分散控制系统故障应急处理预案_李建国

第45卷中 国 电 力 发 电 分散控制系统故障应急处理预案 李建国1 尹峰2 刘武林3 孙耘2 章卫军1 黄勃2 1 浙江浙能乐清发电有限责任公司 浙江 乐清325909 2 浙江省电力试验研究院 浙江 杭州310014 3 湖南省电力公司 科学研究院 湖南 长沙410007 摘要 举例分析了控制系统故障后处理过程影响范围扩大原因 提出编制 分散控制系统典型故障应急 处理预案 简称预案 的必要性 介绍了预案的主要内容 结构 故障应急处理的通用要求 必须遵循 的基本原则和故障处理的整个流程 给出了控制系统不同故障情况下的应急处理指导 提出预案编制过程 中应关注的技术要点 最后给出了预案实施后的效果 供其他单位编制预案时参考 关键词 分散控制系统 故障应急处理 预案 中图分类号 TK38 文献标志码 B 文章编号 1004 9649 2012 02 0026 05 收稿日期 2011 08 05 修回日期 2011 12 06 作者简介 李建国 1958 男 浙江温岭人 高级工程师 从事发电厂仪控自动化技术应用与管理工作 E mail wzljg 0引言 分散控制系统在运行过程中发生故障难以避 免 故障发生后的应急处理的迅速性和正确性变得 至关重要 由于电厂没有有效的控制系统故障应急处理预 案指导 缺少通过反事故演习积累故障应急处理经 验 在故障情况下 多数还是凭运行和检修人员的经 验进行处理 导致故障影响扩大或发生了一些本可 避免的机组跳闸事件 为实现技术监督由事后监督向事前监督的转 变 在电力行业热工自动化技术委员会组织下 根据 火电厂热控系统可靠性配置与事故预控 中的模板 1 在充分调研 试验 分析 研讨 总结的基础上 联 合进行了 ABB Symphony预案 的研究与编制 本文 就编制过程中的经验教训进行总结和思考 为其他 单位编制预案提供参考 1应急处理不当导致故障扩大案例 1 1报警信号处理不当引起机组MFT 2010 08 25 某机组负荷292 MW运行 运行人 员查巡画面 发现MFT 主燃料跳闸 首出画面中 全炉膛燃料丧失 信号报警 仪控人员接通知后复 归MFT首出信号 报警信号消失 但2 min后机组 MFT 首出信号为 重吹扫请求 事后检查运行记 录 分析锅炉吹扫和MFT逻辑 发现在机组复役启 动过程中 曾因微油火检信号弱 小油枪油角阀状态 反馈不正常 强制 失火检退油枪 微油火检信号 和 全炉膛燃料丧失 信号 虽然机组不发出MFT信 号 但在首出画面上留下了 全炉膛燃料丧失 信号 逻辑上留下了断点未能及时消除 当仪控人员对 MFT首出信号复归时 因为逻辑断点存在而触发了 重吹扫请求 导致MFT 此次事件的主要原因是故障应急处理程序不规 范 运行中对关键保护MFT信号的复归操作未严格 执行相关要求检查确认程序 对保护流程与动作可 能性未加分析梳理 仅凭维护人员主观判断 随意执 行复归操作 导致故障点以外的条件触发保护动作 故障影响扩大 1 2安全措施不到位引起机组MFT 2008 01 17T01 40 某机组负荷100 MW左右 运行中发现1号炉CRT 显示器 画面上部分锅炉 参数指示异常 分散控制系统控制器故障 光字牌 报警 仪控人员赶到现场检查 发现用于燃烧控制的 3A 3B冗余控制器都故障报警 按规定程序对3A 3B分别进行断电 断网络 重启试验 均未能恢复运 行 考虑到故障对机组安全运行影响的严重性 经相 关领导批准 按照DCS 分散控制系统 厂家提供的 方案和要求 于03 10对3A 3B进行组态重新下 载 过程中发生数据传输混乱 机组MFT跳闸 首出 信号 全炉膛灭火 下载后3A 3B恢复正常 事后 检查事故追忆 分析保护动作原因是3A 3B故障后 组态重新下载前 强制控制器涉及的硬 软信号存在 漏洞 下载时控制器输出的至零信号 将该控制模件 所控制的一次风门全部关闭 导致燃料失去 全炉膛 灭火保护动作 中 国 电 力 ELECTRIC POWER 第45卷第2期 2012年2月 Vol 45 No 2 Feb 2012 26 李建国等 分散控制系统故障应急处理预案第2期 发 电 此次故障原因虽然与厂家提供的处理方案安全 措施考虑不周及人员的处理经验不足有关 但若该 厂有经试验验证的故障处置方案 则本次机组跳机 事件本可避免 1 3给水控制器均故障造成锅炉缺水爆管事件 2008 03 25 某机组监盘人员发现3号锅炉一 些参数呈紫色 数值异常 各项操作均不能进行 同 时炉侧CRT画面显示各自动已处于解除状态 调 自检画面发现3a DPU 过程控制器 离线 20 15 左右仪控人员赶到现场 检查发现3号DPU离线 3b DPU处于主控状态 但3b DPU主控线的I O点 汽包水位 主汽温 主汽压 给水压力 主汽流量 减温水流量等 为坏点 自动控制回路的手操失灵 21 08监盘人员发现汽包水位急剧下降 水位由 50 mm 降至 100 mm 就地检查发现旁边给水调节门在关 闭状态 手动摇起3次均自动关闭 水位继续下降 1 min后3号锅炉冒正压并伴有声响 运行人员手动 紧急停炉 事件导致锅炉缺水引起左侧水冷壁管43 根爆破或受损 事件发生后经检查分析判断 3a DPU故障前 3b DPU因硬件故障或通信阻塞与I O总线失去通 信 当3a DPU离线后 3b DPU无法读取I O数据而 导致汽包水位失控引起 该控制器故障影响扩大的原因 是运行和仪控 人员故障应急处理经验缺乏 从 给水调节门 手动 摇起3次均自动关闭 说明运行人员故障处理过程 中未及时强制执行机构信号或断电 仪控人员赶到 现场50 min后锅炉爆管 说明仪控人员未能及时排 除故障 如果制定有应急处理预案且开展过反事故 演习 该故障扩大事故就可避免 1 4主从控制器冗余切换失败导致MFT保护动作 停机 2007 04 21T03 00 41 某机组DCS故障报警 经检查系机组3号PCU 过程控制单元 柜M3 M4 冗余控制模件组中的主控制模件状态灯绿闪 表示 NVRAM内存检查错误 主模件指示灯7 8亮 主 模件继续在执行状态运行 出错时未能完成冗余切 换 从模件状态灯绿色 表明从模件在执行状态 指示灯7亮 但冗余指示灯8不亮 表明从模件冗余 切换不成功 该对控制模件的控制对象包括机炉协 调 RB 辅机故障减负荷 送风机A和B动叶 二 次风和二次风小风门等控制 基于问题严重性 仪控 人员采取相关安全措施 制定相关处理方案并咨询 制造厂技术人员后 进行手动冗余切换 但不成功 操作员站上对应的该对模件状态量显紫色 对该对 模件离线下载 回到执行状态时送风机动叶自关 引 起炉膛压力低低MFT 事后分析 主模件出错时没 能完成冗余切换 对该问题的判断与处理 过于相信 DCS厂家技术人员的水平 在未制订完善安全措施 的情况下 手动冗余切换不成功后对该对模件离线 下载 但未考虑到控制模件下载后再回到执行状态 时有初始扫描过程 将赋予初始值使控制输出至零 的情况 从而导致控制对象状态失控 该控制器故障影响扩大的原因 是未将控制 模件所控制的设备切至就地手操 反映了该厂没 有制定有效的故障应急处理预案 维护人员没有 进行过控制器初始化过程操作演习 缺乏故障应 急处理经验 以上案例均反映出制定预案并开展故障演习对 提高故障处理能力的重要性 一直以来 防止电力生产重大事故的二十五项 重点要求 和各发电集团都提出了编制预案的要求 但迄今为止电力行业乃至国家层面 还没有一部可 用于指导预案编制的参考标准 2 对预案编制的科 学性与实用性研究工作几乎没有开展 为确保机组在运行过程中发生控制系统故障 时 能够迅速 准确地组织故障处理 最大限度地降 低故障造成的影响 开展了应急处理预案编制的相 关研究 2应急处理预案 应急处理预案应包含 预案的程序 结构框架 故障应急处理的通用要求 必须遵循的基本原则 结合DCS存在的可靠性问题及处理方法的探讨和 研究 对控制系统可能发生的故障危险源进行定义 和分类 制定故障应急启动流程 通过总结提炼分 散控制系统故障应急处理的经验与教训 给出典 型故障快速查找表 处理操作卡和不同故障的诊 断与处理流程 在现场故障处置方案中 给出各类 故障时的现象 故障原因 故障造成的可能后果 运行处理操作和仪控处理操作方法 用于控制系统 不同故障情况下的应急处理指导 图1为预案的典 型结构 2 1控制系统故障分级与应急启动 按DCS系统故障发生后 可能造成的后果和故 障的可控性 严重程度及影响范围 将故障和对应危 险源辨识进行分级 将已跳闸或会引起设备损坏 环 保问题等定为一级故障 将处理不及时可能升级为 一级故障 造成机组 辅机跳闸或设备损坏等定为二 级故障 将暂时不会引起机组跳闸 但处理不当可能 会升级的故障定为三级故障 其中一级故障注重于 跳闸后的恢复 重点是要确保设备不损坏 二级故障 则是故障应急处理中的重点 预案给出故障应急响应和预案的启动流程 如 图2所示 27 第45卷中 国 电 力 发 电 图1预案的结构 Fig 1Structureofemergencypreplans DCS的故障分级为及时辨识故障的风险提供 了参考 为准确启动事故预案及对应的事故处理组 织提供了规范 2 2典型故障快速查找表和处理操作卡 经过专题研究与探讨 综合各编制单位的技术 特长和经验积累 制定图表化及规范性的控制系统 故障快速查找表 在故障现象的描述上 做到简捷 详细 将控制柜 开关 灯的状态正常和故障的颜色 对比都做具体的描述 不但从中规范了故障的查找 和处理 缩短故障处理的时间 减少人为失误 也解 决了仪控人员流动频繁时 如何让后来者能较快地 接手故障应急处理工作的难题 2 3不同故障的诊断与处理流程 综合之前的经验并反复试验核对 分别给出 DCS全部电源失去故障查找及恢复 主控制器故 障诊断和处理 操作员站故障诊断和处理流程 使 故障查找过程一目了然 简单易掌握 给DCS应急 预案执行和故障规范查找带来方便 实现了可控 性和可操作性 图3为其中的DCS故障查找及恢复流程 图3 中最后一列对应控制系统故障操作卡 详细给出了 对应故障操作内容与处理过程中注意事项 以此规 范控制系统故障时的处理过程 2 4现场应急处置方案 现场应急处置方案直接指导运行与维修人员对 故障的判断与处理 通过DCS存在的可靠性问题及 处理方法的专题探讨和研究 根据历年来的DCS厂 家和电厂人员故障处理经验 在现场故障处置方案 中 通过下列格式给出了控制系统不同故障情况下 的应急处理指导 1 通过运行检查和仪控检查 给出检查到的或 能看到的故障现象 分别指导运行与检修人员迅速 进行故障判断 2 给出引起该类故障可能涉及到的软硬设备 以缩短故障分析查找的范围 3 让运行维护人员掌握对该类故障应重视的 程度 做好相应的安全措施 4 分别给出运行和仪控的故障处理操作方法 步骤及注意事项指导 防止处理过程中的漏洞 图2分散控制系统故障应急处理预案启动流程 Fig 2StartprocessoftheDCSfailureemergency treatmentpreplan 图3DCS故障查找及恢复流程 Fig 3FindingandrecoveryprocessoftheDCSfailure 28 李建国等 分散控制系统故障应急处理预案第2期 发 电 5 列出所有与故障相关的关联点 便于故障处 理过程中考虑问题的全面性 防止因关联点考虑不 周而导致故障影响范围扩大的事件发生 3应关注的技术要点 1 在已发生的故障处理过程中 有多次是因 人员考虑不周 导致故障影响扩大的案例 其中一 个主要原因 是运行人员不了解每对主模件控制哪 些设备 仪控人员掌握不全面 因此在编写每个 PCU柜与每对控制器的故障应急处理预案中 应列 出主控制器主要控制的设备及重要的I O点 包括 重要通信点 以便运行和检修人员事先了解和掌 握 在故障时有重点地去快捷查找和给出相应的预 控措施 防止分析处理时出现漏洞而导致故障影响 进一步扩大 2 根据经验总结和逻辑分析 在故障现场应急 处置方案中 应详细列出故障判断 故障原因 运行 与维护人员各自的处理过程指导 以便DCS出现故 障时 运行和仪控人员能根据指导各自有序地进行 操作和干预 3 为了给故障的快速查找和处理提供规范指 导 故障快速查找表 故障处理操作卡和现场处置方 案应细化 应具有可操作性 让同专业的其他维护人 员可迅速完成整个故障处理 缩短故障处理时间 减 少随意操作带来的不确定性隐患 同时现场处置方 案中 一定要综合大量故障分析处理案例的经验与 教训 详细写出操作步骤 应该强制的全部关联点 如控制器冗余切换不成功但机组未跳闸的故障处 置时 相关的硬 软接点的强制和现场控制设备切手 动等 防止因预案考虑不周 处置时关联操作不到 位而导致处置失败 4 预案编制时 需要运行 机务等其他专业人 员的加入和充分沟通 完成编写的预案 要进行规范 的 全面的模拟试验和反事故演习 以验证预案的正 确性和可操作性 发现的安全隐患 通过逻辑优化 技术改造去消除 不能消除的应采取相应的措施并 在预案中标明 让运行维护人员预知 以提高故障处 理时的有效性 4编制及实施效果 1 深化对系统的认知程度 通过预案编制过 程 可进一步加深专业人员对控制系统的认知程 度 一些技术性问题通过与厂家合作和其他专业人 员的交流研究而得到解决 编写 运行人员检查操 作 部分内容时 更多地熟悉和了解了集控运行规 程知识 增强对系统的深入了解和故障时应急处理 技术的掌握 2 验证试验发现隐患 很多隐患不通过大量规 范的试验不易暴露出来 预案编写过程中 尽量模拟 正常运行时的状况 在试验位或工作位启动相关设 备 相关阀门或风门挡板也按运行时的状态进行开 关 然后分别模拟各控制主模件故障 各PCU柜失 电 DCS环路中断 DCS 失电等故障进行大量的试 验 详细记录各种故障产生的影响 在试验过程中 发现了DCS系统存在的一些尚不了解的安全隐患 或缺陷 a MCS 模拟量控制系统 的PCU柜失电后 有 的机组空气预热器会停运 再热器减温水气动闭锁 阀将会自动关闭 一些冗余控制器全部故障时 所控 制的设备将会自动关闭而导致控制参数严重超限 等 预案中应提醒运行人员必要时就地手动干预 b 很多设备在1对冗余控制器全部故障时只是 无法操作 运行状态并不发生改变 但是在恢复控制 器的过程中往往因控制器的初始化 导致意外指令 发出 这些指令一般可通过分析组态预见 但在预案 中应明确提示初始化前应采取的措施 并经过试验 验证 c 模拟量信号 如经过速率限制后参与保护逻 辑的 要特别注意防止控制器重启时保护误动作 d 汽轮机本体疏水自动投入的负荷判断信号 从DEH 数字式电液控制系统 通过环路通信至 SCS 顺序控制系统 系统 如果机组跳闸同时环路 故障 则汽机本体疏水门不会自开 因此应采用硬接 线和环路通信相 或 的方式 通过对问题的处理 使 控制系统的可靠性得到进一步提升 3 事后监督转向事前监督 针对分散控制系统 典型的故障现象 可能的故障原因 具体检查处理的 步骤及注意事项而建立的故障快速查找表及故障应 急处理操作卡 规范了故障的查找和故障的处理 不 但可以缩短故障处理的时间 减少人为失误 还可以 让新人很快跨入故障处理的门槛 如 2011年8月 某电厂在检修机组上模拟控制系统节点总线交换机 故障 网络单路运行 其故障信息 故障现象和编写 的应急预案一样 按照预案编写中的附录DCS网络 NODEBUS 故障诊断与处理流程及DCS系统网络 故障处理典型操作卡的步骤 2010年参加工作的仪 控人员 按照预案编写的步骤进行 完成了全部的更 换和处理工作 充分体现了应急预案的可操作性和 正确性 使仪控技术监督由事后监督向事前监督转 变迈出了一大步 5结语 火电机组热力系统 硬件结构 逻辑组态 参数 29 第45卷中 国 电 力 发 电 Emergencytreatmentplanofthefailureindistributedcontrolsystem LIJian guo1 YINFeng2 LIUWu lin3 SUNYun2 ZHANGWei jun1 HUANGBo2 1 ZhejiangEnergyYueqingPowerPlantCo Ltd Yueqing325909 China 2 ZhejiangElectricPowerTestandResearchInstitute Hangzhou310014 China 3 HunanElectricPowerCorporationResearchInstitute Changsha410007 China Abstract An example was taken to analyze the reason of the expanded influence scope during the failure treatment process in the control system The necessity of the establishment for the emergency treatment plans of the typical failure in the distributed control system was proposed The primary coverage the structure the failure emergency treatment general requirement the basic principle and the entire failure treatment flow of the plans were introduced The emergency treatment instruction for the different failures in control system was given The technical points and the effects of implementing the plans were introduced which can provide a reference for making the plans of failure emergency treatment in distributed control system Keywords distributed control system emergency treatment of failure emergency treatment plan 设置等方面各有不同而使故障的解决方法各有差 异 因此 每个电厂应编制适合本厂的 分散控制系 统故障应急处理预案 在机组检修中进行验证和 完善 并定期进行反事故演习 可以提高运行维护 人员在控制系统故障时的应急处理能力 消除分散 控制系统故障时因人员处理不当而导致故障范围 扩大事件的发生 该项工作的开展是进一步贯彻落 实 坚持预防为主 落实安全措施 确保安全生产 的方针 让技术监督由事后监督走向事前监督的一 项有效措施 参考文献 1 孙长生 朱北恒 尹峰 等 火电厂热控系统可靠性配置与事故预 控 M 北京 中国电力出版社 2010 2 孙长生 朱北恒 王建强 等 提高电厂热控系统可靠性技术研究 J 中国电力 2009 42 2 56 59 SUNChang sheng ZHUBei heng WANGJian qiang et al Research on technologies to improve the reliability of I C system for power plants J ElectricPower 2009 42 2 56 59 责任编辑沈法 电力动态 基于3G无线网络的变电站智能监控系统 在智能电网的各种特征中 自愈 是首要的 最具代