2007年国华电力热工控制系统导致停机的原因分析及预控措施.pdf

2007 年国华电力热工控制系统导致停机的原因分析及预控措施年国华电力热工控制系统导致停机的原因分析及预控措施 张秋生 （北京国华电力技术研究有限中心有限公司，北京 100025） 摘 要：对 2007 年因为热工控制系统导致停机的 12 次事件和 4 次不安全事件的情况进行了论述，对热控系统 容易出现问题的几个方面进行了分类论述，结合国内其它电站常见的热控故障导致停机的事件，对如何提高热工控 制设备的可靠性和技术管理的措施上提出了建议。 关键词：火电厂 热工控制设备 安全可靠性 故障分析 技术管理 0 引言 随着生产过程自动化的需要，热控的控制范围越来越广，安全运行对热工自动化的依赖性也越 来越高。dcs 作为机组控制的神经中枢，任何一个环节出现问题，都会导致热控装置部分功能失效 或引发系统故障、机组跳闸、甚至损坏主设备、影响电网的安全。2007 年国华电力 12 起因为热控 系统导致停机的事件和 4 起不安全事件，暴露出热控设备在设计、调试和维护等方面存在诸多影响 机组安全稳定运行的故障因素和隐患。因此，从进一步提高热控设备运行的安全可靠性出发，加强 热控技术监督，完善 dcs 设备自身性能，提高 dcs 应用技术水平，就成为当前热控专业人员和 dcs 制造厂需要认真研究解决的问题。 1 2007 年国华电力热工控制系统导致停机及不安全事件汇总 国华电力 2007 年因为热工控制系统导致停机的 12 次事件汇总见表 1，因为热工控制系统 4 次 不安全事件汇总见表 2。 表表 1. 国华电力国华电力 2007 年因为热工控制系统导致停机的年因为热工控制系统导致停机的 12 次事件汇总次事件汇总 序号序号 时间时间 非停机组非停机组 （机组容量）（机组容量） 停机原因停机原因 1 2007.1.10 某厂#2 机组 （330mw） 热控电源开关故障导致 mft 动作 2 2007.1.20 某厂#2 机组 （600mw） 3 瓦机组振动大信号误发停机 3 2007.2.19 某厂#1 机组 （600mw） eh 就地压力表断裂导致 eh 油压低停机 4 2007.3.26 某厂#2 机组 （600mw） 火检冷却风压力低保护误动导致 mft 5 2007.4.4 某厂#7 机组 （600mw） 给水泵 rb 不成功，螺旋管温度高高 mft 6 2007.6.7 某厂#3 机组 （600mw） 由于给煤量波动引起给水泵 rb 信号误发，水位高三值 mft pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 序号序号 时间时间 非停机组非停机组 （机组容量）（机组容量） 停机原因停机原因 7 2007.6.9 某厂#4 机组 （600mw） 机组的 dcs 网络瘫痪/或者 dcs 失电，全部燃料丧失导致 mft（原因尚未查清）。 8 2007.6.18 某厂#4 机组 （600mw） deh 超速保护逻辑设计有误，在 a 路转速测量回路出现波动 时超速保护误动。 9 2007.7.27 某厂#2 机组 （200mw） 汽机 deh 控制器和 dcs 之间通过两块通讯模件连接，其中 一块模件发生故障后，由于这两块通讯模件并不冗余，造成 部分信号通讯故障，抽汽压力自动误调，造成高压缸排汽压 力高汽机跳闸。 10 2007.8.1 某厂#1 机组 （200mw） #4 高调门 lvdt 线圈内部感应管脱落，由此导致调门反馈与 指令出现偏差大跳机指令发出，汽机跳闸。 11 2007.8.18 某厂#1 机组 （330mw） 真空低保护在 deh 内实现，为单点保护，由于真空开关误动 导致停机。 12 2007.12.28 某厂#1 机组 （350mw） 更换 dcs 的 24vdc电源时造成 ccs 机柜 24vdc母线电压 短路，dpu 复位，全部燃料失去 mft。 表表 2. 国华电力国华电力 2007 年因为热工控制系统年因为热工控制系统 4 次不安全事件汇总次不安全事件汇总 序号序号 时间时间 故障机组故障机组 不安全事件原因不安全事件原因 1 2007.8.14 某厂#1 机组 （600mw） 在线下装ap108代码时， 两个锅炉主给水流量测点被强制为固定值不变， 导致给水流量异常，汽包水位突升，已接近 mft 动作值，幸好运行人员 及时手动干预才避免了一次停机事故的发生。 2 2007.10.8 某厂#1 机组 （600mw） #1 机组 deh 控制系统发生画面变红，同时中压主汽门关闭，负荷由 400mw 降至 120mw，再热器压力突升，deh 画面失去监控，大屏发高 低加及除氧器水位高光字牌报警，运行人员根据规程进行紧急停机。 原因是因为 deh 的一侧 cpu 故障，备用 cpu 的切换不成功导致发出 错误的控制指令。 3 2007.8.7 某厂#2 机组 （330mw） 19 点 49 分，3 机组准备并网，当合上 5031 开关时，2 机组 1 到 8 瓦 x 向、y 向所有振动值全部消失，30 秒后所有振动值恢复正常。 4 2007.10.24 某厂#3 机组 （600mw） fum280 卡件接线错误，被跟踪信号为零，并且同侧的送风机、引风机 和一次风机模拟量指令布置在同一对卡件上，拔下 b 引风机执行器接线 插头 fum280 卡件发出故障信号，所有控制指令均切换到被跟踪通道， 使 b 送风机和 b 一次风机指令回零，炉膛压力低导致 mft。 2 停机及不安全事件暴露出的问题及对策 结合表 1 和表 2 中汇总的因为热控系统设计、调试和维护不当导致的停机和不安全事件，对热 控系统出现问题的几个环节总结如下： 2.1 热控系统电源的可靠性 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 2007 年与热控系统电源有关的事件有 3 起:见表 1 中的事件 1、7（可能原因之一）和 12。暴露 出来的问题告诉我们，在热控电源的设计中，dcs 有两路可靠的交流 220v 电源供电，其中至少有 一路是 ups 电源。在系统的检修中，需要加强对电源系统包括 ups、电源开关整体性的检测。对 于备用电源模件，在更换前需要进行充分的检测。为提高电源系统的可靠性，我们应采取的措施： ups 供电电源均应有失电报警， 且各电源电压宜进入故障录波装置和相邻机组的 dcs 系统 以供监视； 应设计有 dcs 电源电压超限、 两路电源偏差大、 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 dcs 电源系统早期故障。 ups 电源装置应与 dcs 的电子机柜保持空间隔离，自备 ups 的蓄电池应定期进行充放电试 验， 重要性低的设备或干扰大的用电设备 （如伴热设备） ， 不从 dcs 系统的 ups 电源装置接取电源。 执行机构都应该有断电源自保持位置的功能，dcs 的网络交换机应有 2 路电源供电，循泵 控制蝶阀的控制电源应设计二路供电，任一路电源失去不会导致蝶阀动作。 2.2 dcs/deh 的可靠性 2007 年与 dcs/deh 有关的事件有 5 起，见表 1 中的事件 7（可能原因之一） 、9 和见表 2 中的 事件 1、2、4。暴露出来的问题和需要采取的措施是： 个别 dcs 的控制器和通讯模件的冗余并非完全意义上的冗余。当 1 个控制器切换到备用控 制器后，会造成故障控制器上的部分设备、信号显示异常（均是开关量） ，甚至不能进行相关操作。 基于目前控制器和 i/o 模件故障率的增多，硬件配置和用户软件组态都应该遵循危险分散的原则。 国外的 dcs 系统组态比国内系统在应用上较难掌握， 软硬件升级不当可能会给 dcs 和机组 运行带来安全障碍。因此无论是 dcs 制造厂还是电厂，对 dcs 的技术升级应该慎重考虑，并做好 相应的技术措施，确保 dcs 和机组的安全运行。在机组的运行中应尽量避免在线传代码的操作，如 果确实有必要也要采取好充分的事故预控措施。 dcs 运行时间比较长的情况下，电厂的维护人员不断更替，控制器中的组态也不断变化。 但有一个现象是：系统组态只加不减，有一部分组态实际上已经没有与真正的 i/o 点相连，而控制 器在进行读取数据的过程中，将该控制器上所有的数据点都读上去，而其中有很大数量的数据点是 无效的，因而会造成控制器的负荷率过高，甚至会造成网络的阻塞，应创造机会进行系统组态优化。 上述诸多问题有些已经直接影响机组的安全稳定运行，需引起有关部门的关注和重视，要加强 技术监督力度，认真贯彻执行国家和电力行业有关规程、标准，努力减少 dcs 的不安全因素，提高 dcs 运行的可靠性。 2.3 deh 超速保护逻辑设计不合理 600mw 机组发生 deh 超速保护误动事件 1 起：见表 1 中的事件 8。在国华电力发现存在类似 隐患的 600mw 机组共有 9 台。此问题因此被国华电力公司列为 2007 年度重大隐患治理项目。暴 露出来的问题是： pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 在 deh 的出厂验收和调试期间的测试手段不全，没能够进行详细的测试，使得组态错误直 接带到了生产阶段。 dcs 供应商在与分包商签署合同时，应该对分包商提供技术支持并对成品的质量进行把关。 从本次的事件来看，dcs 供应商并没有履行此项义务。 需要采取的措施： 是在 deh 的出厂验收大纲应该组织调试单位和用户的讨论， 在进行仿真测试 时尽可能模仿多种工况下的 deh 控制状态， 在出厂验收和调试过程中的试验中将问题得到充分的暴 露。 2.4 rb 动作的成功率不高 2007 年与 rb 动作成功率不高有关的事件有 2 起：见表 1 中的事件 5 和 6。暴露出来的问题： 在基建调试期间的 rb 试验过程中，存在着因为 rb 试验时间短或者控制逻辑不合理导致 rb 试验不成功、或者虽然成功但是机组主要参数变化值机组跳闸值较接近的现象。经过对国华电力已 经投运机组 rb 试验过程的调查，发现存在如下问题： 有的机组 rb 试验存在漏项， 个别机组从投产至今 50%给水泵 rb 和一次风机 rb 试验未做 或未成功； 在 rb 试验过程中，存在着为了追求 rb 的成功率而采用改变汽包水位设定值和保护定值、 将跳闸侧辅机的出力减小等与机组正常运行状态不符的方法； rb 逻辑不合理或者协调控制系统自动调节品质不佳，在 rb 试验过程中虽然能够成功，但 是在机组实际运行过程中仍然存在着机组主要参数越限使机组跳闸的隐患。 为了保证机组投产后长时间的安全与稳定运行，有效地减少机组因为辅机跳闸而造成的非计划 停运，需要在机组的试运行期间高质量地完成 runback 试验工作。为了保证 rb 的试验效果，应 采取如下措施： 各基建机组在编写调试招标文件的过程中，应遵照 dl/t 657- 2006火力发电厂模拟量控制 系统验收测试规程中规定的标准对协调控制系统的调节品质和 rb 动作的试验结果对调试单位进 行严格要求。 在机组基建调试过程中，要给 rb 试验留出充足的时间，rb 试验过程中应该尽量按照机组 正常运行的工况进行，对于不成功的 rb 试验要进行逻辑的更改与参数的优化，对于不能成功的 rb 试验项目要如实记录并制定相应的事故预案。 已经投产的机组， 要求在 a 级检修后的启动过程中进行各子系统的 rb 试验，对于有热力系 统改变的系统，要求在更改后尽快进行 rb 试验，对于 rb 试验不成功的项目要进行原因的查找。 对于存在 rb 试验漏项的机组，应该利用 a 级检修的机会尽快补做。 2.5 dcs 的报警设置不当 2007 年与 dcs 的报警设置不当的事件有 2 起：见表 1 中的事件 3 和 4。暴露出来的问题： pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 在基建期间往往进行热控逻辑审查工作，保护和联锁的动作内容和定值作为审查的一个重点内 容， 但是画面和报警的内容确经常被忽略。 对于热控信号和状态的报警除了要进行 dcs 的状态判断 外，还应该包括以下部分： 对于两个以上的开关量信号， 其状态可以通过任意两个信号经过 “异或” 逻辑判断后再相 “或” 的逻辑判断后送至 dcs 画面上进行报警； 对于两个以上的模拟量信号， 应该进行任意两个进行偏差 运算，如果偏差值超限，也应该送至 dcs 画面上进行报警，以提醒热控人员进行原因的查找； 热工保护的投入和退出、自动控制系统的投入和退出应该有专门的状态一览画面，热工保护 的退出状态和热工自动控制系统从自动到手动状态的转变应该有明显的报警标志。 为保证报警信号的可靠性，需要采取的措施： （1）dcs 的报警信号，应按运行实际要求进行合理分级 （2）机组热工报警信号需要不断完善 （3）机组投入运行一段时间后，应该对热工报警信号的内容、级别、定值组织进行讨论，不断 优化并完善热工报警信号的重要功能，使热工报警能够发挥其应有的作用。 2.6 热工保护逻辑需要优化 2007 年热工保护逻辑设计不合理引起的事件有 1 起：见表 1 中的事件 11。暴露出来的问题： 温度测量和振动信号易受外界因素干扰，变送器故障时有发生，位置开关接触不良或某一个挡 板卡涩不到位，质量差的压力开关稳定性差，这些信号用作单点保护，可靠性低，易引起保护系统 误动，为避免单个部件或设备故障而造成机组跳闸，在新机组逻辑设计或运行机组检修时，应采用 容错逻辑设计方法，对运行中容易出现故障的设备、部件和元件，从控制逻辑上进行优化和完善， 减少热工保护误动或者拒动的几率。建议采取的措施： 通过增加测点的方法，将单点信号保护逻辑，改为信号三取二选择逻辑。 无法实施的，通过对单点信号间的因果关系研究，加入证实信号改为二取二逻辑。 实施上述措施的同时，对进入保护联锁系统的模拟量信号，合理设置变化速率保护、延时时 间和缩小量程提高坏值信号剔除作用灵敏度等故障诊断功能，设置保护联锁信号坏值切除与报警逻 辑,减少或消除因接线松动、干扰信号或热电阻故障引起信号突变而导致的系统故障。 2.7 tsi 的设置与抗干扰性的问题 2007 年因为 tsi 的设置与抗干扰性的事件有 2 起： 见表 1 中的事件 2 和表 1 中的事件 3。事件 说明我们的工作中： 对 tsi 组态设置的培训工作还不充分。 对 tsi 受电磁干扰的机组原因不清。 需要采取的措施 tsi 宜采用容错逻辑设计方法，对运行中容易出现故障的设备、部件和元件，从控制逻辑上 进行优化和完善，通过预先设置的逻辑措施降低或避免控制逻辑的失效。 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 全面核查 tsi 系统连接线路的规范性，确保线路屏蔽的全程单点接地。 完善 tsi 系统的安装检修和运行维护管理。 2.8 汽轮机 lvdt 故障 2007 年与汽轮机 lvdt 故障有关的事件有 1 起：见表 1 中的事件 10。暴露出来的问题是： 作为与 deh 调节密切相关的汽轮机调门或者主汽门的阀位反馈装置差动线性放大器（lvdt） 由于直接参与阀门的闭环调节，其可靠性就显得非常重要。根据近 4 年来的统计，国华各发电公司 的 deh 几乎都出现过 lvdt 因为振动或者偏转造成连杆脱落、 传感器线圈磨损、 前置放大器振荡的 事件，后果是轻则导致机组负荷波动，重则导致机组跳闸。因此我们需要采取的措施 lvdt 应采用成熟可靠的产品， 通过加装万向节和防转挡板的手段减少 lvdt 的振动和转动， 改善 lvdt 的工作环境； 加强巡检，及时地发现并更换存在问题的 lvdt。 在 deh 画面上增加“汽机阀门指令与反馈偏差大”报警，以便及时地发现并处理问题。 加强对 eh 测点振动和工作温度的巡检工作。 3 国华电力技术研究中心从技术管理上采取的措施 国华电力技术研究中心作为国华电力公司的一个技术管理单位，实行的是“支持一点” 、 “服务 一片”的工作方法。专业人员在研究分析发电公司的共性技术问题，提出技术报告之后，按照“五 步走”流程，做好技术服务工作由“一点”到“一片”的转化。 “五步走”流程的具体内容是： 1）研讨交流：在经过调研、分析，研究解决某一具体技术问题形成专题技术报告后，要邀请公 司内部相关专业人员、发电公司有关人员就报告内容的严密性、预防措施的适用性和可操作性进行 研讨，并形成结论。 2）专题汇报：在对技术报告经过研讨定稿后，要向国华公司领导或职能部门汇报技术报告的有 关内容，征求国华公司层面的指导意见。 3）领导决策：国华公司领导或职能部门根据专题汇报内容进行决策，通过协商将防控事故发生 的技术措施以国华公司文件形式下发。 4）推广应用：对某一技术问题进行研究治理，经过前面三个环节，最终形成技术预防措施或标 准化措施后，要把措施推广到发电公司，通过推动、监督，保证措施在发电公司得到落实、应用， 使事故得到避免。 5）效果评价：对技术措施在发电公司的实施效果进行跟踪，施以检验、评价，将实践作为检验 措施的唯一尺度，以此不断修订和完善措施，保证所有的措施在最后都能够标准化，逐渐丰富技术 管理体系，为标准化管理品牌的打造累积基础的材料。 “五步走”流程是“支持一点、服务一片”思想方法的实现途径，对专业人员如何从研究处理 具体技术问题提升到技术管理层面，如何从“支持一点”有效达成“服务一片”具有重要的指导意 义。全体专业人员要深入领会其核心内容，做实、做细“五步走”流程每一个环节，使“支持一点、 pdf 文件使用 “pdffactory pro“ 试用版本创建 服务一片”的指导思想得到深入的贯彻和落实。 技术研究中心通过上述工作方法使国华各发电公司热控专业得到了信息沟通并促进技术交流。 使机组的非停和不安全事件发生后，事件的发生情况、深层次原因及解决方法迅速得到交流，有效 地促进了各厂对类似事件的防范。 通过使用以上方法， 2008年上半年国华电力因为热控原因导致的非停事件比2007年同期大幅度 减少，截止到7月1日，在增加了6台营运机组的情况下（锦能#3、#4机组和徐州#5- #8机组） ，非停 次数仅有2次，同比减少6次。针对今年和明年将要大规模投运的超临界和超超临界机组，热工控制 部正在从积极参加控制设备和逻辑的优化设计开始，提前进行技术储备，力争使基建机组在调试期 间的隐患达到最少，从