OVATION分散控制系统接地故障及处理.doc

OVATION分散控制系统接地故障及处理费章胜 （ 淮沪煤电公司田集发电厂，安徽省淮南市，邮编：232082）摘要：随着社会的发展，大型火力发电厂的集控程度越来越高，对分散控制系统的稳定运行提出了更高的要求，而DCS控制系统最容易出现故障的环节就是系统接地的可靠性，接地不可靠能够造成系统抗干扰能力下降、信号测量不准、控制出现偏差、烧毁卡件甚至系统崩溃。本文就淮沪煤电有限公司田集电厂2600MW超临界燃煤发电机组投产以来控制系统接地故障引发的问题及处理过程进行了分析。关键词：控制系统 接地 干扰 CG PG1引言淮沪煤电有限公司田集电厂为2600MW超临界燃煤发电机组，三大主机由均采用上海三大动力设备厂引进制造。1、2号主机DCS系统和脱硫DCS 系统采用了上海西屋控制系统有限公司的OVATION 1.7版分散控制系统。1、2号机组分别在2007年7月26日和2007年10月15日机组相继投产，投产后DCS系统能够稳定运行，但也发生过几起接地系统故障引起控制系统异常，所幸异常处置及时得当未造成事故。2 OVATION控制系统故障分析2.1批量模拟量输入点显示坏值2007年11月10日07:39:33，2号机组升负荷期间，突然给水自动切手动，CCS出系，接着运行人员发现炉膛烟气压力、给水和减温水系统、锅炉疏水系统、辅汽的DCS监控画面模拟量点均出现紫色报警，点品质为“BAD”（坏值）。立即通知热控专业，热控人员对显示坏值的测点进行初步汇总，发现所有显示坏值的测点都接在控制器Drop9/59下的#1、#2分支上，测点类型均为“AI”型。随即打开Drop9/59控制机柜检查，Drop9/59柜内卡件#1、#2分支上的所有AI卡件的“ERROR”指示灯点亮，卡件上通道指示灯均为红色，控制器I/O接口模块O1指示灯闪烁。根据指示灯分析问题是在#1、#2分支上，随即对卡件进行了如下检查：(1) 检查通讯：检查9号控制器#1、#2分支的数据线，数据线连接正常，接口处紧固无松动现象，数据线无破损。(2)就地检查显示坏值测点的变送器，型号均为EJA430A，重庆横河川仪生产，变送器显示屏显示64.3%，用万用表串入回路测量电流信号，模拟量信号为3.118 mA DC左右，小于变送器零位电流 4 mA，测量变送器正负接线端子直流电压为9.12 VDC，解除变送器的接线，直接测量卡件来的电源电压为9.32 V DC，远低于正常模拟量卡件供电电压22.8 VDC。(3)在Drop9/59机柜检查控制柜的主/辅电源模块输出电压为24.4/ 24.3V DC，电源模块工作正常，到#1分支AI卡件测量，卡件输出电压却只有9.36 V DC，疑为卡件负载太大降低了电压，拆除分支上所有卡件的外接线，卡件输出电压仍为9.36 V DC。(4)检查1、#2分支的接地电阻发现控制器机柜地CG对地电阻为0.5 ，而电源地PG端对地电阻高达12.75 M，PG端对地直流电压为12.8 V DC。PG与CG接触不良，PG与CG紧固铜排在电源分配板右上角，工作不便，机组正处于升负荷期间，于是采取临时措施，从Drop9/59的2号扩展柜的PG引出端用多股铜芯线与CG短接，AI卡件输出电压恢复到22.4 V DC，故障消除。在OVATION分散控制系统接地分两种接地，即CG接地和PG接地，CG的全称为“cabinet GROUND”，翻译中文为“机柜接地”；PG的全称为“Power GROUND”，翻译中文为“电源接地”。 CG接地原则是每个接地簇的机柜地单点连接到DCS系统的专用接地网上，如下图所示。所有控制器分支（Brance）的PGND端子互相串联在一起，在电源分配板右上角用电位接地环将CG与PG接通。PG和CG端对地都应导通，卡件输出电压低的原因为电源分配板上PG和机柜地接触不良造成PG对地电阻大，形成了较大的接触电压，电源模块对分支卡件的供电被PG分压，造成卡件的供电不足，致使就地的变送器无法正常工作，造成了系统运行的故障。2008年2月10日15:39:42,1号机Drop14/64，2008年3月9日15:39:42，2号机Drop5/55发生了类似的事件，均采取了同样的处置措施。2008年4月30日， 2号机组调停后，分别对Drop9/59和Drop5/55电源分配板上的电位接地环检查发现： 电源分配板上CG与PG的连接镙柱下分别压了一颗螺帽，由于未压紧电源分配板，两颗螺帽不平衡，造成电位接地环与镙柱之间接触不良，接触电阻增大。图1：OVATION控制系统的典型接地图 图2：电源模块和分配板图3：电源分配板CG与PG连接示意图2.2批量模拟量输入点显示不准2008年4月17日13:15:49，2号机组凝结水泵出口压力、凝结水精处理出口压力的几个测点测量值比实际工况值偏小，而且几个测点是同时下降。运行和汽机专业检查就地凝结水泵工作正常，凝结水泵出口就地压力表显示为3.2 MPa,认为变送器测量值偏差。于是将几台显示异常的变送器拆回到标准室进行校验，变送器的各项指标都是合格，将变送器回装到系统，显示依然为1.02MPa，偏低。为了确定管道内的压力，我们将变送器拆除，安装上0.25级 0-6 MPa,的精密压力表，测量出管道压力位3.22 MPa，可是合格的变送器测量值却偏低近1 MPa。就地测量变送器的正负接线端子电压为12.2 V DC，就地SIEMENS变送器铭牌上标明的工作电压为10.5-55 V DC，电压虽然偏低但还在变送器的工作电压范围内，拆除该变送器供电DCS卡件的接线，测量卡件的供电电压也只有12.4 V DC。有了上述机组接地系统故障处理的经验，很快就发现了问题的所在，依然还是PG与CG的接地不良造成的，对电源分配板的接地进行处理后，测量显示正常。通过这次故障处理，我们发现了变送器的铭牌标注的正常工作电压与实际不符合，决定在试验室内对我厂常用的几种变送器进行电压变压试验。我厂常用的变送器品牌有横河川仪EJA智能变送器、SIEMENS智能变送器、ROSEMOUNT 3051系列变送器，在每个品牌中各选一台新出厂的变送器，用标准压力台对变送器打压，打压点分别为变送器工作量程的0%、25%、50%、75%、100%。待压力稳定后将变送器的工作电压从30VDC逐渐将到0VDC，再从0 VDC逐渐恢复到30VDC，试验结果证明，低电压时，变送器存在极限稳定工作电压，且在极限稳定工作电压值与变送器的工作量程状态有联系，不同品牌的变送器极限稳定工作电压不同。具体试验数据如下表1。表1：变送器极限稳定工作电压统计表序号变送器品牌型号，量程生产厂家极限稳定工作电压(V DC)0%工作量程25%工作量程50%工作量程75%工作量程100%工作量程1EJA430AEAS4A-22DC,0-3MPa重庆横河川仪有限公司8.4 10.0 11.4 12.8 14.4 2SIEMENS7MF4033，0-1.6MPa西门子（中国）有限公司10.5 11.6 12.7 13.9 15.2 3ROSEMOUNT3051型，0-1MPa北京远东罗斯蒙特仪表公司7.0 8.6 10.2 11.8 13.3 3 系统安全运行保障措施以上两起事故发生后，虽然未造成重要辅机跳闸机组跳闸和机组跳闸的严重后果，但也是机组运行的重大安全隐患，厂里和部门领导高度重视，要求热控专业要切实做好预防措施，确保机组的安全运行。查阅西屋公司控制系统资料，控制系统的接地要求有以下几点：（1）机柜在安装时要加装绝缘垫，机柜和地之间的电阻要大于5兆欧；（2）控制系统必须单点接地；（3）每个控制器作为一个接地簇，控制器内所有PG全部串联，通过电源分配板上与CG连接，特别注意有的控制器扩展柜多，有两个电源分配板，此时也只能在一个电源分配板上PG和CG连通，不可以形成回路。每个接地簇中的机柜接地汇流排也要串在一起，最后由主控柜接到DCS专用的接地箱上。（4）机柜与接地桩之间的电缆要尽量的短，接地电阻不能大于1。根据西屋公司提供的系统接地原则，再结合我厂生产的实际情况，为了保障机组的安全运行，采取了以下技术措施和管理措施：3.1技术措施一3.1.1 在机组停运期间检查，检查并紧固机柜接地线与机柜连接螺栓，使CG接地电阻小于0.5;3.1.2 在机组停运期间检查，检查机柜CG接地线DCS接地网铜排连接螺栓是否松动，并加弹簧垫片重新紧固；3.1.2在机组停运期间检查电源分配板上CG与PG的连接镙柱电位接地环下压了螺帽加垫片，并压紧电源分配板，电位接地环与镙柱之间加垫片紧固，减小接触电阻，使PG接地电阻小于10。3.2技术措施二3.2在DCS画面上增加控制器电源监视画面4500，方便热控人员对DCS控制柜电源模块进行监视，监视画面如下图4所示，监视电源信号从控制系统的各个站点信息内A2寄存器中取址，将寄存器中的值赋到显示画面上。 图4：控制器电源监视画面3.3管理措施一建立DCS系统工作日志及故障记录制度，每天对DCS系统设备运行情况检查，并如实填写DCS系统工作日志及故障记录检查内容包括控制器主辅、通讯、电源状况以及个站的运行状况记录，同时还包括DCS系统组态修改记录、点强制记录以及软、硬件维护记录。保证DCS的安全稳定运行。3.4管理措施二 建立机组控制器接地检查记录制度，每逢机组停运期间，对机组控制器主辅电源模件工作状态、CG对地电阻、PG对地电阻、CG对地电压、PG对地电压检查并如实填写# 机组控制器接地检查记录表，对不符合规范的地方进行检查、整改。3.5 按照控制系统的接地要求对#1、#2机组进行普查，对不符合规范的地方进行整改。4 结束语接地系统的可靠性直接影响了分散控制系统的安全运行，很多令人费解的故障现象都是由接地问题引起的，然而每个DCS系统的接地要求也不尽相同，系统的接地环节众多，中间很容易存在安全隐患，本文通过发现解决问题来讨论系统的安全稳定运行，供大家共同探讨。参 考 文 献1 OVATION系统硬件培训手册 艾默生控制系统（上海）有限公司 20072 OVATION UNIX-Config 培训教材 艾默生控制系统（上海）有限公司 20073 静铁岩 热工控制系统运行维护手册(Ovation控制系统) 中国电力出版社， 20084 火力发电厂分散控