热控设备故障导致灭火停炉的原因分析及解决方案_严立德

宁夏电力 2 0 0 7年增刊 2 C a u s e a n a l y s i s a n ds o l v i n gp l a no nf i r e e x t i n c t i o na n db l o w i n g o u t b yf a u l t o f h e a t c o n t r o l a p p a r a t u s Y A NL i d e Y i n c h u a nC o g e n e r a t i o nP o w e r C o L t d Y i n c h u a n7 5 0 0 1 1 C h i n a A b s t r a c t A n a l y z e s f i r e e x t i n c t i o n a n d b l o w i n g o u t s c a u s e l e d b y f a u l t o f h e a t c o n t r o l a p p a r a t u s i n Y i n c h u a n h e a t a n d p o w e r p l a n t T h e n p u t s o u t t h e s o l v i n g p l a n K e y w o r d s c a u s e a n a l y s i s a l t e r a t i o n D C S 热控设备故障导致 灭火停炉的原因分析及解决方案 严立德 银川热电有限责任公司 银川市7 5 0 0 1 1 摘要 对银川热电厂因热控设备故障导致灭火停炉的原因进行分析 并提出了解决方案 关键词 原因分析 改造 D C S 中图分类号 T K 2 2 3 7文献标志码 B文章编号 1 6 7 2 3 6 4 3 2 0 0 7 z k 2 0 0 0 5 0 5 收稿日期 2 0 0 7 0 8 1 1 作者简介 严立德 1 9 6 7 男 高级工程师 从事热电厂热工自动化工作 1前言 银川热电厂为新建热电厂 生产方式为热电联产 一期 装机规模为3 7 5t h次高压煤粉炉 2 1 2 M W抽汽式机组 二期装机规模为3 1 5 0t h高压煤粉炉 2 2 5 M W抽汽式机 组 为银川市的集中供热的现代化企业 考虑到了环保 节 能 高效 一期和二期主设备控制全部采用D C S 自1 9 9 9年1 0月至2 0 0 4年2月 一 二期设备已陆续投 运 运行过程中出现了多次因为热控设备的原因而导致的停 炉事故 本文主要将历次热控设备故障引起锅炉停运的事故 做一个统计 分析产生事故的原因 并提出了解决方案 2热控设备故障统计 1 2 0 0 0年5月6日 由于 2炉向空排汽门关闭不 严 漏汽较大 检修人员到现场检查核实 发现属行程开关 调整不到位所致 对行程开关进行调整 此时集控室内计算 机突然全部失电 2炉发M F T 主燃料跳闸 动作信号 2 炉灭火 电气值班人员检查D C S电源两相保险熔断 热工 检修人员检查 D I开关量输入模块两块烧坏 经检查发现 2炉向空排电动主汽门门头里A 2 2 A 1 2及热工 1 7 1 8两 根线的绝缘皮 由于炉顶温度较高 被烧坏 粘结在一起 另 外还有几根线的绝缘皮也损坏脱落 热工反馈线中串入了 强电2 2 0 V交流 造成热工电路板烧坏 D C S无法操作 2 2 0 0 0年8月2 7日1 1 2 3 集控室内所有操作站突 然画面消失 1 1 2 8 1炉温度低 1机减负荷运行 压力升 高到5 4 7 M P a 同时过热器安全门动作 1 1 3 5画面恢复正 常 但所有调节门无法操作 1 1 4 5 D C S操作恢复正常 事故 原因经初步分析是计算机服务器之间通讯故障 造成备用服 务器不能切换 计算机死机 值班员无法操作现象发生 5 宁夏电力 2 0 0 7年增刊 2 3 2 0 0 1年2月1日1 0时4 0分 3炉D C S画面无法 操作 值班员就地手动操作 调整 3炉运行 使 3炉维持正 常 到1 1时4 8分热控人员处理好后 3炉D C S恢复正常 3炉正常运行 原因是D C S服务器切换后 备用服务器通 讯卡件不能正常通讯所致 4 2 0 0 1年3月1 9日9时1 2分 1 2 3炉同时灭 火 1机组解列 原因是 3炉 2定排电动门开到位信号故 障对D C S的2 4 V电源冲击 造成 3炉2 4 V直流电源保险 熔断的瞬间 2 4 V直流电源保护开关动作 过压 过流保 护 使得D C S 2 4 V直流电源全部失电 3台炉的M F T继电器 失去2 4 V直流电源动作 引起3台炉跳闸 5 2 0 0 1年4月3日1 2时3 1分 1炉磨煤机 2炉排 粉机 3炉磨煤机 3炉排粉机同时跳闸 1热网循环泵D C S 画面上显示黄色 原因是D C S 3控制器保险烧 1 2 3炉的 制粉系统都在 3控制器上 致使3台炉制粉系统跳闸 6 2 0 0 1年1 1月1 3日2 2 2 1 2炉引风机入口挡板突 然关闭 2炉灭火 原因是 2炉引风机挡板运行中突然发生 关闭现象 运行值班人员来不及调整 M F T动作 锅炉灭火 7 2 0 0 2年9月2 9日5 1 5 1炉燃烧系统画面中所有 给粉机全变黄 1炉引风机挡板自动关闭到0 锅炉冒正 压 手动M F T 从D C S事故记录和趋势图上分析 5时1 6 分4 2秒 1炉控制器出现通讯故障 I O卡件与控制器失去 通讯 I O以默认值 最小值 进行输出 导致执行器自动关 闭 C R T上所有模拟量显示为最小值 8 2 0 0 2年1 0月1日9 3 5 2炉运行过程中突然发 M F T 2炉灭火 原因是D C S 6柜中的C 2 R 1 4备用固态 继电器底座击穿 热网首站改造中将加热器温度调节阀开 指令线接入调试送电 A C2 2 0 V通过损坏的继电器底座造 成2 4 V直流电源模块保护动作 2控制器2 4 V电源失去 发M F T 9 2 0 0 3年4月2 5日1 8 3 0 1炉锅炉灭火 原因是 D C S 1控制器通讯卡件出现通信故障 导致T C R T D A O 卡件与控制器通讯故障 A O卡件以最低值输出 D O输出 为0 8台给粉机全停 发失去燃烧跳闸 1 0 2 0 0 3年1 1月7日1 1 0 5 2炉灭火 原因是控制 器与所有卡件失去通讯 控制器软件存在缺陷 3 D C S故障分类 从以上的统计中不难看出 所谓的热控设备故障其实 全部都是一期工程D C S故障 可分为以下四种情况 1 D I通道无隔离 D I卡件耐冲击性能差 当2 2 0 V交 流电窜入D I通道后 立即烧毁3 2通道的整个卡件 一个点 的故障影响了整个控制器的安全运行 2 D C S 2 4 V供电电源选型及电源分配不合理 3炉2 机和公用系统的所有卡件及M F T保护回路共用1个2 4 V 电源 且此电源与大地能构成回路 同样某一个点有强电窜 入或有接地现象 都可引起2 4 V电源故障 继而导致整个 D C S瘫痪 引发大的安全事故 3 控制器与服务器 操作员站与控制器之间的通讯 速率缓慢 服务器死机现象频繁发生 屏幕刷新速率慢 通 讯发生故障时 D C S不可操作 运行人员手足无措 慌乱之 中导致事故发生 4 部分控制器及I O扩展槽质量差 当2 2 0 V厂用电 电压降低时 部分控制器及I O扩展槽就发生通讯中断 I O 输出不受控制 全部以默认值输出 造成事故 4热控设备的改造 基于上述原因 几年来 热控专业人员有针对性地进行 了改造 且收到了良好的效果 4 1所有D I通道加装隔离继电器 4 1 1改造原因 一期D C S为美国h o n e y w e l l公司生产的p l a n t c a p e系 统 其每个开关量输入 D I 卡件均为3 2路 且各通道与现 场信号无隔离 当某一通道信号线有强电或接地时 造成整 个卡件损坏 2 0 0 2年之前已造成了多起停炉事故 且更换 了大量的备品备件 设备维护成本过高 D C S的原意是危险 分散 而在此系统里 一个点的故障即可导致停炉 不符合 危险分散的原则 4 1 2改造过程 由于各D C S柜内空间太小 要加装常规继电器需另加 继电器柜 而电子间又无可扩展的地方 经反复论证 最后 确定如下改造方案 1 利用原接线端子排 改变接线方式 2 选用端子式继电器 见图1 其宽度与原接线端子 等宽 均为6 m m 3 对每一个D I卡件加装隔离继电器电源 2 4 VD C 4 2 4 VD C电源选择高性能模块 至少满足下列条 件 电源接地后可正常工作 耐强电冲击 本次改造共加装7 0 0多个隔离继电器和部分电源模 块 其原理接线见图2 4 1 3改造结果 经过以上改造 实现了开关量输入通道与现场信号的 完全隔离 从图2中可看出 当现场信号出现故障时 D C S 的卡件及控制器绝对不受影响 改造后的设备可靠性大为 热控设备故障导致灭火停炉的原因分析及解决方案 6 宁夏电力 2 0 0 7年增刊 2 图1端子式继电器 注 A 1 A 2不接原D C S 2 4 V电源 接加装后的2 4 V电源 1 1 1 4接D I卡件的输入通道 2 4 V A 1A 2 1 2 1 11 4 M C R 电源模块 现场信号 A N 0 V 2 4 V 熔断器 2 4 V来自 D C S机柜 去D C S D I卡件 隔离 继电 器 A 1 A 2 1 4 1 1 图2隔离继电器原理接线 1控 制 器 I O扩展槽 2控 制 器 I O扩展槽 3控 制 器 I O扩展槽 4控 制 器 I O扩展槽 M F T保 护回路 2 2 0 V 电源模块 D C 2 4 V 图4改造后的供电方式 图3改造前的2 4 V供电方式 o u t 2 4 V o u t 2 4 V 2 2 0 V 1 4控制器I O M F T保 护 回 路 D O输 出 继 电 器 提高 自2 0 0 1年至今 改造后的设备运行平稳 没有发生过 一次因为D I通道的故障引起的停炉现象 此次改造达到了 预期的效果 由于在原端子排上安装了3 2个端子式继电 器 且2个继电器之间有1个接线端子 又有2条跨接片连 接3 2个端子式继电器 实际上 夹在中间的接线端子无法 检修 这是此项改造的不足之处 4 2 D C S的2 4 V电源改造 4 2 1改造原因 银川热电厂一期的D C S是由天津h o n e y w e l l公司集成 的 1 9 9 8年的时候 其在发电厂还没有成功的业绩 有些方 面还在摸索之中 其在2 4 V供电电源配置上存在以下安全 问题 1 所有D I卡件 D O卡件 M F T 主燃料跳闸 继电器 的2 4 V供电电源均来自一路电源 实际运行中已发生多次 D C S全部瘫痪的现象 2 2 4 V电源质量差 当电源接地或有强电输入时 须 停电才能复位 4 2 2改造过程 在D C S电源柜里加装高质量的电源模块 由一对冗余 电源给 1控制器及I O扩展槽提供电源 由一对冗余电源 给 2控制器及I O扩展槽提供电源 由一对冗余电源给 3 控制器及I O扩展槽提供电源 由一对冗余电源给 4控制 器及I O扩展槽提供电源 由一对冗余电源给M F T 主燃料 跳闸 继电器提供电源 改造前的2 4 V供电方式见图3 改 造后的供电方式见图4 4 2 3改造结果 从图4中可以看出 改造后D C S 2 4 V电源的分配趋于 合理 供电的安全性大大提高 但是 此项改造只是将危险 点从整个D C S分散到单个控制器 也就是说 单个点的故 障可导致单个控制器故障 危险点还相对集中 应该将危险 点分散至单个卡件 鉴于电源分配柜柜内空间有限 只能进 行这种方式的改造 4 3一期D C S改造 4 3 1改造原因 经过前两项改造 D C S的安全性有了大的提高 但是 h o n e y w e l l公司提供的整套系统在软 硬件方面有如下缺陷 1 此系统为h o n e y w e l l公司早期开发的针对石油和 化工行业的小型D C S 1 9 9 8年应用到发电厂 银川热电厂 是第一家使用单位 其控制网络通讯速率低于2 M 监控网 络通讯速率低于5 M 监控网络网上最多可挂接1 0个节点 由于银川热电厂挂接了1 2个节点 加上两层网络的通讯速 率低 服务器内存容量过小 运行中经常出现多台操作员站 同时死机和服务器死机的现象 自2 0 0 3年以来 平均每天 都发生多次死机现象 死机时间少则1分钟多则数分钟 为 减少死机次数 热控人员每隔3天要对服务器进行停机切 换 维护量和操作危险性增大 2 I O扩展槽的电源电压适用范围过小 其产品说明 书上提供的资料显示电源电压范围为2 2 0 V 1 0 实际运 行中 当启动 3排粉机时 由于启动电流过大 造成厂用三 段电压降低 D C S的供电电源为厂用 3段电源 约1 m i n 热控设备故障导致灭火停炉的原因分析及解决方案 7 宁夏电力 2 0 0 7年增刊 2 项目A I R T DT CA OD ID O统计 1 0站 1机 3 84 71 408 14 72 2 7 实配4 85 61 601 1 26 42 9 6 余量2 6 3 1 9 1 1 4 33 8 3 3 6 2 3 0 4 1 1站 1炉 6 21 72 81 61 1 19 83 3 2 实配7 22 43 21 81 4 41 2 84 1 8 余量1 6 1 4 1 2 1 4 3 1 2 5 2 9 7 3 0 6 2 5 9 1 2站 2机 3 84 71 408 14 72 2 7 实配4 85 61 601 1 26 42 9 6 余量2 6 3 1 9 1 1 4 33 8 3 3 6 2 3 0 4 1 3站 2炉 6 21 72 81 61 1 19 83 3 2 实配7 22 43 21 81 4 41 2 84 1 8 余量1 6 1 4 1 2 1 4 3 1 2 5 2 9 7 3 0 6 2 5 9 1 4站 3炉 6 41 82 81 61 1 51 0 33 4 4 实配7 22 43 21 81 4 41 2 84 1 8 余量1 2 5 3 3 3 1 4 3 1 2 5 2 5 2 2 4 3 2 1 5 1 5站 热网公用 1 0 71 5401 2 87 03 2 4 实配1 2 02 4801 6 09 64 0 8 余量1 2 1 6 0 01 0 0 0 0 0 2 5 0 3 7 1 2 5 9 实际测点3 7 11 6 11 1 64 86 2 74 6 3 1 7 8 6 实配4 3 22 0 81 3 65 48 1 66 0 8 2 2 5 4 余量1 6 4 2 9 2 1 7 2 1 2 5 3 0 1 3 1 3 2 6 2 注 4台给水泵分别在 1 0站 1 2站 1 4站 1 5站 热网公用系统 都在 1 5站 三套制粉系统分别在3台炉 原 1 2制粉在公用系 统 D I配置内含S O E 1 0 1 2站R T D含E T S巡测3 3点 表1一期改造工程测点配置图 才可恢复正常 压降的幅度已超过I O扩展槽规定的电压 范围 此时 I O扩展槽的通讯模块停止工作 失去与控制器 的联系 即I O模块不受控制器控制 A O 模拟量输出 D O 开关量输出 输出以默认值输出 造成给水及减温水调整 门 送吸风机挡板门 除盐水变频器由正常开度变为全关 给 水泵出口电动门由全开变为全关 直接导致停炉事故发生 3 屏幕刷新速率慢 达5 s以上 由于延迟性过大 造 成运行人员不能立即调整现场参数 有极大的安全隐患 4 D C S供货商为天津h o n e y w e l l公司 由于某种原 因 停止了对银川热电厂的售后服务 4 3 2改造过程 由于各D C S生产商生产的产品互不兼容 要改造就只 能选用新的D C S 热电厂二期工程选用的D C S是北京和利 时公司的M A C S2 0 0 0系统 该系统设计合理 通讯速率快 屏幕刷新速率快 冗余设计 且在国内许多发电厂有成功业 绩 自2 0 0 3年9月二期工程投产以来 二期D C S运行平 稳 单个点的故障并没有引起主站及整个D C S的瘫痪 且 人机界面友好 为中文N T界面 屏幕刷新速率小于2 s 实 践证明 可用北京和利时公司的M A C S2 0 0 0系统改造一期 的D C S 2 0 0 4年3月 公司通过反复论证 最终确定用 M A C S系统改造一期D C S 4 3 3改造方案 1 6个D P U主站分别控制 1 3炉和 1 2机及除氧 公用系统 2 操作界面不变 3 电缆可转接或焊接 4 3 4改造准备工作 2 0 0 3年5月1 1日 一期工程全部停运 随即开始D C S 改造工作 此次改造安装和调试全部由热电厂独立完成 为 了达到预期目的 特做了如下工作 1 合理配置D P U主站 使其符合危险分散的原则 一期工程的D C S由四对冗余的D P U组成 第一对冗余 D P U控制 1炉和 1机 第二对冗余D P U控制 2炉和 2 机 第三对冗余D P U控制 3炉和 1 3炉的制粉系统 第 四对冗余D P U控制除氧器和热网及公用系统 总控制点数 为1 7 8 0点 平均每个D P U控制的点数为4 5 0点左右 从 D P U配置的数量和控制范围及控制点数上看 一期h o n e y w e l 公司的p l a n t s c a p e系统存在以下缺陷 D P U主站配置数量太少 D P U主站数量少就意味着 每个D P U控制的点数多 对于一期D C S 由于D P U主站数 量少 控制的点不能合理分配 只能按上述的方式进行分 配 造成危险过于集中 单个点或单个D P U的故障即可引 起1台机和1台炉的停运或引起3台炉的制粉系统停运 在4年的实际运行中 此类原因引起的事故已发生多起 每个D P U主站控制点数太多 一期工程的D P U的 I O扩展槽在理论上可以挂接许多I O卡件 也就是说每个 D P U可以控制的点数非常多 但在实际应用中 情况并非如 此 在I O扩展槽增多的情况下 由于增加了通讯模件和通 讯用的连接线 而D P U的C P U运算处理处理能力并未加 强 往往造成某一时刻D P U的C P U负荷太重 出现一对冗 余D P U由于通讯故障而互相切换 但最终切换不成功 继 而导致D P U停止工作引起事故发生 考虑到一期D C S有上述缺陷 在此次改造前对点数的 分配上进行了充分论证 既考虑到了危险分散的原则 又考 虑到了D P U的负荷 最终确定配置方案如下 配置六对 D P U 分布在6个机柜里 第一对D P U控制 1机 第二对 D P U控制 1炉 第三对D P U控制 2机 第四对D P U控制 2炉 第五对D P U控制 3炉 第六对D P U控制除氧 热网 及公用设备 总控制点数为1 8 2 5点 由于将巡测仪的测点 改由D C S监视 所以点数有增加 平均每个D P U控制的 点数为3 1 0点左右 此种配置方式是当前中小型电厂常用 的配置 具有较好的性价比和安全性 每个D P U控制的点 数在最佳范围之内 具体配置见表1 热控设备故障导致灭火停炉的原因分析及解决方案 8 宁夏电力 2 0 0 7年增刊 2 2 重新分配I O点 使其更合理 一期h o n e y w e l公司的p l a n t s c a p e系统控制部分由6个 机柜组成 1柜安装8台控制器 四对冗余控制器 2机柜 安装 1控制器的I O扩展箱和I O点的接线端子 3机柜 安装 2控制器的I O扩展箱和I O点的接线端子 4机柜 安装 3控制器的I O扩展箱和I O点的接线端子 5机柜 安装 4控制器的I O扩展箱和I O点的接线端子 6机柜 安装 1 4控制器D O输出继电器 由于扩展柜数量配置 少 造成M F T硬联锁回路没有足够的地方进行安装和I O 点数分配不均 只好将 1 3炉的M F T硬联锁回路安装在 继电器输出柜 将 1 3炉制粉系统的I O点分配在 3控制 器里 这样做的直接结果是将锅炉保护的危险进行集中 将 锅炉制粉系统的危险进行集中 在一期设备4年多的运行 过程中 曾经发生了多次3个锅炉同时M F T和3个锅炉制 粉系统瘫痪导致停炉的事故 4