張永強(qiáng)，隋兆全，鄭繼新，朱小青

（1.金川集團(tuán)熱電有限公司，甘肅金昌 737100；2.金川集團(tuán)二礦區(qū)，甘肅金昌 737100）

發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)多采用分散控制系統(tǒng)（DCS）。發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程報(bào)警是指生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中對(duì)機(jī)、爐、電等工藝生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備異常狀態(tài)或操作事件的觸發(fā)和記錄。控制系統(tǒng)報(bào)警信息一般分為兩大類：①系統(tǒng)信息報(bào)警。該類報(bào)警是對(duì)DCS 系統(tǒng)處理單元、通信網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備、操作員站進(jìn)行在線狀態(tài)診斷，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)發(fā)出的報(bào)警。②生產(chǎn)過(guò)程報(bào)警。此類報(bào)警是生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)過(guò)程變量（工藝參數(shù)）異常情況的報(bào)警，如設(shè)備狀態(tài)反轉(zhuǎn)、參數(shù)超限、控制輸出越限等。

1 報(bào)警處置是否有效評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）在生產(chǎn)工藝過(guò)程波動(dòng)時(shí)是否清楚提醒操作人員做出正確操作。

（2）是否減少了因生產(chǎn)工藝過(guò)程故障而導(dǎo)致的停產(chǎn)。

（3）在生產(chǎn)工藝過(guò)程波動(dòng)時(shí)，大量報(bào)警信息是否導(dǎo)致控制系統(tǒng)超載。

（4）是否實(shí)時(shí)幫助操作員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

（5）是否識(shí)別出非真實(shí)報(bào)警并進(jìn)行篩分處理。

（6）能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)際需要維護(hù)的故障。

（7）是否有效分析出在生產(chǎn)工藝過(guò)程、控制和操作方面需要改進(jìn)的地方。

2 發(fā)電廠報(bào)警設(shè)計(jì)

廣義的報(bào)警定義，指的是控制系統(tǒng)自身報(bào)警和生產(chǎn)過(guò)程報(bào)警。狹義的報(bào)警定義，指的是具體行業(yè)生產(chǎn)工藝過(guò)程的報(bào)警。具體到發(fā)電廠生產(chǎn)工藝過(guò)程報(bào)警，涉及從燃料入廠到將發(fā)電輸送到電網(wǎng)的整個(gè)過(guò)程的異常報(bào)警。按生產(chǎn)工藝先后為：輸煤、鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓、配電等。其中每一個(gè)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)根據(jù)其配置的設(shè)備和輸出的不同，具有其自身的報(bào)警設(shè)計(jì)特點(diǎn)。如輸煤系統(tǒng)多以設(shè)備順序啟動(dòng)、皮帶跑偏、堵煤等設(shè)備或裝置數(shù)字量信息報(bào)警設(shè)計(jì)為主；鍋爐、汽輪機(jī)系統(tǒng)以爐膛負(fù)壓、蒸汽溫度及壓力、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)等工藝過(guò)程或設(shè)備模擬量信息綜合報(bào)警設(shè)計(jì)為主；發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、斷路器、變壓器、輸電線路等電氣系統(tǒng)以電壓、電流、過(guò)流保護(hù)、總差保護(hù)等電氣量信號(hào)報(bào)警設(shè)計(jì)為主。

3 生產(chǎn)過(guò)程報(bào)警存在的問(wèn)題

3.1 報(bào)警顯示問(wèn)題

某發(fā)電廠不同工藝系統(tǒng)的報(bào)警，組態(tài)于同一個(gè)報(bào)警畫面且不分報(bào)警優(yōu)先級(jí)及顏色設(shè)置。當(dāng)機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生鍋爐、汽輪機(jī)、電氣系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)和設(shè)備異常，報(bào)警畫面顯示各個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警信息雜亂無(wú)章。如：同一報(bào)警頁(yè)面顯示汽輪機(jī)系統(tǒng)報(bào)警信息的同時(shí)，顯示鍋爐或電氣系統(tǒng)報(bào)警信息。給不同專業(yè)操作人員對(duì)重要報(bào)警信息判斷與處置造成極大的麻煩。

3.2 報(bào)警噪聲問(wèn)題

報(bào)警噪聲的產(chǎn)生是指因檢測(cè)信號(hào)自身異?；蛞蚓C合報(bào)警設(shè)置不當(dāng)?shù)?，?dǎo)致的系統(tǒng)或設(shè)備報(bào)警信息的誤報(bào)或聲、光、報(bào)文等報(bào)警信息重復(fù)觸發(fā)。如，某電廠引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中因軸承溫度或振動(dòng)探頭安裝不牢靠，產(chǎn)生松動(dòng)而導(dǎo)致檢測(cè)值頻繁越限等；110 kV 斷路器綜合報(bào)警信息頁(yè)面同時(shí)顯示“斷路器跳位”“斷路器合位”“母線電壓失壓”“母線電壓未失壓”“磨煤機(jī)事故跳閘”光子牌亮等報(bào)警信息，但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處于正常停運(yùn)狀態(tài)，為正常狀態(tài)顯示。此類綜合報(bào)警始終處于聲、光報(bào)警觸發(fā)狀態(tài)而無(wú)法消除。報(bào)警噪聲對(duì)操作人員是一個(gè)干擾，這樣的報(bào)警噪聲多了，將嚴(yán)重分散操作人員專注力，并影響正常操作。

3.3 報(bào)警泛濫問(wèn)題

報(bào)警泛濫指報(bào)警設(shè)置過(guò)于繁雜或設(shè)限范圍較小，導(dǎo)致大量不需要操作人員響應(yīng)的報(bào)警被觸發(fā)。包括：因維護(hù)問(wèn)題過(guò)程中造成越限報(bào)警；系統(tǒng)因波動(dòng)或擾動(dòng)等不正常狀態(tài)時(shí)發(fā)生偏離正常范圍的報(bào)警；操作員采取措施后仍然消除不掉的報(bào)警；短時(shí)間單一事件觸發(fā)的大量重復(fù)報(bào)警等。報(bào)警的泛濫導(dǎo)致操作人員產(chǎn)生響應(yīng)疲勞，不斷疊加安全隱患。

3.4 報(bào)警確認(rèn)問(wèn)題

目前大多控制系統(tǒng)因報(bào)警設(shè)置過(guò)多、過(guò)繁、不合理等問(wèn)題，一個(gè)運(yùn)行值下來(lái)要觸發(fā)數(shù)以千計(jì)的報(bào)警信息。操作人員每天面對(duì)各類繁雜的重要的、不重要的聲、光、報(bào)文等報(bào)警信息，嚴(yán)重影響其正常判斷與操作。久而久之，操作人員形成或關(guān)閉報(bào)警音響，或視而不見(jiàn)，或隨手確認(rèn)的習(xí)慣。由此，錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵報(bào)警信息處置而導(dǎo)致工藝系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生事故。

3.5 報(bào)警處置執(zhí)行力問(wèn)題

操作人員對(duì)報(bào)警觸發(fā)的根源以及應(yīng)采取的措施不清楚。生產(chǎn)過(guò)程中工藝系統(tǒng)或設(shè)備觸發(fā)報(bào)警后，未采取及時(shí)有效的措施。往往一個(gè)報(bào)警觸發(fā)后，操作人員缺乏處置執(zhí)行力，造成工藝系統(tǒng)或設(shè)備報(bào)警后狀態(tài)不斷惡化，最終造成事故發(fā)生。如引風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制狀態(tài)下，因爐膛燃燒擾動(dòng)導(dǎo)致負(fù)壓劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致其軸承溫度或振動(dòng)異常爬升趨近報(bào)警值時(shí)，操作人員應(yīng)及時(shí)采取自動(dòng)切手動(dòng)控制措施，再對(duì)風(fēng)煤比進(jìn)行細(xì)調(diào)等措施。

4 報(bào)警的有效處置

4.1 報(bào)警的科學(xué)設(shè)置和觸發(fā)

科學(xué)的報(bào)警設(shè)置和觸發(fā)，包括報(bào)警限值及報(bào)警聲光、顏色、優(yōu)先級(jí)等。

生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)或設(shè)備報(bào)警限值主要依據(jù)廠家設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造參數(shù)來(lái)設(shè)定，可設(shè)置低低報(bào)、低報(bào)；高報(bào)、高高報(bào)等，具體根據(jù)設(shè)備實(shí)際負(fù)荷變化范圍、材料或工質(zhì)的化學(xué)和物理特性及其變化速率等。如，設(shè)備的振動(dòng)與溫度、轉(zhuǎn)速變化關(guān)系；蒸汽壓力與溫度的變化關(guān)系等。

報(bào)警聲光、顏色、優(yōu)先級(jí)，主要根據(jù)參與生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)或設(shè)備的重要性，和發(fā)生異常后的緊急性進(jìn)行設(shè)置與觸發(fā)。對(duì)于重要且緊急的優(yōu)先級(jí)最高，聲光同時(shí)觸發(fā)，且聲音急促、顏色醒目；對(duì)于重要而不緊急的，可只觸發(fā)聲音；對(duì)于不重要而不緊急的，可只觸發(fā)光字牌等。如鍋爐主蒸汽壓力和溫度變化，關(guān)系到汽輪機(jī)的做功效率；引風(fēng)機(jī)及送風(fēng)機(jī)的軸承溫度與振動(dòng)變化關(guān)系到鍋爐負(fù)荷的穩(wěn)定調(diào)整等，屬于重要且緊急的報(bào)警。

4.2 報(bào)警噪聲的有效抑制

報(bào)警噪聲的抑制：①提高生產(chǎn)過(guò)程中各工藝系統(tǒng)和設(shè)備檢測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性?？刹扇≡O(shè)置報(bào)警死區(qū)、小信號(hào)消除、濾波等技術(shù)，或引進(jìn)高性能、抗干擾性高的檢測(cè)元器件，并保證檢修質(zhì)量。②利用同類歸并、異類分拆、與或邏輯判斷、準(zhǔn)確定義等技術(shù)手段，合理、科學(xué)設(shè)置綜合類報(bào)警及單類報(bào)警，以減少無(wú)效噪聲。

4.3 報(bào)警的有效響應(yīng)

工藝系統(tǒng)設(shè)備或參數(shù)運(yùn)行過(guò)程中的異常報(bào)警響應(yīng)分為：控制系統(tǒng)響應(yīng)和操作人員響應(yīng)。報(bào)警的有效響應(yīng)，指控制系統(tǒng)和操作人員在接收到異常報(bào)警信息后采取及時(shí)、科學(xué)的處理措施，以保證工藝系統(tǒng)設(shè)備或參數(shù)運(yùn)行在安全、規(guī)定范圍。

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和算法是否強(qiáng)大，以及控制系統(tǒng)硬件性能是否先進(jìn)，決定著其實(shí)時(shí)進(jìn)行自我診斷和報(bào)警信息報(bào)文顯示的有效性和及時(shí)性。良好的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和算法，加上高性能硬件，可以第一時(shí)間做到對(duì)自身電源系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)軟件及硬件運(yùn)行狀態(tài)、操作事件、報(bào)警信息的準(zhǔn)確捕獲，并及時(shí)友好地提醒維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)。合理的報(bào)警設(shè)置和報(bào)警有效管理是操作人員（具備必須的技能水平和業(yè)務(wù)素養(yǎng)）有效響應(yīng)的基礎(chǔ)。

4.4 報(bào)警的有效確認(rèn)

發(fā)電廠各工藝系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)溫度、壓力、振動(dòng)、電流等過(guò)程參數(shù)異常越限。崗位操作人員在生產(chǎn)操作過(guò)程中，每天要面對(duì)大量的報(bào)警信息需要確認(rèn)。

（1）操作過(guò)程導(dǎo)致的報(bào)警信息的確認(rèn)。目前發(fā)電廠控制系統(tǒng)基本都實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，大多數(shù)報(bào)警信息是反應(yīng)某一工藝系統(tǒng)或設(shè)備因微小外擾和內(nèi)擾造成的暫態(tài)記錄，之后又會(huì)自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)。包括由操作人員手動(dòng)操作的設(shè)備中，在將達(dá)到或已達(dá)到目標(biāo)值時(shí)其工藝系統(tǒng)存在一定滯后或慣性，造成報(bào)警觸發(fā)。此類報(bào)警信息在工藝系統(tǒng)參數(shù)或設(shè)備在回到正常范圍達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)操作員確認(rèn)報(bào)警信息會(huì)自行消失。

（2）因自身機(jī)械或電氣問(wèn)題導(dǎo)致的。如引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等大型重要設(shè)備振動(dòng)或負(fù)載低限報(bào)警，或因外網(wǎng)大幅波動(dòng)導(dǎo)致的蒸汽超溫超壓報(bào)警。此時(shí)，操作人員必須及時(shí)確認(rèn)并采取有效措施，將設(shè)備異常狀態(tài)或工藝異常參數(shù)控制在合理范圍。否則，及時(shí)采取手動(dòng)停機(jī)措施，將損失降低到最小。

圖1所示是發(fā)生工業(yè)事故后報(bào)警信息、操作員操作、生產(chǎn)率對(duì)應(yīng)曲線，表明操作人員在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中參與得越多，大概率觸發(fā)報(bào)警信息量越大。當(dāng)實(shí)時(shí)反應(yīng)生產(chǎn)工藝過(guò)程的報(bào)警大量被觸發(fā)時(shí)，也就是發(fā)生事故的時(shí)候。

圖1 工業(yè)事故后報(bào)警信息、操作員操作及生產(chǎn)率曲線

因此，報(bào)警的有效確認(rèn)要減少人為操作。所有不同類型的報(bào)警信息確認(rèn)，均應(yīng)在生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中使用信息特征選擇算法，通過(guò)軟件系統(tǒng)自動(dòng)確認(rèn)并觸發(fā)聯(lián)鎖保護(hù)。對(duì)于系統(tǒng)自動(dòng)辨識(shí)確需人員介入的報(bào)警信息，通過(guò)語(yǔ)音或監(jiān)視器給與清晰提示，提醒操作人員關(guān)注并進(jìn)行有效處置。

4.5 報(bào)警信息的統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)于龐雜的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中不同的工藝系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)產(chǎn)生各類繁雜的報(bào)警信息?？山?bào)警信息實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)控制系統(tǒng)軟件針對(duì)信息特征選擇算法，將報(bào)警信息實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)庫(kù)中各類信息，實(shí)時(shí)進(jìn)行歸類、篩選、分析、顯示。操作人員或?qū)I(yè)技術(shù)人員通過(guò)調(diào)研，從操作過(guò)程或?qū)I(yè)技術(shù)角度做出決策，不斷完善報(bào)警信息系統(tǒng)。

4.6 報(bào)警的閉環(huán)管理

生產(chǎn)過(guò)程報(bào)警的閉環(huán)管理指報(bào)警從設(shè)置到處置、分析全過(guò)程管理。如圖2所示。

圖2 報(bào)警閉環(huán)管理過(guò)程流程圖

以上報(bào)警閉環(huán)管理各環(huán)節(jié)的合理、有效執(zhí)行，決定著生產(chǎn)過(guò)程報(bào)警的最終有效性。其有效性依存關(guān)系是：合理的報(bào)警類型和越限設(shè)置，關(guān)系報(bào)警觸發(fā)的明晰度和準(zhǔn)確度；明晰和準(zhǔn)確報(bào)警觸發(fā)關(guān)系到操作員對(duì)報(bào)警信息的有效關(guān)注；報(bào)警信息被操作員有效關(guān)注后采取及時(shí)有效的處置措施；控制系統(tǒng)報(bào)警信息實(shí)時(shí)進(jìn)行分類記錄。管理與維護(hù)人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的歷史報(bào)警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析，以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中工藝系統(tǒng)或設(shè)備的異常狀態(tài)，用于指導(dǎo)和提高操作人員操作水平。由此，不斷降低生產(chǎn)過(guò)程的報(bào)警次數(shù)，使得生產(chǎn)過(guò)程處于更加穩(wěn)定、良好的運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)嚴(yán)重依賴能源的產(chǎn)業(yè)提出的不斷提高資源高效節(jié)約水平及“碳達(dá)峰，碳中和”要求，發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程正不斷進(jìn)行新工藝改造和新技術(shù)利用。為保證發(fā)電廠日益復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，如何對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量報(bào)警信息進(jìn)行有效處理變得日益重要。