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防止DCS失灵和热工保护拒动引言 随着电力系统生产和管理技术的不断提高为适应电力市场改革发展的需要DCS系统逐步应用到各个电厂成为电厂生产发电的核心控制设备。在主、辅设备发生某些可能引发严重后果的故障时及时采取相应的措施加以保护从而软化故障停机待修避免发生重大的设备损坏和人身伤亡事故。但在主辅设备正常运行时保护系统因自身故障而引起动作造成主辅设备停运称为保护误动并因此造成不必要的经济损失在主辅设备发生故障时保护系统也发生故障而不动作称为保护拒动并因此造成事故的不可避免和扩大。随着DCS控制系统的成熟发展热工自动化程度越来越高凭借其巨大的优越性使机组的可靠性、安全性、经济性运行得到了很大的提高。但热工保护误动和拒动的情况还时有发生。如何防止DCS系统失灵和热工保护误动、拒动成为火力发电厂日益关注的焦点。因此如何做好防止DCS系统失灵和保护拒动从而引发事故的措施是非常重要的。为此我们在多年的DCS应用基础上总结了一些经验从实践出发阐述了一些如何防止DCS失灵和热工保护拒动的措施。 1 热工DCS保护误动、拒动原因 1设计、安装、调试存在缺陷 多机组因热控设备系统设计、安装、调试存在质量缺陷导致机组热工保护误动或拒动。例如1997年12月16日秦皇岛电厂发生的锅炉严重缺水重大事故虽然原因是多方面的但其中汽包水位变送器环境温度温度补偿设计定值50实际130的影响造成了测量误差水位虚高108mm使汽包低水位保护拒动锅炉A炉水循环泵在测量系统故障的情况下又未采取替代措施而失去了保护作用由于采用三取三的保护逻辑因而在炉水循环破坏的情况下B、C炉水循环泵差压低跳泵A泵只发差压低报警而未能跳泵导致MFT未动作最终造成水冷壁大面积爆破的重大事故。 2人为因素 DOICNKI:12-1334/TH.20110106.1813.018 网络出版时间2011-01-06 18:13:39网络出版地址/kcms/detail/12.1334.TH.20110106.1813.018.html 2 因人为因素引起的保护误动大多是由于热工人员走错间隔、看错端子排接线、错强制或漏强制信号、万用表使用不当等误操作等引起。例如通辽电厂热工人员在2005年02月18日09时51分54秒处理3号锅炉炉膛负压高时误吹了参与保护的取样点同时保护3取2的压力开关的一个接点又不好用从而造成灭火保护动作。 2 防止DCS系统失灵的一些措施 防止DCS系统失灵可以从硬件和软件两个方面入手有针对性的采取措施将因DCS系统发生故障或受外界影响而失去控制的程度降至最低。硬件方面存在着两个重点DCS系统电源和网络通讯因为这两个因素可能导致整个DCS系统失灵。 2.1 DCS电源切换问题 DCS系统应该是由独立两路冗余电源供电而两路冗余电源之间的切换方式可能成为产生问题的根源这也往往是被忽略的地方。因为一般的电源切换电路是由两个继电器组成每个继电器分别带一半负荷。但这种方式存在着一个隐患假如其中一路电源发生电压波动使两路电源之间出现环流则可能导致DCS系统失电。 对于电源切换问题可以通过以下切换回路进行更可靠的切换DCS电源供电系统原理图如图1所示。 图1 DCS电源供电系统图 上图的电源切换原理是第一路电源作为本路负载的主供电电源第二路电源作为本路负载的辅助供电电源。任一时刻只要主供电电源存在时都将以主电为主进行供电这样的电源切换回路比较可靠。另一路负载切换回路原理与此相同只是第二路电源作为主供电源。如果条件允许的情况下DCS两路电源都由UPS供电因为UPS输出电压比较稳定不会发生波动。 2.2 网络通讯连接方式 目前大部分DCS系统都采用星型拓扑结构作为通讯用的网络交换机就成为整个DCS网路的通讯中枢所以交换机也采用冗余方式而且选择质量好的交换机是很重要的但从连接方式采取有效措施将可能减少危险因素。在一般的情况下常常把主DPU站连接至同一台交换机而把副DPU站连接至同一台交换机当连接主DPU站的交换机故障时这台交换机上的所有主DPU站将与其副DPU站发生切换。副DPU站是在主DPU站 3故障状况下备用的尽管各DCS厂家都号称无扰切换但这样的切换发生的少一些还是比较可靠的。因此可以把主、副DPU站交叉开连接至同一台交换机即同一台交换机上既有主DPU站也有副DPU站当交换机故障时主、副DPU站发生切换的数量就会减少。 3 防止热工保护误动、拒动的措施 3.1 增强DCS系统的抗干扰能力 增强DCS系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。从系统接地、电缆的抗干扰、信号的防干扰等方面入手能有效的提高系统的抗干扰能力。 首先DCS系统应正确的选择接地点完善接地系统。应采用直接一点接地的接地方式接地线采用截面大于22mm2的铜导线总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2接地极最好埋在距建筑物1015m远处而且DCS系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。 其次信号电缆应选用铜带铠装屏蔽电力电缆从而降低了动力线生产的电磁干扰。不同类型的信号分别由不同电缆传输信号电缆应按传输信号种类分层敖设严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号避免信号线与动力电缆靠近平行敖设以减少电磁干扰。 信号电缆的屏蔽层应统一单点接地。信号在接入DCS系统前在信号线与地间并接电容以减少共模干扰在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。 3.2 合理配置后备硬手操 对于重要的回路还应采用后备硬手操盘在DCS失灵的情况下通过人工操作手操盘直接作用于驱动就地设备的硬件避免运行设备失控。 3.3 增加系统硬件故障声光报警功能 软件方面应增加DPU故障切换和卡件故障声光报警功能因为设备巡检都是定时的在某一巡检间隔内发生DPU故障切换或卡件故障是很难发现的而且有些卡件还出现时好时坏的情况更难以发现。如发现不及时将可能导致DCS某一功能失灵或停机停炉的危险。 4 防止DCS内部热工保护回路拒动的一些经验 热工保护作为DCS的一项重要的功能得到了很好的应用如两大功能ETS、FSSS等。同时如何防止DCS系统的热工保护拒动也将是一项我们不断摸索的重要工作。这里提出以下几点建议以供大家参考。 4.1 多途径实现停运主要设备 软硬件故障的主要原因是信号处理卡、输出模块、设定值模块、网络通讯等故障引起。例如2009年2月17日07时53分通辽电厂3号锅炉1、2、3号磨煤机同时跳闸造成负荷从176MW减至135MW。事隔十天2009年2月27日19时55分54秒3号锅炉2号磨煤机运行中再次跳闸。两起事件的主要原因就是3号机DCS系统DO板件误发信号。根本原因是日立-3000系统抗干扰能力差系统硬件存在先天缺陷。 因此要实现软硬结合双管齐下从不同的路径实现保护功能。保护控制信号停运某一台就地设备从三条途径去实现一条途径是保护控制信号启动跳闸继电器跳闸继电器接点接入设备的停运控制回路停止设备运行第二条途径是启动跳闸继电器的同时将停运该就地设备的信号送至相应的设备控制DPU由相应的设备控制DPU发指令停运该设备第三条途径是跳闸继电器动作后将已跳闸信号送至相应的设备控制DPU由控制DPU发指令停运设备。这样的做法是从不同的角度实现停运设备防止了因某一回路故障而无法及时停运设备的事故发生。 4.2 继电器接点类型的选用 4 MFT跳闸继电器的控制接点如采用常开接点在DCS失电的情况下将造成拒动。对此跳闸设备时如用常闭接点DCS失电时仍可正常动作。两者比较后种方案对机组比较安全但增加了误动的可能大家可以根据情况权衡利弊。如果改进一下MFT继电器的控制接点仍采用常开接点同时再增加一套直接启动MFT继电器的硬手操开关在DCS失电时还可人工启动MFT继电器。需要特别指出启动继电器的电源应该是额外提供的两路以上直流电源。这样的方案比较可靠既保证了不会因接线的松动引起误动又保证了在DCS失电的情况下不会拒动。同理重要的设备都应采取这种方式增加后备硬手操开关防止因DCS失电保护拒动。 4.3 重要回路应采用冗余配置 重要的保护应采用多卡、多回路冗余配置在其中一条回路出现问题时能保证保护功能不会失效。如汽轮机超速保护可以配置两块以上测速卡每块测速卡在检测到汽轮机转速达到定值时都能单独启动跳闸回路它们是“或”的关系。而作为跳闸回路可以用电磁阀搭配成泄油回路这样既可以防止拒动又可以防止误动。因为只要两个单数电磁阀中任意一个和两个双数电磁阀中任意一个同时动作就可将油压泄掉。同时如果有任意一个电磁阀故障不会引起拒动或误动。汽轮机超速保护回路原理如图2所示。 图2 汽轮机超速保护回路原理图 5 结束语 随着发电设备日趋高度自动化系统的安全性、可靠性变得日益重要。我们要从设计、安装、调试、检修等各个方面追求的最高的目标防止DCS失灵和热工保护拒动保证机组安全稳定运行。 参考文献 1 郭鸿峰.关于DCS改造工程的实施经验与分析C.2006年全国发电厂DCS与SIS技术研讨会暨热工.自动化专业会议论文集2006. 2 李遵基李济英刘柯等.DCS在黄岛电厂控制系统改造中的成功应用J中国电力20018 53 孙奎明时海.600MW级火力发电机组丛书热工自动化第二版M.北京:中国电力出版社2009. 4 魏春岭.Ovation DCS在托克托电厂的设计应用J.生产过程自动化200412 5 David J.Kruglinski.Inside Visual C 4th Edition M潘爱民王国印译清华大学出版社1998. 6 朱庆保张正兰.微型计算机系统及接口应用技术M.南京大学出版社1997. 7 Joseph Sosnosky. Service Applications for SONET DCS Distributed Restoration IEEE Journal on selected areas in communications vol. 12 no. i january 1994. 作者简介曹冬梅女工程硕士研究生研究方向工业过程综合自动化四、EDPF-NT 系统维护注意事项4.1 一般注意事项 (1)所有组态操作只能针对小号站，禁止对大号站进行任何组态操作，如小号站有故障，可把大号站配置改为小号站后进行。 (2)每次组态修改完毕后，要及时进行双机同步，以免带来双机切换时的扰动。 (3)通过LLT在线整定参数后，修改结果只保存在DPU站内存中，必须尽快发送保存命令（通过LLT或ECBW），如果未保存前复位DPU就会丢失修改数据。 (4)如果一个测点被本站算法引用，则无法被删除，只能在算法中先删除该点的引用，然后再删除该点。如果该点被其它的站点做接收点引用，则一定要先删除接收点，后删除源点，否则可能引起异常。 (5)DPU 9.0 以上系统SID号已改为站号+DID，所以点目录初始化后不再要求必须全部同时复位DPU站（以前版本必须），而且对于删除点后，该点的DID号不会马上回收使用（与以前版本不同），只有更新该站点目录后，才会重新回收使用。 (6)如果存在2个工程师站（在系统调试阶段组态需要大量修改时），则禁止同时对同一个DPU站进行操作。 (7)注意经常备份组态文件，定期检查系统自诊断。发现问题如条件允许则马上解决，否则等到条件允许时，及时解决。 (8)量采用新的冗余通讯COM卡通讯算法comain、comaout、comdin、comdout、comgin、comgout与第三方系统通讯，一方面可解决冗余通讯问题，一方面可减轻DPU站负荷。 4.2 在线操作注意事项 (1)在机组运行时，尽量避免或减少更改组态。必须修改时要慎重进行，并注意以下几项： 修改关键逻辑时，比如保护逻辑，考虑到有可能触发输出，所以必须做好必要的安全措施，停止相关点扫描，拔掉相关DO点输出插头或打到就地位，并运行人员密切监视，确保不会造成任何安全事故，修改完毕确认无误后再恢复安全措施。 (2)修改点参数后，DPU站会用该点的初始值（一般为0）初始化该点，所以在线更改时尤其注意，尤其是模拟量输出点。应该把初始值改为当前实际值或实际状态，或停止扫描相关点，必要时对相关设备作安全措施。 (3)因为在线修改逻辑后，该幅逻辑会初始化，有可能造成输出点的状态或值的变化，因此在线修改时尽量避免修改组态逻辑；如必须进行，必须首先停止扫描相关输出点，拔掉相关DO输出插头，或把相关设备打到就地位。 (4)修改硬件I/O配置表会引起DPU站I/O扩展卡的复位，造成主辅站切换，因此在线时尽量避免修改，如必须进行，必须首先把主控状态切到副站（大号站），然后修改，修改完成后再切换回主站，最后进行主辅站同步。4.2.1 更新点目录注意事项 (1)点目录更新时，禁止在工程师站或其它站对目标DPU进行任何组态工作； (2)机组运行时，尽量避免对无关站更新点目录。 (3)更新点目录只能针对小号dpu站；更新点目录时，小号DPU站必须在控制状态； (4)对于DPU V9.0以前系统，严格禁止在多台工程师站上进行点目录维护，保证只在一台工程师站上维护点目录，以免引起SID分配冲突。如出现SID冲突，模拟量可能表现为值跳变，开关量可能表现为状态跳变，逻辑运算可能不正确，或者其它莫名其妙的问题，这时必须在一台工程师站上重新更新一遍全部站点，条件允许且必要时全部初始化点目录； (5)对于DPU V9.0以后系统，只能在一台工程师站上初始化、更新和下载点目录，可以在多台工程师站上更新点目录，但不能下载； (6)在生成新的测点、更改点的中文描述、单位、set/reset描述、生成TEXT算法或者LOOP算法后必须更新点目录，一般来说删除测点时不用更新点目录，但对于9.0以上系统，如果想回收该点DID号，则需要更新点目录； (7)注意：生成点做完逻辑后即使不更新点目录算法及逻辑也会在DPU站里运行。 (8)在系统第一次更新点目录，或系统出现严重不正常想象时，需要初始化所有站的点目录。 (9)一般来说，在系统出厂验收时应该初始化所有站点的点目录；在现场调试后期进入SAT之前，做一次初始化点目录。 (10)更新时最好把相应的组态都做完，然后一起更新点目录，尽量避免频繁的更新点目录。 机组运行时，DPU V9.0以下版本系统禁止初始化点目录。初始化点目录后必须进行主辅站同步，并且DPU V9.0以下版本初始化点目录后必须同时复位所有DPU站（DPU V9.0版本以上系统无此要求，但由v9.0前系统升级后的系统第一次更新点目录后要求全部同时复位一次）。4.2.2 更新点目录步骤 (1)检查工程师站两个网卡的通讯状态是否正常，最好在双网通讯正常时组态和更新点目录)；备份各个站的组态文件(TESTFILE)以及BIN1下的所有*.UL以及PNT*.*文件； (2)要更新的DPU站在必须是主站运行（不在主站请切回主站）； (3)用ECBW.EXE更新点目录(不要选择初始化点目录)； (4)然后拷贝BIN1 PNT*.*文件到PNT里后，将系统注销用户，重新登陆，启动工程师站 (5)EDPF-NT系统，观察一切正常后将点目录文件下载到其它站的PNT下边； (6)其它操作员站需要注销后重新登陆； (7)主副站同步。同步完成后，大号站会自动重起。4.2.3 初始化点目录步骤 (1)检查工程师站两个网卡的通讯状态是否正常，最好在双网通讯正常时组态和更新点目录； (2)备份各个站的组态文件(TESTFILE)以及BIN1下的所有*.UL以及PNT*.*文件； (3)要更新的DPU站在必须是主站运行（不在主站请切回主站），建议关闭所有的副站，以避免在初始化的时候切到副站引起错误的数据显示和指令输出； (4)用ECBW.EXE更新点目录(选择初始化点目录)；然后拷贝BIN1 PNT*.*文件到PNT里后，将系统注销用户，重新登陆，启动工程师站EDPF-NT系统； (5)对于DPU V9.0前系统，必须同时关闭所有DPU站，然后重新启动所有的DPU主站（先不要启动副站）； (6)观察一切正常后将点目录文件下载到其它操作员站的PNT目录，注销后重新登陆； (7)起动副站，进行主副站同步。同步完成后，大号站会自动重起。五、系统升级注意事项 (1)DPU版本小于8.0的系统为32000点系统，对应EDPF-NT版本为3.x，8.08.9为65000点系统，对应EDPF-NT版本为4.x，9.0 为10万点系统，对应EDPF-NT版本为5.x， 该三套版本互不兼容，如果升级，必须整体升级。尤其是含有公用系统的系统。必须保证系统公用系统版本和单元机组的版本一致，否则不能连接在一起。如无法整体升级，可让公用系统暂时挂接在一台单元机组上（须征得电厂同意），等到有机会时再逐步升级，但升级前一定不能连在一起。 (2)32000点系统最