楊歌 楊富榮

摘要：隨著電網(wǎng)、發(fā)電企業(yè)市場(chǎng)化改革的推進(jìn)和深化過程中，對(duì)發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性要求越來越高。而DCS控制系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)組的“大腦”，在機(jī)組運(yùn)行過程中起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)也是保證機(jī)組穩(wěn)定的前提。本文根據(jù)棗泉電廠DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程IO故障的現(xiàn)象，分析導(dǎo)致故障的根本原因，最終著眼于遠(yuǎn)程站控制柜電源冗余度不夠及控制柜接地兩個(gè)問題，提出解決控制器遠(yuǎn)程IO故障的方法，同時(shí)為公司控制故障研究提供借鑒，為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障。

關(guān)鍵詞：控制器;故障率;遠(yuǎn)程IO

1 引言

寧夏棗泉發(fā)電有限公司一期2×660MW機(jī)組采用艾默生旗下的Ovation控制系統(tǒng)，BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器是控制輸煤系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備，控制系統(tǒng)主要由主控制系統(tǒng)，煤倉間遠(yuǎn)程站和T1遠(yuǎn)程站組成，BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器從2017年12月雙投至18年6月共7個(gè)月左右時(shí)間內(nèi)，發(fā)生過8次故障，從現(xiàn)象分析來看，發(fā)生遠(yuǎn)程I/O電源失去3次，占比33%，發(fā)生遠(yuǎn)程通訊故障3次，占比33%，發(fā)生遠(yuǎn)程I/O通訊卡故障1次，占比17%，發(fā)生接地等其他問題一次，占比17%，這些故障嚴(yán)重影響了該控制器下設(shè)備的可靠運(yùn)行。本文通過對(duì)BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器遠(yuǎn)程IO故障現(xiàn)象的系統(tǒng)分析與檢查，鎖定導(dǎo)致故障的根本原因，提出并落實(shí)相關(guān)設(shè)備的改造方案，取得了良好的效果，為公司DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程IO故障研究提供范例和借鑒，為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障。

2 系統(tǒng)概況

棗泉電廠兩臺(tái)660MW機(jī)組于2017年12月順利雙投，DCS系統(tǒng)采用上海艾默生的OVATION DCS系統(tǒng)。棗電DCS系統(tǒng)分為四個(gè)部分，分別為#1機(jī)組、#2機(jī)組、公用系統(tǒng)和BOP（輔控）系統(tǒng)，頻繁故障的控制器屬于BOP DCS系統(tǒng)。BOP系統(tǒng)的CTRL12/62機(jī)柜有兩個(gè)遠(yuǎn)程I/O控制柜，每一個(gè)遠(yuǎn)程I/O控制柜配置兩塊遠(yuǎn)程卡，遠(yuǎn)程光纖通訊線路與主柜控制器通訊為對(duì)應(yīng)關(guān)系。

從圖1可以看出，BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器所在的CTRL12/62機(jī)柜有兩個(gè)遠(yuǎn)程I/O，分別為煤倉間遠(yuǎn)程I/O和T1轉(zhuǎn)運(yùn)站遠(yuǎn)程I/O，每一個(gè)遠(yuǎn)程I/O配置兩塊遠(yuǎn)程卡，互為冗余，遠(yuǎn)程光纖通訊線路與主柜控制器通訊為對(duì)應(yīng)關(guān)系。BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器帶著輸煤#1、#2、#6、#7皮帶機(jī)、葉輪給煤機(jī)、斗輪堆取料機(jī)等大量設(shè)備。若該控制器故障可能誘發(fā)設(shè)備誤動(dòng)、拒動(dòng)，甚至有可能發(fā)生設(shè)備損壞、人身傷害等事故，嚴(yán)重降低了設(shè)備可靠性。

3降低控制器故障率主要內(nèi)容

由于環(huán)境因素和現(xiàn)場(chǎng)工藝的原因，在BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器下的兩個(gè)遠(yuǎn)程站，存在電源單路和控制柜接地不符合要求等問題，本文降低Ovation遠(yuǎn)程IO故障率研究關(guān)注點(diǎn)是遠(yuǎn)程柜的電源冗余度不夠與遠(yuǎn)程柜的接地對(duì)于控制器故障的影響[1]。

3.1遠(yuǎn)程柜電源冗余問題

對(duì)于BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器需不間斷電源進(jìn)行供電，此時(shí)，需要考慮控制器電源的容錯(cuò)性，經(jīng)熱工人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，BOP系統(tǒng)12RIO2控制柜只有一路電源，該電源來自同一房間的輸煤PC A段電源柜，該路電源進(jìn)入控制柜后分兩路，一路直接給DCS機(jī)柜主電源模塊供電，另一路經(jīng)小型UPS裝置給DCS機(jī)柜輔助電源模塊供電，一旦該路電源發(fā)生故障，12RIO2控制柜將會(huì)失電，同時(shí)將導(dǎo)致DROP12與DROP62控制器同時(shí)故障。在多次控制器故障處理過程中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Qvation DCS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程柜雙路通訊均故障時(shí)，遠(yuǎn)程柜與本柜通訊信號(hào)將會(huì)出現(xiàn)跳變，通訊恢復(fù)后，跳變的信號(hào)將處于切除掃描的狀態(tài)。由此可見，當(dāng)遠(yuǎn)程柜失電，遠(yuǎn)程柜與本柜雙路通訊同時(shí)故障時(shí)，遠(yuǎn)程柜與本柜的通訊信號(hào)處于不受控狀態(tài)，信號(hào)的跳變可能會(huì)引起事故的發(fā)生，事實(shí)證明，確實(shí)有其他同類型機(jī)組出現(xiàn)過遠(yuǎn)程柜與本柜通訊故障引起的機(jī)組跳閘事故[2]。

3.2遠(yuǎn)程IO控制柜接地問題

Ovation DCS系統(tǒng)接地分為保護(hù)地、屏蔽地和邏輯地，對(duì)接地的要求較高，其中對(duì)DCS接地位置的要求主要有以下幾點(diǎn)：

1、在 Ovation 系統(tǒng)的接地點(diǎn)附近不允許有強(qiáng)電設(shè)備的接地;

2、在 Ovation 系統(tǒng)接地點(diǎn)周圍15 米內(nèi)無防雷設(shè)備的接地;

3、在 Ovation 系統(tǒng)接地點(diǎn)周圍8 米內(nèi)無30KW 以上的高低壓用電設(shè)備的接地;

4、當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無法滿足以上條件時(shí)，防雷保護(hù)地應(yīng)通過避雷器/沖擊波抑制器與公共接地網(wǎng)相連;

5、電焊地切勿與公共接地極及其接地網(wǎng)搭接在一起，二者應(yīng)距離 10 米以上;

6、Ovation 設(shè)備至接地匯流銅排的接地電纜及匯流銅排至全廠接地網(wǎng)的接地電纜要盡可能的短[3]。

若接地系統(tǒng)不合格，接地系統(tǒng)并不能使產(chǎn)生的過載電流很好的導(dǎo)入大地，接地點(diǎn)存在電勢(shì)，可能導(dǎo)致遠(yuǎn)程IO與本柜數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致遠(yuǎn)程IO卡件故障，因此控制柜的接地是否良好，很大程度上影響控制器的正常運(yùn)行。經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)，BOP系統(tǒng)12RIO2控制柜與輸煤系統(tǒng)#1皮帶鋼架保護(hù)地共用接地點(diǎn)，不滿足Ovation DCS系統(tǒng)對(duì)接地位置的要求中“DCS系統(tǒng)接地點(diǎn)附近不允許有強(qiáng)電設(shè)備的接地”

3.3接地方式選擇

從表1可以看出，三種方式都適用于機(jī)柜接地，但專用接地網(wǎng)占地面積大，投資高，電纜及接地網(wǎng)鋼材耗量大，不易在廠房?jī)?nèi)找到合適的位置，管理、維護(hù)、測(cè)量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好。所以，與電氣網(wǎng)公用接地是最好的方法。

4降低控制故障率的具體實(shí)施

4.1對(duì)于遠(yuǎn)程IO控制柜電源的改造

針對(duì)BOP系統(tǒng)12RIO2控制柜單電源長(zhǎng)期運(yùn)行，且發(fā)生故障時(shí)無法保證DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況，經(jīng)過討論決定對(duì)T1轉(zhuǎn)運(yùn)站電子間12RIO2機(jī)柜電源進(jìn)行改造，從T1轉(zhuǎn)運(yùn)站PC電源B段引出一路，與12RIO-2柜內(nèi)原本的一路UPS電源共同為機(jī)柜供電，提高電源可靠性[4]。改造完成后電源切換試驗(yàn)正常，系統(tǒng)報(bào)警正常。兩路電源均失去，UPS可為機(jī)柜保證30min以上電源供應(yīng)。改造結(jié)果滿足《DL T 261-2012火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則 》中有關(guān)分散控制系統(tǒng)電源的要求[5]。

4.2接地改造

經(jīng)過幾次排查確定，我廠輸煤T1轉(zhuǎn)運(yùn)站電子間DCS機(jī)柜接地存在與其他設(shè)備共用接地點(diǎn)的情況，經(jīng)過對(duì)輸煤T1轉(zhuǎn)運(yùn)站電子間DCS機(jī)柜接地點(diǎn)進(jìn)行了更換，取消原接地線，重新使用接地電纜將DCS機(jī)柜引至電子間下方接地房間接地扁鐵，取消該接地扁鐵上所有接地線，將DCS接地線與之可靠連接。更改原來的專用接地網(wǎng)為電子間電氣接地網(wǎng)，很大程度上解決了接地不良，接地?cái)嗬m(xù)等現(xiàn)象。

4.3改造結(jié)果分析

冗余電源改造后，供電正常，在機(jī)組檢修期間，做電源切換試驗(yàn)，切換時(shí)間符合要求，故在正常運(yùn)行中，一路電源發(fā)生故障后，另一路電源可以持續(xù)為控制器進(jìn)行供電。將機(jī)柜接地引入電氣網(wǎng)后，測(cè)量DCS機(jī)柜接地電阻為0.4Ω，滿足要求，控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，未發(fā)生因遠(yuǎn)程站控制器故障而導(dǎo)致BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器故障[6]，從而降低BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器故障故障率發(fā)生。

5結(jié)語

針對(duì)BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器故障發(fā)生，存在著很多“共性”，但是因?yàn)槠洵h(huán)境的特殊性[7]，同時(shí)存在兩個(gè)遠(yuǎn)程站，控制器故障的偶然性，勢(shì)必在檢查過程中出現(xiàn)各種問題。通過與運(yùn)行人員溝通，記錄故障發(fā)生前后運(yùn)行操作對(duì)象，總結(jié)分析每次故障的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)，通過分析確定最終的原因，找到問題的根本，并解決問題?？傊?，此次研究BOP系統(tǒng)DROP12/62控制器故障主要為遠(yuǎn)程站控制電源冗余問題及控制柜接地問題[8]，對(duì)于提出的兩個(gè)問題，深入分析其內(nèi)在聯(lián)系，解決控制器之間的通訊問題，在對(duì)后續(xù)的培訓(xùn)開展提供了一手資料。同時(shí)熱工人員通過對(duì)《降低Ovation遠(yuǎn)程IO故障率》這一課題的處理，總結(jié)出帶遠(yuǎn)程站的控制器故障分析的一般方法，為公司控制器故障研究提供范例和借鑒，為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡鈞宇.發(fā)電廠DCS網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估與防護(hù).浙江電力（期刊），2019.11：109-112

[2]敬澤.DCS控制器的IP地址沖突故障及排除[J].東方電氣評(píng)論，2019，33（02）：26-29

[3]史婭紅. 網(wǎng)絡(luò)攻擊下CPS安全控制與通訊的協(xié)同設(shè)計(jì)研究[D].蘭州理工大學(xué)，2019：90-91

[4]國家能源局.DL T774-2015火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程 北京 中國電力出版社，2016：30-60

[5]國家能源局.DL T261-2012火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則 北京 中國電力出版社，2012：25-30

[6]牛強(qiáng)，張俊龍.DCS控制系統(tǒng)故障的應(yīng)急處理及預(yù)防[J].科技資訊，2019，17（30）：49-50

[7]于劍，余彪.火電廠DCS系統(tǒng)改造項(xiàng)目的過程管理及經(jīng)驗(yàn)[J].安徽電力，2019，36（03）：49-51

[8]李磊.提高火電廠DCS系統(tǒng)安全性措施[J].安全，2018，39（11）：64-65

作者簡(jiǎn)介：

楊歌（1990-），男，寧夏銀川，本科，助理工程師，寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司、寧夏自治區(qū)靈武市寧東鎮(zhèn)能源化工基地靈州綜合工業(yè)園區(qū)A區(qū)棗泉電廠設(shè)備管理部、自動(dòng)化控制，聯(lián)系電話：18309507325，郵箱：495795179@qq.com。

劉巖（1993-），男，吉林長(zhǎng)春，本科，助理工程師，寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司、寧夏自治區(qū)靈武市寧東鎮(zhèn)能源化工基地靈州綜合工業(yè)園區(qū)A區(qū)棗泉電廠設(shè)備管理部、自動(dòng)化控制，聯(lián)系電話：15009619637，郵箱：942386180@qq.com。

趙洪?。?991-），男，吉林松原，本科，助理工程師，寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司、寧夏自治區(qū)靈武市寧東鎮(zhèn)能源化工基地靈州綜合工業(yè)園區(qū)A區(qū)棗泉電廠設(shè)備管理部、自動(dòng)化控制，聯(lián)系電話：18809596373，郵箱：714436255@qq.com。