电源分别向不同 的操作员站供电，以保证 1 路电源丧失时， 至少有1 29 维普资讯 安全与综合 湖 南电 力 第 2 7卷／ 2 0 0 7年第6期 台操作员站可用 。 D I 模件的查询电压建议为十4 8 V D C，以增加 信号的抗干扰能力。 此外 ，还应 该对 D C S及 E T S ， ’ T S I ，火检等 的 任意一路电源状况进行监视；如有条件还 可设 计 DC S电源电压超限、 2 路 电源偏差大、 风扇故障以及 隔离变压器超温等报警信号，以便于及时发现 D C S 电源系统早期故障。 4 ． 3 操作台按钮配置 手动停炉和停机按钮应各配置 2个，每个按钮 提供多对常开 闭触点 ， 两两串 并联输 出，即 只有 2个按钮同时按下 ，手动停炉停机指令才会发 出。 其 中部分触点作为D I 信号进入F S S S ／ E TS系统 组态以触发停炉／ 停机的 “ 软”信号， 部分触点串入 MF T硬跳 闸板／ AS T跳 闸电磁阀的控制 回路中以 实现 “ 硬”停机。 小汽机手动停机按钮和交／ 直流润滑油泵的启 动按钮都是必要的小机的手动停机信号，可以采 用 1路进 D C S参与逻辑运算，1 路串在跳闸电磁阀 的控制回路中， 以保证丧失电源也能够可靠停机 ； 交 ／ 直流润滑油泵的启动按钮， 应直接接到油泵电气的 启动回路中，同时润滑油压力低的信号也应 串在电 气启动回路 。这样一旦发生D C S失电停机，润滑油 泵在没有D C S控制的情况下也能够 自动启动，以保 证汽机的安全 。 4 ． 4热 工主 保护 系统 的配置 对于采用 D C S逻辑做MF T保护的机组 ，应配 置独立 的MF T硬 跳闸板 。 硬跳 闸板 可 以采用 带 电动 作和失电动作设计如果设计成带电动作 ，应使用 由2路不同电源构成的并联回路 ，任意回路动作都 应停炉。电源建议使用 1 路交流2 2 0 V AC，1路直 流1 1 O V D C，2路电源都应有失电报警信号 ；如果 设计成失电动作 ， 则不应使用2 路交流电源 交流电 源切换时可能造成短暂失电 ， 可使用F S S S公用机 柜本身提供 的直流电源 。硬跳闸板的输出信号应不 通过 D C S系统 ，直接接入就地设备的跳闸回路。 E TS系统建议采用失电动作设计。 危急遮断系 统 无论是和E TS系统一体化布置 ，还是和 D E H系 统一体化布置 ，均应将手动停机触点在危急遮断回 路中与逻辑发出的 “ 软”跳闸信号并联。 4 ． 5 其他相关设备的配置 3 O 抽汽逆止门、本体疏水门、燃油跳闸阀等建议 从热工仪表电源柜中取电，并采用单线圈电磁阀失 电动作的设计。机组最好配有空气引导阀，当D C S 系统失电引起汽机跳闸后，抽汽逆止门和本体疏水 气动门的压缩空气将被切断， 抽汽逆止门能够关闭， 本体疏水气动门能够打开，机组能够安全停机。目 前大多机组在本体疏水气动门后还串联了1个电动 门，若该电动门在失电时不能改变状态 ，则根据汽 机防进水保护的要求，在机组正常运行中该电动门 必须 打开 。 受 D C S控制且在停机停炉后不应马上停运 的 设备，如空预器电机、重要辅机的油泵、火检冷却 风机等 ， 必须采用脉冲信号控制，否则当D C S失电 引起停机停炉后，这些设备就可能停运 ，从而可能 损坏重要辅机甚至主设备。 4 ． 6 制定D C S系统失电故障的反事故措施 由于机组设备的复杂性，D C S系统失电的故障 情况有多种 有些可能是部分失去，有些只是短暂 失去 小于 1 s ，有些可能长时间失去甚至全厂失 电。紧急故障情况的处理不仅需要各种技术措施提 供保障，更需要运行人员根据情况灵活处理 。为防 止DC S失电故障处理不当而扩大事故， 需要制定可 靠的D C S系统失电故障的反事故措施， 并经常预演 和不断完善，避免出现事故时惊慌失措 ，造成不必 要 的损失 。 5 结 语 通过对多台新老火电机组现状的广泛调查和分 析研究表明，在D C S系统失电的故障情况下，目前 大多数火电机组均存在或多或少的安全隐患 ，而通 过一系列技术改进措施以及制定可靠的反事故措 施 ， 能够消除隐患 ， 从而更可靠地保障机组的安全。 参 考文 献 [ 1 ]防止电力生产重大事故的二十五项重点要求 [ s ] ．国家电力公 司 ，2 0 0 0 ． [ 2 ]刘俭．火力发电厂安全性评价[ M] ，中国电力 出版社． [ 3 ]王斌．D C S失电处理及事故预案 [ J ] ．华北 电力技术 ， 2 0 0 6 ， 1 2 ． 作者简介 刘 复平 1 9 7 3 一 ，男，湖南长沙人 ，热能动力工程专业 ，工程师 ， 从事发电厂热工自动化技术 的应用研究 。 维普资讯