火电厂分散控制系统故障分析与日常维护.pdf

第 3 1 卷 第 4期 2 0 0 9年 4月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h no l o g y Vo 1 ． 31 No ． 4 Ap r ． 2 0 0 9 火 电厂分散控 制系统故障分析与 日常维护 F a u l t s a n a l y s i s a n d r o u t i n g ma i n t e n a n c e o f DCS s y s t e m i n p o we r p l a n t 潘建祚 P AN J i a n Z U O 中国华电集 团富拉尔基发 电总厂 ， 黑龙江 齐齐哈尔 1 6 1 0 4 1 F u l a e r j i G e n e r a l P o w e r G e n e r a t i o n P l a n t ， C h i n a H u a d i a n C o r p o r a t i o n ， Q i q i h a r 1 6 1 0 4 1 ， C h i n a 摘要 分析了火力发电厂 D C S系统在运行中出现的各种故障， 对热控人 员在 日常维护中应采取的防范措施做 了 详尽的阐述， 希望从中总结出一些有益的经验， 提高 D C S应用水平， 从而提高发电机组的安全性和经济性 关键词 D C S 故障 ； 维护 中图分类号 T P 2 7 7 文献标 志码 A 文章编号 1 6 7 4一t 9 5 1 2 0 0 9 04 0 0 6 3 04 Abs t r a c t Ki n d s o f f a uhs o f DCS s y s t e m p r e s e n t e d i n t he r ma l p o we r pl a n t s o pe r a t i o n wa s a n a l y z e d． P r e c a u t i o na r y me a s u r e s we r e e x p o u n d e d e l a b o r a t e l y f o r c I p e r s o nn e l i n r o u t i n g ma i n t e na n c e ． I t wa s h o pe d t o s um u p s o me r e wa r di n g e x p e r i e n c e s for r a i s i n g DCS a p p l i c a t i o n l e v e l ，t h e r e b y i n c r e a s i n g s a f e t y a n d e c o n o mi c a l e f f i c i e n c y o f po we r g e n e r a t e un i t s ． Ke y wo r ds DCSf a uh；ma i nt e n a n c e 0 弓 l 言 分散控制系统 D C S D i s t r i b u t e d C o n t r o l S y s t e m 又 名集中分散控制系统 简称集散控制系统 ， 是集计算 机技术、 控制技术、 通迅技术、 C R T技术及网络技术为 一 体的综合I生 高技术产品。D C S 通过控制操作站对整 个工艺过程进行集中监视、 操作、 管理， 通过控制站对 工艺过程各部分进行控制， 既不同于常规仪表控制， 也 不同于集中式计算机控制系统， 而是集中了两者的优 点， 克服了它们各 自的不足。D C S以其可靠性 、 灵活 性、 人机界面友好性及通迅的方便性等特点， 日益被广 泛应用。我国自2 0世纪8 0年代中后期以来， 绝大多数 发电企业均采用了各型进 口或国产 D C S ， 为提高电力 生产的安全{生和经济眭提供了保障。 D C S在工业生产过程中的广泛应用， 使可靠性 、 稳定性问题更加突出， 也使人们对整个系统要求越 来越高。虽然 D C S采用先进技术 ， 功能强大， 但在 实际应用中还是存在诸多问题。除了设计 、 安装 、 管 理等方面的因素， 系统在运行 当中还会出现各种各 收稿 日期 2 0 0 81 21 8 样的故障， 其中包括硬件故障、 软件故障、 就地设备 故障以及人为误操作引起的故障等 这就要求发电 企业的热控人员在 日常维护中做好事故预想及防范 措施 。 1 D C S应用现状 D C S在我国火电厂已普遍使用， D C S基本控制 范围能覆 盖主要 的 自动控制系统包括 D A S ， MC S ， S C S ， F S S S等， 部 分 D C S控 制 范 围 包 括 了 D E H ／ ME H， E C S ， E T S等。D C S应用技术 已十分成熟 ， 采 用 D C S实施的热控系统功能也能基本满足机组主、 辅设备的控 制要 求， 但 D C S总体应用水平还不够 高， 未充分发挥 D C S应有的作用。资料显示 ， 由于 D C S 含 D E H 自身故 障造成的机组跳机 占误动跳 机次数近一半。如何规范设计 ， 挖掘其资源 ， 科学 、 合理 、 有效使用以提高其利用率 ， 是 当前 D C S应用 的重要任务。 2 D C S故障点分析 2 ． 1 系统故障 系统故障是影响系统运行 的全局性故障 ， 可分 6 4- 华 电技 术 第 3 1卷- 为固定性故障和偶然性故障。如果系统发生故障后 可重新启动使系统恢复正常 ， 则可认为是偶然性故 障； 相反， 如果系统重新启动后不能恢复正常而需要 更换硬件或软件系统才能恢复， 则认为是固定性故 障。这种故障一般是 由于系统设计不当或系统运行 年 限较长所致 。 2 ． 2 硬件故障 2 ． 2 ． 1 D P U故障 D P U是以微处理器为基础的数据处理单元 ， 出 现的故障主要表现为脱网和初始化 以及双机切换故 障。其 中以初始化最为常见 ， 其原 因主要是主 、 副 D P U之间的下位机文件不 同引起的 D O C芯片版本 不兼容亦会 引起此类故 障 ， 解决的办法是将 主控 D P U的文件拷贝到初始化的 D P U 双机切换正常的 情 况下 并写入 电子盘 。 引起 D P U脱网的原因很多， 如电气元件老化及 散热不 良导致 D O C芯片烧毁 、 主板电容爆浆 ， 板卡 积灰量大引起电气元件短路 ， 通讯端子接触不良等。 另外 ， 随着计算机技 术的发展 ， D P U处理计算 的速 度越来越快， 组态人员容易忽视对 D P U负荷率的限 制要求 ， D P U负荷率过高可能导致 D P U死机 、 D C S 系统失灵等故 障。一般来说 ， D C S用户在最初设计 自己的 D C S配置时是会考虑每个 D P U负荷率的裕 量的， 这时 D P U的负荷率 也是可 以满足使 用要 求 的； 随着 D C S使用时间的逐渐增加 ， 往往会在 D C S 中增加一些控制计算或一些新的控制功能， 而在这 些情况下往往就忽视 了对 D P U负荷率限制的要求。 出现 D P U脱网的情况时可将其重新启动 ， 如无效则 应进一步查明原因， 当出现 电器元件损坏时应及时 维修或更换。 出于安全性和稳定性的考虑， D C S为 D P U做了 双机冗余的配 置， 如果双机无法正常切换 ， 一 旦主 D P U出现故障就会 导致操作失灵甚 至是整个系统 瘫痪 。此类现象主要是 由于通讯故障引起 的， 如通 讯端口接触不 良、 处理器抗干扰能力差 、 网线铺设不 合理 、 处理器负荷率过高等。曾有如下案例 因网线 过长而将其多出的部分盘绕在一起或将网线同动力 电缆一同铺设 ， 对通讯信号产生强干扰引发 D P U无 法正常切换 ， 甚 至出现 主 、 备 D P U抢主控的现象 。 这些都是设计 、 安装不合理造成的。 2 。 2 ． 2 卡件故障 卡件的故障通常可 以通过卡件上 的 L E D灯或 上位机单点状态来判断。其故 障点一般包括 I ／ 0 通道故障、 端子板接线错误 、 卡件跳线错误 、 系统串 入强电烧毁卡件 、 电气元件老化 、 通讯电缆接触不良 等。这其中以 I ／ 0通道故障最为常见。卡件 出现故 障会造成数据无法采集、 操作失灵 、 上位机无法监视 数据变化 、 系统输出不能驱动现场设备 、 数据显示精 度误差大引起误操作等 ， 极易引发重大事故。 若判断为卡件 自身的硬件故障， 则应及时进行 更换。如排除硬件的原 因， 则应判断故障是出现在 D C S系统 内还是在外 围设备上。一般的判断方法是 拆除卡件端子板上故障点通道现场侧接线 ， 检测该 通道是否正常。当然 ， 首先应明确卡件的类型 ， 如模 拟量输入信号 A I 出现故障， 可 以用模拟量信号源 在故障点上加信号， 然后在上位机观察故障点显示 是否正常 ， 从而判断故障点的范围； 而开关量输入信 号 D I 可通过短接故障点通道进行判断 ； 判断模拟 量信号输 出 A O 、 开关量信号输 出 D O 故障可将 测量仪表接人故障点通道 ， 然后通过上位机发出指 令信号 ， 判断输出信号是否正常。 2 ． 2 ． 3电源故障 D C S应有 2路交流电源为其供 电， 一路为 U P S 电源， 另一路为可靠备用 电源。2路交流 电源互 为 冗余 ， 当主电源故障的情况下应能 自动切换 ， 切换速 度应能满足控制系统要求 一般应 5 ms 。供 电系 统最好采用隔离变压器， 使 D C S系统接地点和动力 强电系统接地点独立开来 ， 并应采用 电源低通滤波 器消除电网上的高次谐波。 电源故障多数情况下是由线路问题所导致 的， 如电源线阻抗增大 、 绝缘层 不好 ， 线路负荷不匹配 ， 电压波动幅度超限 ， 电源线虚接 ， U P S供电技术指标 超过规定要求等。一旦出现失电的情况， 将会导致 系统局部或整体瘫痪 ， 后果不堪设想。所以， D C S应 为每套子系统 包括关 系密切 的辅助 系统 单独配 备电源切换箱 ， 并做好失 电报警 不止要做好总电 源的失电报警 ， 各分路电源也要做失 电报警 。对 单一电源故障， 可切除进线电源后进行检查 ； 对于切 除电源故障， 只能在观察 、 测量找到故 障点后 ， 制订 切实可行的安全措施后方可进行处理 。 2 ． 2 ． 4 接地系统故障 电厂环境下干扰源很多 ， 这就要求 D C S要有很 强 的抗干扰能力。不 同型式的 D C S对接地 的要求 不同， 但归根结底是满足“ 一点接地” 的要求 。整个 接地系统最终只能有一点接在地网上， 并满足接地 电阻的要求。 接地系统故障会引起 D C S输入／ 输 出量 出现多 个数据不稳定 ， 设备状态失常 ， 造成误动。此时应测 第4期 潘建祚 火电厂分散控制系统故障分析与 日常维护 ‘ 6 5 量各机柜系统的接地 电阻， 判断接地 系统是否出现 故障并及时进行处理。 2 ． 2 ． 5 工业机故障 工业机是 D C S进行数据处理 、 操作 的终端， 是 人机交互的平台， 所有的数据最终汇总到这里 ， 经过 处理再发送出去。工业机常见的故 障是死机 ， 也会 出现硬件损坏导致系统瘫痪的情况， 但是比较少见。 工业机死机的主要原因是硬件配置 的计算能力不 足。在 D C S中， 工业机 的更新换代是 比较缓慢的， 有些单位甚至从未考虑过工业机的升级。随着系统 的不断完善和发展 ， 工业机的数据吞吐量在 日益增 大 ， 而原有的计算能力是一定的， 失去平衡后系统势 必会出现故障； 另外 ， 散热不 良也是导致工业机死机 的原因之一。通常遇到死机的情况可以通过机器的 重新启动 热启动 解决 问题。但治本的方法是保 持工业机一定的计算裕量。在工业机的使用过程中 还应注意病毒的防范， 一旦系统染毒 ， 后果往往是毁 灭 性 的 2 ． 2 ． 6 通讯 端 口 随着网络和通讯技术的发展 ， 以及现场生产 的需 要， D C S与其他系统 如 M I S系统 会越来越多地进 行数据通讯。在这种情况下就应该注意避免系统之 间的数据冲突， 规划好网络的带宽， 确保数据的通畅 避免接口通讯中错误的刷新、 覆盖， 同时还应尽量避 免机组运行中的通讯程序修改维护 、 通讯代码传递 2 ． 2 ． 7 散热 D C S系统的数据处理都是通过 D P U、 卡件以及 通讯端口完成 的。各 个子系统都有 自己独立 的机 柜 ， 而每套 D C S的机柜都有一个独立的电子间。这 样 ， 除了电磁干扰外， 散热就成了另一个影响系统安 全 、 稳定运行的隐患。对温度敏感是电子元件固有 的特质， 温度过高会极大地影响电子元件 的稳定运 行， 甚至会导致电子元件的烧毁。根据技术规程的 规定 ， D C S运行的环境温度一般要求在 1 5～3 O c 【 ， 环境相对湿度在 1 0 ％ 一9 0 ％。这就要求 D C S系统 必须有 良好的通风散热系统。一般的解决办法是加 装空调系统 ， 而空调 系统又分为中央空调和分体式 空调。有些单位出于成本考虑为 D C S装配 了分体 式空调， 但分体式空调的故障率很高 尤其是在 2 4 h 不间断运行的条件下 ， 这就要求检修人员加强维 护。另外 ， D C S加装温度报警也是非常必要的。 2 ． 3 软件故障 软件故 障又分为系统软件故障和应用软件故 障。系统软件是 D C S所带来的， 如设 计考虑不周 ， 在执行中一旦条件满 足就会引发故障 ， 造成通讯故 障或死机等现象 。系统软件故障并不常见， 多是由 于设计不合理或人为的误操作引起的。应用软件是 用户 自己编定的， 在实际应用中， 由于应用软件工作 复杂 、 工作量大， 出现错误是难以避免的， 这就要求 热控人员在系统调试 和 日常维护当中应认真观察 ， 及时发现及时解决。 2 ． 4现场设备 故障 D C S的数据采集和指令的发出最终都是通过就 地的仪表设备完成的。这些设备包括各种温度测量 元件 、 压力控制器 、 变送器 、 传感器 、 开关和执行机构 等。这些设备受周边运行环境 、 运行工况和一些人 为的因素影响而出现故障 ， 将直接影响 D C S的控制 功能及操作人员对工艺参数的监视， 从而给操作带 来困难。这类故障 比较直观， 在判断和处理上也相 对容易， 但要确保及时性和准确性。 3 日常维护 D C S是一个庞大而复杂的系统 ， 尽管它有着技 术上的先进性 ， 但有很 多方面仍需完善。面对各种 各样的故障时， 正确 的分析 和判断是非常重要的。 故障的诊断需要掌握 全面的知识和经验的积累， 处 理故障时应首先判断出故障的范 围、 类型、 起 因， 然 后对 症进 行处 理。常用 的故 障判 断方法 有 以下 5种 。 1 直接判断法。根据故 障现象、 范 围、 特点 以 及故障发生的记录直接判断故障产生的原因和部位。 2 分段查找法。当故 障范 围及原因不明时， 可对故障相关的部件 、 线路分段 ， 逐段进行排查。 3 隔离法。将某些设备或线路断开 ， 观察故 障的变化情况 ， 再判断故障的原因。 4 替换对 比法。对怀疑有故障的部件， 用备 件进行替换， 观察替换前后的情况， 然后进行判断。 5 外部检查法。对一些有明显外部特征的故 障， 通过外部检查， 判断故障的部位。 现场的故障是千变万化的， 与其亡羊补牢 ， 不如 未雨绸缪。从事故的源头人手 ， 加强 日常维护 ， 做好 事故的处理预案才能更好地阻止事故的发生。日常 工作中应做好以下 7个方面的工作。 1 全面掌握 D C S的工作原理， 熟记维护规程 和技术规程。 2 认真做好 日常的巡视工作。 3 做好重大系统和设备 的定期试验， 并做好 试验数据的记录工作 6 6 华 电技 术 第 3 1卷 4 D C S的数据库要定期备份。 5 热工保护 的投切应严格执行工作票制度 ， 检修某运行设备时， 要采取隔离措施 ， 以防发生相关 设备的连锁反应。 6 定期做好测量仪表 的校验 ， 确保数据采集 的准确性。 7 严格执行重大设备 的定期轮换制 ， 确保设 备的长周期稳定运行。 4 结束语 D C S在我国火电厂的普遍应用使机组的 自动化 上接 第 4 6页 4 2 9恒力弹簧吊架更换弹簧， 型号为 5 8 H一 3 7 C 1 0 2 一 6 8 ／ 1 4 5 8 0一M3 6 ， 修改 后热态 z向荷载 减小了 6 8 4 5 N， Z向位移减小 1 2 3 m m。 5 再热汽阀处恒力弹簧 吊架更换恒力 弹簧， 型号为 8 0 V一5 8 F 8 9 1 2 ／ 7 1 2 0 0 ， 修改后荷载增大 2 74 0 0N。 6 6 z向阻尼 器 吊架更 换 阻尼器 ， 型号 为 Z N 1 2 AC 1 2 5 X 3 0 0一a ， 修改后热态 z向位移增大 9 6mm。 7 7 z向阻尼 器 吊架 更换 阻 尼器 ， 型号 为 Z N 1 2 AC 1 6 0 X 1 5 0一a ， 修 改后热态 z向位移增 大 t 2 2mm。 5 ． 5 调整承载异常的弹簧支吊架 1 2 2恒力弹簧双 吊架改 z向限位 ， 限位间距 为 2 0 0m m。 2 5 向阻尼器 吊架， 将原 吊架 吊杆缩 短 5 0 m m， 即增大 5 0m m初始位移值 ， 修改后 z向位移增 大 6 8 h i m。 5 ． 6 支吊架调整安装过程中的质量保证措施 1 安装时， 注意按设计值对 支吊架进行正确 偏装。 2 弹簧支 吊架安装 时， 通过调整拉 杆使锁定 销轴能手动拔除 ， 不能用火焊强制吹除。 3 弹簧 吊架锁定销轴拔除后 ， 如位移指针发 生变动 ， 应 通过调节 拉杆调 整其位移 指针 至设计 水平明显提高 ， 但 D C S本身也需 要不 断完善和发 展 ， 对 D C S的故障分析和处理水平的要求也越来越 高。这就要求热控人员要全 面掌握 D C S系统知识 ， 更要理论联系实际 ， 在生产实际中灵活应用 ， 进一步 提高 D C S的安 全可靠性 ， 改善 D C S的 自动控制效 果 ， 确保电力生产的安全稳定。 编 辑 刘芳 作者简介 潘建祚 1 9 7 6 一 ， 男 ， 黑龙江哈尔滨 人 ， 中国华 电集 团富拉尔基 发电总厂工程 师， 从事热工过程 自动化方面的工作 。 位 置 。 进行上述各项优化调整措施后 ， 管道运行时， 支 吊架处于正常的设计工作状态 ， 管道应力均衡 ， 符合 管系的冷 、 热荷载分布和热膨胀设计要求 。 6 结束语 通过对华能瑞金电厂再热蒸汽热段管道支 吊架 进行优化调整 ， 再热热段各支吊架运行状态 良好 ， 满 足汽机、 锅炉对接 口推力的限制要求 ， 消除了中联 门 变形 的安全隐患 ， 确保了机组安全稳定运行 。 参 考 文献 [ 1 ] S D G J 6 -2 o 0 6 ， 火力发电厂 汽水管 道应力计 算技术 规定 [ S ] 。 [ 2 ] D IMT 5 3 6 6 --2 0 0 6， 火力发 电厂汽水管道应力计算技术 规程[ s ] ． [ 3 ] 周林 ， 林一文． 汉川 电厂 1 机 组汽 水管 道支 吊架状 态检 验与调整[ J ] ． 湖北 电力 ， 2 0 0 6 ， 3 0 5 2 7 2 8 ． [ 4 ] D L ／ T 6 1 6 --2 0 0 6 ， 火力发 电厂汽水 管道 与支 吊架 维修调 整导则 [ S ] ． [ 5 ] D L ／ T 5 0 5 4 --1 9 9 6 ， 火 力发 电厂汽 水 管道 设计 技 术规 定 [ s ] ． 编辑 王 书平 作者简介 温志华 1 9 7 8 一 ， 男 ， 江西 于都人 ， 华能瑞 金电厂 工程师 ， 从事 锅炉设 备检修方面的工作 。