【2017年整理】第01章 磁性物理学

第一章磁性物理学（LISATAUXE著，刘青松译）建议补充读物关于基础知识，可以参考BUTLER1992，14页；以及大学物理教科书中关于磁学基础的有关章节。更多信息可参看JILES1992和CULLITY1972的第一章。本章中，我们将了解磁学的基本物理基础，我们主要使用基于“米千克秒”制的国际单位（SI）系统。在磁学中，还有另外一些单位系统也是很重要的，其中，最常用的基于CGS系统的电磁单位系统页也将在本章后面介绍。11什么是磁场和重力场一样，磁场既看不见也摸不着。对于地球重力场来说，我们可以通过引力直接感知其存在。而对于磁场，只有它作用于一些磁性物体时（例如某些被磁化的金属，天然磁石，或者通电的线圈），我们才能确定其存在。例如，如果我们把一个磁化的针头放在漂于水面的软木塞上，它会缓慢地指向其周围的磁场方向。再比如，通电的线圈会产生磁场，从而引起其附近的磁针转动。磁场的概念正是根据这些现象建立起来的。电流能够产生磁场，因此我们可以借助于电场来定义由其产生的磁场。图11A展示了当导线通以电流I时，其四周铁屑分布的情形。根据右手法则，右手的大拇指指向电流方向（即正方向，与电子流动方向相反），其它成环状的四指则指示了相应的磁场方向（图11B）。磁场H同时垂直于电流方向和径向单位矢量R（图11B），其强度与电流强度I成正比。如图11所示，磁场强度H可以由安培定律给出因此，磁场强度H的单位为AM1。安培定律的最普遍形式服从麦克斯韦电磁方程。在稳定电场情况下，HJF,其中JF是电流密度。也就是说，磁场的旋度等效于电流场的密度。12磁矩我们已知电流在其四周产生环绕的磁场。如果把通电导线圈成一个面积为R2的圆环（图12A），其周围的铁屑则展示了其产生的磁场的形态。这个磁场等效于一个磁矩为M的磁铁产生的磁场（图12B）。由电流I产生的磁场，其强度和圆环的面积相关（圆环越大，磁矩就越大），即MIR2。由N个圆环产生的总磁矩是由这些单一圆环产生的磁矩的迭加，即因此，磁矩M的单位为AM2。图11A在一个通有电流I的导线周围铁屑的分布情况。B对于一根直导线，通过的电流与其产生的磁场的关系图图A来自JILES1992图12A铁屑显示了由环状电流产生的磁场形态。B由一个电流强度为I，面积为R2的圆环产生的磁场等效于一个磁矩为M的磁铁产生的磁场。C由多个圆环产生的总磁场等于所有单个圆环产生磁场的叠加。有关铁屑分布的图件来自JILES199213磁通量磁场是一个矢量场，因为在任何一点它都由方向和强度共同定义。现在考虑一个由条形磁铁产生的磁场（图13），其方向如箭头所示，而其强度则由磁力线的密度确定。磁力线即为磁通量，其密度可用来衡量磁场的强度（即磁感应强度B）。磁通量密度（即磁感应强度）可通过在磁场中运动的导体来量化。假设导体长度为L，相对于磁场的运动速度为V，那么在导体上产生的电势差为VVLB（图13）。磁感应强度的单位为特斯拉（T）。一特斯拉的磁场可以使长度为1米，相对于磁场的运动速度为1米每秒的导体产生1伏特的电压，即1T1VSM2。磁感应强度（B）等价于磁通量密度，也就是单位面积上的磁通量。因此，磁通量增量D等于磁场B于面积增量DA的乘积。这里的“面积”等于导线长度L与时间DT内的位移DS的乘积，即时速率为DVDS/DT，所以DBDA。磁通量变化率为方程12被称为法拉第定律，其最普遍的形式是麦克斯韦方程组的第四个方程。从这个公式可以看出磁通量的单位是韦伯（WB）。一个通有一安培电流的单个线圈能够产生一伏特电压的磁通量定义为一韦伯。这个定义指示了一种测量磁感应强度的方法，也就是磁通门磁力仪的原理。图13铁屑的分布展示了磁矩M产生的矢量磁场B。如果磁场的运动速度为V,它在一个长度为L的导体中产生的电压为V。有关铁屑的图件来自JILES199214磁能磁矩M具有其相应的静磁能（MAGNETOSTATICENERGY,EM）。这个能量可使磁矩为M的小磁针向磁场方向偏转（图14）。这个能量大小等于MB，或者MBCOS，其中M和B分别是M和B的大小。磁能的单位是焦耳。图14磁矩为M的磁针会向磁场B的方向偏转。所需要的能量叫静磁能，当M和B的夹角最大时该能量达到极大值。15磁化强度和磁化率磁化强度（MAGNETIZATION,M）是单位体积或者单位质量的磁矩，相应的单位分别为AM1与AM2KG1。质子和电子可以等效于小磁矩。当有外场作用时，它们会被感应磁化。感应磁化强度与外场H的关系为其中B是体磁化率（BULKMAGNETICSUSCEPTIBILITY），它是多种参数的函数，诸如样品的定向、温度、应力状态、观测的时间尺度以及外场大小等，但是它通常作为标量使用。某些物质即使没有外加磁场的作用也可以产生磁场（例如永久磁铁）。我们在稍后将得知，这些所谓的“自发“磁矩也可以由电子自旋产生。在某些晶体中，电子自旋按一定方式排列，因此产生一个净磁场。这种磁矩，如果通过某些机制固定下来，就能记录古磁场。这种剩余磁化强度就是古地磁场的基础，并将在下面的章节种详细讨论。16B和H的关系综上所述，B和H密切相关。而在实际的古地磁学研究中，二着都被称作“磁场”（MAGNETICFIELD）。严格地讲，H是磁场，而B是磁感应强度，但是二者之间的区别常常被忽略。B和H的确切关系为其中0是自由空间磁导率（THEPERMEABILITYOFFREESPACE），04107HM1。17CGS系统中的磁学单位到目前为止，我们已经得到了国际单位制（SI）的磁学单位。然而，实际上，你会发现，许多实验室以及文献中，科学家们往往使用CGS单位系统，也就是根据厘米、克、秒来定义磁学单位。这两种单位系统的转换往往造成不必要的混乱甚至错误，因此值得进一步澄清。在CGS系统中推导磁学单位与在SI系统中完全不同。首先我们考虑一个强度为P的磁极（CULLITY,1972）。根据库仑定律，用类推的方法，可以得出两个磁极P1和P2之间的作用力。由库仑定律给出的两个电荷（Q1，Q2）之间的力为其中R为两个电荷之间的距离。在CGS单位系统中，比例常数K为1。而在SI单位系统中，其值为，其中，C是真空中的光速。因此88591012ASV1M1。由此可见0为什么大多数学者偏爱CGS单位而不是SI单位。但是，AGU的杂志不容许使用CGS单位，即使不情愿，我们还得面对这一现实。对于磁学单位，我们考虑强度为P1,P2的磁极，其单位为静电单位（ELECTROSTATICUNITS，ESU），那么式15变为在CGS单位系统中，力的单位为达因（DYN），所以那么一个单位的磁极强度为1GM1/2CM3/2S1。实际上，自然界没有独立的单磁极子，而只能以偶极子的方式存在。但是安慰磁极强度的概念仍然是CGS磁学单位的核心。一个磁极子或者一个独立的电荷会在其周围空间产生一个磁感应强度0H。一个单位的磁场强度定义为（1OERSTED或者OE）相当于在每单位磁极强度上施加一达因的力。因此三者之间的关系为所以，具有一单位磁极强度的磁极放在一OE的磁场中会受到一达因的力。这个力也等效于在距离具有一个磁极强度的磁极1CM的地方所受到的力。因此，在距离一个单极子1CM的地方的磁场为1OE，并且按着1/R2的规律递减。现在我们可以定义1OE是每平方CM上1LINE的力。假设一个半径为R的球包围一个磁单极子，球的表面积为4R2，这个球就为单位圆球（AUNITSPHERE）（R1），在球面上的磁场就为1OE。那么一定有4LINES的力穿过这个球。至于磁矩，从CGS系统的观点看，我们假设一个长为L的磁铁，其两端磁极的强度为P。把这个磁铁放在0H的磁场中，那么这个磁铁所受的扭力矩为其中PL是磁矩M，的单位是能量（在CGS系统中，其单位是ERGS），所以，磁矩的定位是ERGS/OE。我们因此定义一电磁单位（EMU）为1ERG/OE。有人用EMU来代替体积归一化的磁化强度，但是这是不正确的。注意，以上推导中我们用了系数0。在使用CGS单位的CULLITY（1972）以及很多书籍和文章中，这个系数并不存在。原因是，在应用CGS系统时，这个系数值为1，所以OERSTEDSH和GAUSSB经常被互换使用。然而在SI系统中，二者并不相同，因为这个系数的值为4X107。表11总结了常用的SI和CGS单位之间的转换关系。表11SI和CGS单位之间的转换关系参数SI单位CGS单位转换磁矩MAM2EMU1AM2103EMU磁化强度MAM1EMUCM31AM1103EMUCM3磁场HAM1OERSTEDOE1AM14X103OE磁感应强度BTGAUSSG1T104G自由空间磁导率0HM114X107HM11磁化率总值M/HM3EMUOE1体积归一M/HEMUCM3OE1质量归一M3KG1EMUG1OE1（）1HKGM2A2S2,1EMU1GCM3,BHM,1TKGA1S2。018磁位场一个孤立的电荷能够产生电场，并以电荷为中心向外发散（图15A）。因为电力线没有回路，在图中存在一个净通量穿过虚线代表的盒子。电场向外发散这一特征可以用来定义，它为该净通量的定量表达。对于电荷周围的电场，不为零。图15A一个电荷及其产生的向外发散的电场。图中可见由一个通向虚线代表的盒子之外的净通量，可以表示为。其值与盒子内部的源成正比。B磁偶极子，没有单独的磁荷。在任意空间内例如虚线代表的盒子，任何磁通量流进，又流出，因此净磁通量为零，即。磁场与电场不同。电荷可以独立存在，但是磁极子却不能，正负磁极子总是成双存在（磁偶极子）。因此，磁力线从一个磁极出发，必然要回到与之对应的另一个磁极，这样，净磁通量为零（图15B）。因此，磁场不具有发散性。这一性质可以描述成麦克斯韦方程组之一。我们已经知道磁场的旋度（）与电流密度（并不总为零）相关。因此，磁场并不能够用一个标量场的梯度来表示。然而，在缺少电流的特殊情况下，磁场能够用一个标量场（即，磁势MAGNETICPOTENTIAL,M）的梯度来表达磁矩M能够产生磁场，并能被表示为标量场的梯度。同时，磁场的散度为零，因此，。这就是拉普拉斯方程。磁势M是半径为R的矢量及其与磁矩的夹角共同表达的函数。给定一个偶极矩（DIPOLEMOMENT）M，求解拉普拉斯方程，得到它产生的磁场的M为在点P磁场H的径向和切向的分量（图16）分别为和图16在点P由磁矩M产生的磁场H。HR和H分为磁场的径向和切向分量。19地磁发电机麦克斯韦方程告诉我们电场与变化的磁场紧密相关并相互作用。在磁场中移动一个电导体会产生电流。这就是发电机的原理。由图17我们看到如何把机械能转化为磁能。旋转盘由金属构成。在一个初始磁场下，转动的圆盘会产生一个新的电位图17B。用来连接的刷子使得电流从导线流向线圈，从而产生新的磁场。如果圆盘的转动方向合适，新产生的磁场会迭加在初始磁场上，从而增大了初始磁场。如果系统涉及两个相互连接的圆盘时，这两个圆盘产生的磁场会相互作用，从而会处于一种随机状态。即使圆盘转动方式保持不变，磁场也会改变极性。与地球磁场相比，虽然这只是一个简单的模型，它证实了运动的电导体能够产生磁场。对于地球，这个运动的电导体就是由熔融铁构成的外核。图17法拉第圆盘发电机。A电磁体产生一个初始磁场（细箭头）。红盘子是导电盘。B当导电盘旋转时，电荷垂直于磁场方向运动，这样在圆盘外围与中心的导电棒之间产生电势差。C当导电盘与线圈相连接时，如果电流产生与初始磁场的方向相同的磁场，那么初始磁场就被增大。（PHILIPSTAUDIGEL帮助绘图）附录本附录将介绍一些有助于理解磁学的数学基本知识。A矢量A1矢量加法为了把矢量A和B相加（见图A1），首先把它们分解为AX,Y和BX,Y。例如，其中|A|是矢量A的长度。相加后的矢量为C，。这一结果还可以转换为极坐标（包括幅值和角度）。A2矢量减法与矢量加法相似，首先把矢量A和B分解，然后相减的结果为C，。图A1矢量A和B，它们的分量AX,Y和BX,Y及其与X轴的夹角和。这两个矢量之间的夹角为。在X和Y轴方向的单位矢量为和。XYA3矢量乘法矢量相乘有两种形式。第一种为点乘，这是一个标量。如果A、B都为单位矢量，那么结果就是两个矢量之间夹角的余弦。另外一种形式是叉乘积（见图A2）。其结果也是一个矢量，方向与矢量A和B垂直。其分量可以按下面的式子求得为了计算这个行列式，我们遵循如下准则或者图A2矢量A和B（夹角为）的叉乘，从而得到正交的矢量C。A4坐标变换在古地磁学中，我们不得不经常进行坐标系变换，例如从样品坐标系统到地理坐标系统，或者进行构造校正。为了讨论这一过程，我们在图A3中显示一个简单的二维情况。给定一个矢量（图A3A），它与轴X1的夹角为。为了变换到另外一个坐标系统（轴为和），我们首先得定义一组系数，即方向余弦。例如，方向余弦12是轴X1和夹角的余弦。总共我们可以定义四个方向余弦来完整地描述这两个坐标系统之间的关系第一个下标与第二个下标分别代表旧与新的系统。从旧坐标系中得到新的坐标值在三维坐标中一个简便的表达为。也就是对每一个坐标轴I，把对应的所有维数的AIJ相加。图A3轴变换。A在一个坐标系中定义X1和X2。B旧的X轴与新的X轴之间角度的定义。B梯度与散度B1梯度，我们经常要沿着三轴方向对一个方程进行求导。例如，我们想要了解一个滑雪场地的地形特征见图B1。在X和Y坐标系中，对于每一个点（即在X、Y坐标系中），我们知道它的海拔高度。这是一个标量函数。现在我们想要建造一个滑雪胜地，为此，我们需要知道最陡峭的斜坡和下降方向图B1的红色箭头。图B1一个滑雪场所涉及的矢量（每点最陡的坡度的方向和大小，用红色箭头表示）和标量（海拔）之间的关系。要想把标量场（海拔与位置）转化为矢量场（最大坡度的方向和大小），我们需要队地形函数进行求导。假设我们有一个比较奇怪的二维地形，其符合正弦函数，即ZFXSINX，其中Z为高度，和X为距离一个标志的水平距离。在X方向（）的坡度为。如果FX,Y,Z是一个三维地形，那么地形梯度为为了便捷，我们定义VECTORDIFFERENTIALOPERATOR为矢量，其分量为在极坐标中，可表示为与滑雪场地的地形梯度类似，磁场也可以表达为一个标量函数的梯度。这个标量函数定义为磁位场。在第一章中我们讨论过，磁场H是标量位场的梯度M对于一个简单的偶极场那么，该磁场的径向和切向分量分别为和B2散度一个矢量（如，H）的散度为这里我们把当成一个矢量，根据矢量点乘法，在笛卡儿坐标系中，与所有的矢量点乘一样，矢量的散度是一个标量。图B2具有非零散度的矢量场。B3散度的几何解释之所以选择散度来命名是因为描述有多少矢量从源头发散出去。实际上散度是定量地衡量流入与流出一个区域的净通量。图B2描述了一个矢量函数，其幅度与离中心的距离成线性正比，即VRR。这个函数的散度是这是一个标量。没有箭头返回到虚线盒子，而仅仅有发散出去的矢量。这个非零的散度代表发散出盒子外的净通量。现在来看图B3描述的矢量函数，它在空间中是个常量，即VRK。这个函数的散度为零。零散度表示流入与流出的矢量相同。也就是说，零净通量产生零散度。因此，磁场的散度为零暗示着没有点源（即，单极子）存在。这与电场的情形是不同的，电场具有与电子或者质子相关的散度。图B3散度为零的矢量场。图B4旋度不为零的矢量场。B4旋度B的旋度定义为。在笛卡儿坐标系中，我们得到旋度用来度量矢量函数环绕着一个给定点的程度。用于描述旋涡中水的流速的方程包含旋度，而平滑水流的函数则不包含这个参数。图B4描述的是矢量函数。这个函数的旋度为或者所以其旋度为正，方向则沿着轴。当电流或者变换电场存在时，磁场的旋度不为零。然而，在自由空间，远离电流（比如闪电），磁场的旋度为零。参考文献BUTLER,RF1992,PALEOMAGNETISMMAGNETICDOMAINSTOGEOLOGICTERRANES,BLACKWELLSCIENTIFICPUBLICATIONSCULLITY,B1972,INTRODUCTIONTOMAGNETICMATERIALS,ADDISONWESLEYPUBLISHINGCOMPANYJILES,DC1992,NUMERICALDETERMINATIONOFHYSTERESISPARAMETERSFORTHEMODELINGOFMAGNETICPROPERTIESUSINGTHETHEORYOFFERROMAGNETICHYSTERESIS,IEEETRANSACTIONSONMAGNETICS28,2735电厂分散控制系统故障分析与处理作者单位摘要归纳、分析了电厂DCS系统出现的故障原因，对故障处理的过程及注意事项进行了说明。为提高分散控制系统可靠性，从管理角度提出了一些预防措施建议，供参考。关键词DCS故障统计分析预防措施随着机组增多、容量增加和老机组自动化化改造的完成，分散控制系统以其系统和网络结构的先进性、控制软件功能的灵活性、人机接口系统的直观性、工程设计和维护的方便性以及通讯系统的开放性等特点，在电力生产过程中得到了广泛应用，其功能在DAS、MCS、BMS、SCS、DEH系统成功应用的基础上，正逐步向MEH、BPC、ETS和ECS方向扩展。但与此同时，分散控制系统对机组安全经济运行的影响也在逐渐增加；因此如何提高分散控制系统的可靠性和故障后迅速判断原因的能力，对机组的安全经济运行至关重要。本文通过对浙江电网机组分散控制系统运行中发生的几个比较典型故障案例的分析处理，归纳出提高分散系统的可靠性的几点建议，供同行参考。1考核故障统计浙江省电力行业所属机组，目前在线运行的分散控制系统，有TELEPERMME、MOD300，INFI90，NETWORK6000，MACS和MACS，XDPS400，A/I。DEH有TOSAMAPGS/C800，DEHIIIA等系统。笔者根据各电厂安全简报记载，将近几年因分散控制系统异常而引起的机组故障次数及定性统计于表1表1热工考核故障定性统计2热工考核故障原因分析与处理根据表1统计，结合笔者参加现场事故原因分析查找过程了解到的情况，下面将分散控制系统异常（浙江省电力行业范围内）而引起上述机组设备二类及以上故障中的典型案例分类浅析如下21测量模件故障典型案例分析测量模件“异常”引起的机组跳炉、跳机故障占故障比例较高，但相对来讲故障原因的分析查找和处理比较容易，根据故障现象、故障首出信号和SOE记录，通过分析判断和试验，通常能较快的查出“异常”模件。这种“异常”模件有硬性故障和软性故障二种，硬性故障只能通过更换有问题模件，才能恢复该系统正常运行；而软性故障通过对模件复位或初始化，系统一般能恢复正常。比较典型的案例有三种（1）未冗余配置的输入/输出信号模件异常引起机组故障。如有台130MW机组正常运行中突然跳机，故障首出信号为“轴向位移大”，经现场检查，跳机前后有关参数均无异常，轴向位移实际运行中未达到报警值保护动作值，本特利装置也未发讯，但LPC模件却有报警且发出了跳机指令。因此分析判断跳机原因为DEH主保护中的LPC模件故障引起，更换LPC模件后没有再发生类似故障。另一台600MW机组，运行中汽机备用盘上“汽机轴承振动高”、“汽机跳闸”报警，同时汽机高、中压主汽门和调门关闭，发电机逆功率保护动作跳闸；随即高低压旁路快开，磨煤机B跳闸，锅炉因“汽包水位低低”MFT。经查原因系1高压调门因阀位变送器和控制模件异常，使调门出现大幅度晃动直至故障全关，过程中引起1轴承振动高高保护动作跳机。更换1高压调门阀位控制卡和阀位变送器后，机组启动并网，恢复正常运行。（2）冗余输入信号未分模件配置，当模件故障时引起机组跳闸如有一台600MW机组运行中汽机跳闸，随即高低压旁路快开，磨煤机B和D相继跳闸，锅炉因“炉膛压力低低”MFT。当时因系统负荷紧张，根据SOE及DEH内部故障记录，初步判断的跳闸原因而强制汽机应力保护后恢复机组运行。二日后机组再次跳闸，全面查找分析后，确认2次机组跳闸原因均系DEH系统三路“安全油压力低”信号共用一模件，当该模件异常时导致汽轮机跳闸，更换故障模件后机组并网恢复运行。另一台200MW机组运行中，汽包水位高值，值相继报警后MFT保护动作停炉。查看CRT上汽包水位，2点显示300MM，另1点与电接点水位计显示都正常。进一步检查显示300MM的2点汽包水位信号共用的模件故障，更换模件后系统恢复正常。针对此类故障，事后热工所采取的主要反事故措施，是在检修中有针对性地对冗余的输入信号的布置进行检查，尽可能地进行分模件处理。（3）一块I/O模件损坏，引起其它I/O模件及对应的主模件故障如有台机组“CCS控制模件故障“及“一次风压高低”报警的同时，CRT上所有磨煤机出口温度、电流、给煤机煤量反馈显示和总煤量百分比、氧量反馈，燃料主控BTU输出消失，F磨跳闸（首出信号为“一次风量低”）。4分钟后CRT上磨煤机其它相关参数也失去且状态变白色，运行人员手动MFT（当时负荷410MW）。经检查电子室制粉系统过程控制站（PCU01柜MOD4）的电源电压及处理模件底板正常，二块MFP模件死机且相关的一块CSI模件（模位153，有关F磨CCS参数）故障报警，拔出检查发现其5VDC逻辑电源输入回路、第4输出通道、连接MFP的I/O扩展总线电路有元件烧坏（由于输出通道至BCS（24VDC），因此不存在外电串入损坏元件的可能）。经复位二块死机的MFP模件，更换故障的CSI模件后系统恢复正常。根据软报警记录和检查分析，故障原因是CSI模件先故障，在该模件故障过程中引起电压波动或I/O扩展总线故障，导致其它I/O模件无法与主模件MFP03通讯而故障，信号保持原值，最终导致主模件MFP03故障（所带AF磨煤机CCS参数），CRT上相关的监视参数全部失去且呈白色。22主控制器故障案例分析由于重要系统的主控制器冗余配置，大大减少了主控制器“异常”引发机组跳闸的次数。主控制器“异常”多数为软故障，通过复位或初始化能恢复其正常工作，但也有少数引起机组跳闸，多发生在双机切换不成功时，如（1）有台机组运行人员发现电接点水位计显示下降，调整给泵转速无效，而CRT上汽包水位保持不变。当电接点水位计分别下降至甲300MM，乙250MM，并继续下降且汽包水位低信号未发，MFT未动作情况下，值长令手动停炉停机，此时CRT上调节给水调整门无效，就地关闭调整门；停运给泵无效，汽包水位急剧上升，开启事故放水门，甲、丙给泵开关室就地分闸，油泵不能投运。故障原因是给水操作站运行DPU死机，备用DPU不能自启动引起。事后热工对给泵、引风、送风进行了分站控制，并增设故障软手操。（2）有台机组运行中空预器甲、乙挡板突然关闭，炉膛压力高MFT动作停炉；经查原因是风烟系统I/O站DPU发生异常，工作机向备份机自动切换不成功引起。事后电厂人员将空预器烟气挡板甲1、乙1和甲2、乙2两组控制指令分离，分别接至不同的控制站进行控制，防止类似故障再次发生。23DAS系统异常案例分析DAS系统是构成自动和保护系统的基础，但由于受到自身及接地系统的可靠性、现场磁场干扰和安装调试质量的影响，DAS信号值瞬间较大幅度变化而导致保护系统误动，甚至机组误跳闸故障在我省也有多次发生，比较典型的这类故障有（1）模拟量信号漂移为了消除DCS系统抗无线电干扰能力差的缺陷，有的DCS厂家对所有的模拟量输入通道加装了隔离器，但由此带来部分热电偶和热电阻通道易电荷积累，引起信号无规律的漂移，当漂移越限时则导致保护系统误动作。我省曾有三台机组发生此类情况（二次引起送风机一侧马达线圈温度信号向上漂移跳闸送风机，联跳引风机对应侧），但往往只要松一下端子板接线（或拆下接线与地碰一下）再重新接上，信号就恢复了正常。开始热工人员认为是端子柜接地不好或者I/O屏蔽接线不好引起，但处理后问题依旧。厂家多次派专家到现场处理也未能解决问题。后在机组检修期间对系统的接地进行了彻底改造，拆除原来连接到电缆桥架的AC、DC接地电缆；柜内的所有备用电缆全部通过导线接地；UPS至DCS电源间增加1台20KVA的隔离变压器，专门用于系统供电，且隔离变压器的输出端N线与接地线相连，接地线直接连接机柜作为系统的接地。同时紧固每个端子的接线；更换部份模件并将模件的软件版本升级等。使漂移现象基本消除。（2）DCS故障诊断功能设置不全或未设置。信号线接触不良、断线、受干扰，使信号值瞬间变化超过设定值或超量程的情况，现场难以避免，通过DCS模拟量信号变化速率保护功能的正确设置，可以避免或减少这类故障引起的保护系统误动。但实际应用中往往由于此功能未设置或设置不全，使此类故障屡次发生。如一次风机B跳闸引起机组RB动作，首出信号为轴承温度高。经查原因是由于测温热电阻引线是细的多股线，而信号电缆是较粗的单股线，两线采用绞接方式，在震动或外力影响下连接处松动引起轴承温度中有点信号从正常值突变至无穷大引起（事后对连接处进行锡焊处理）。类似的故障有民工打扫现场时造成送风机轴承温度热电阻接线松动引起送风机跳闸；轴承温度热电阻本身损坏引起一次风机跳闸；因现场干扰造成推力瓦温瞬间从99突升至117，1秒钟左右回到99，由于相邻第八点已达85，满足推力瓦温度任一点105同时相邻点达85跳机条件而导致机组跳闸等等。预防此类故障的办法，除机组检修时紧固电缆和电缆接线，并采用手松拉接线方式确认无接线松动外，是完善DCS的故障诊断功能，对参与保护连锁的模拟量信号，增加信号变化速率保护功能尤显重要（一当信号变化速率超过设定值，自动将该信号退出相应保护并报警。当信号低于设定值时，自动或手动恢复该信号的保护连锁功能）。（3）DCS故障诊断功能设置错误我省有台机组因为电气直流接地，保安1A段工作进线开关因跳闸，引起挂在该段上的汽泵A的工作油泵A连跳，油泵B连锁启动过程中由于油压下降而跳汽泵A，汽泵B升速的同时电泵连锁启动成功。但由于运行操作速度过度，电泵出口流量超过量程，超量程保护连锁开再循环门，使得电泵实际出水小，B泵转速上升到5760转时突然下降1000转左右（事后查明是抽汽逆止阀问题），最终导致汽包水位低低保护动作停炉。此次故障是信号超量程保护设置不合理引起。一般来说，DAS的模拟量信号超量程、变化速率大等保护动作后，应自动撤出相应保护，待信号正常后再自动或手动恢复保护投运。24软件故障案例分析分散控制系统软件原因引起的故障，多数发生在投运不久的新软件上，运行的老系统发生的概率相对较少，但一当发生，此类故障原因的查找比较困难，需要对控制系统软件有较全面的了解和掌握，才能通过分析、试验，判断可能的故障原因，因此通常都需要厂家人员到现场一起进行。这类故障的典型案例有三种（1）软件不成熟引起系统故障此类故障多发生在新系统软件上，如有台机组80额定负荷时，除DEH画面外所有DCS的CRT画面均死机（包括两台服务器），参数显示为零，无法操作，但投入的自动系统运行正常。当时采取的措施是运行人员就地监视水位，保持负荷稳定运行，热工人员赶到现场进行系统重启等紧急处理，经过30分钟的处理系统恢复正常运行。故障原因经与厂家人员一起分析后，确认为DCS上层网络崩溃导致死机，其过程是服务器向操作员站发送数据时网络阻塞，引起服务器与各操作员站的连接中断，造成操作员站读不到数据而不停地超时等待，导致操作员站图形切换的速度十分缓慢（网络任务未死）。针对管理网络数据阻塞情况，厂家修改程序考机测试后进行了更换。另一台机组曾同时出现4台主控单元“白灯”现象，现场检查其中2台是因为A机备份网停止发送，1台是A机备份网不能接收，1台是A机备份网收、发数据变慢（比正常的站慢几倍）。这类故障的原因是主控工作机的网络发送出现中断丢失，导致工作机发往备份机的数据全部丢失，而双机的诊断是由工作机向备份机发诊断申请，由备份机响应诊断请求，工作机获得备份机的工作状态，上报给服务器。由于工作机的发送数据丢失，所以工作机发不出申请，也就收不到备份机的响应数据，认为备份机故障。临时的解决方法是当长时间没有正确发送数据后，重新初始化硬件和软件，使硬件和软件从一个初始的状态开始运行，最终通过更新现场控制站网络诊断程序予以解决。（2）通信阻塞引发故障使用TELEPERMME系统的有台机组，负荷300MW时,运行人员发现煤量突减，汽机调门速关且CRT上所有火检、油枪、燃油系统均无信号显示。热工人员检查发现机组EHF系统一柜内的I/OBUS接口模件ZT报警灯红闪，操作员站与EHF系统失去偶合，当试着从工作站耦合机进入OS250PC软件包调用EHF系统时，提示不能访问该系统。通过查阅DCS手册以及与SIEMENS专家间的电话分析讨论，判断故障原因最大的可能是在三层CPU切换时，系统处理信息过多造成中央CPU与近程总线之间的通信阻塞引起。根据商量的处理方案于当晚11点多在线处理，分别按三层中央柜的同步模件的SYNC键，对三层CPU进行软件复位先按CPU1的SYNC键，相应的红灯亮后再按CPU2的SYNC键。第二层的同步红灯亮后再按CPU3的同步模件的SYNC键，按3秒后所有的SYNC的同步红灯都熄灭，系统恢复正常。（3）软件安装或操作不当引起有两台30万机组均使用CONDUCTORNT50作为其操作员站，每套机组配置3个SERVER和3个CLIENT，三个CLIENT分别配置为大屏、值长站和操作员站,机组投运后大屏和操作员站多次死机。经对全部操作员站的SERVER和CLIENT进行全面诊断和多次分析后，发现死机的原因是1一台SERVER因趋势数据文件错误引起它和挂在它上的CLIENT在当调用趋势画面时画面响应特别缓慢（俗称死机）。在删除该趋势数据文件后恢复正常。2一台SERVER因文件类型打印设备出错引起该SERVER的内存全部耗尽，引起它和挂在它上的CLIENT的任何操作均特别缓慢，这可通过任务管理器看到DEVEXE进程消耗掉大量内存。该问题通过删除文件类型打印设备和重新组态后恢复正常。3两台大屏和工程师室的CLIENT因声音程序没有正确安装，当有报警时会引起进程CHANGEEXE调用后不能自动退出，大量的CHANGEEXE堆积消耗直至耗尽内存，当内存耗尽后，其操作极其缓慢（俗称死机）。重新安装声音程序后恢复正常。此外操作员站在运行中出现的死机现象还有二种一种是鼠标能正常工作，但控制指令发不出，全部或部分控制画面不会刷新或无法切换到另外的控制画面。这种现象往往是由于CRT上控制画面打开过多，操作过于频繁引起，处理方法为用鼠标打开VMS系统下拉式菜单，RESET应用程序，10分钟后系统一般就能恢复正常。另一种是全部控制画面都不会刷新，键盘和鼠标均不能正常工作。这种现象往往是由操作员站的VMS操作系统故障引起。此时关掉OIS电源，检查各部分连接情况后再重新上电。如果不能正常启动，则需要重装VMS操作系统；如果故障诊断为硬件故障，则需更换相应的硬件。（4）总线通讯故障有台机组的DEH系统在准备做安全通道试验时，发现通道选择按钮无法进入，且系统自动从“高级”切到“基本级”运行，热控人员检查发现GSE柜内的所有输入/输出卡CSEA/CSEL的故障灯亮,经复归GSE柜的REG卡后，CSEA/CSEL的故障灯灭，但系统在重启“高级”时，维护屏不能进入到正常的操作画面呈死机状态。根据报警信息分析，故障原因是系统存在总线通讯故障及节点故障引起。由于阿尔斯通DEH系统无冗余配置，当时无法处理，后在机组调停时，通过对基本级上的REG卡复位，系统恢复了正常。（5）软件组态错误引起有台机组进行1中压调门试验时，强制关闭中间变量IV1RCO信号，引起14中压调门关闭，负荷从198MW降到34MW，再热器压力从204MP升到40MPA,再热器安全门动作。故障原因是厂家的DEH组态，未按运行方式进行，流量变量本应分别赋给IV1RCOIV4RCO，实际组态是先赋给IV1RCO，再通过IV1RCO分别赋给IV2RCOIV4RCO。因此当强制IV1RCO0时，所有调门都关闭，修改组态文件后故障消除。25电源系统故障案例分析DCS的电源系统，通常采用11冗余方式（一路由机组的大UPS供电，另一路由电厂的保安电源供电），任何一路电源的故障不会影响相应过程控制单元内模件及现场I/O模件的正常工作。但在实际运行中，子系统及过程控制单元柜内电源系统出现的故障仍为数不少，其典型主要有（1）电源模件故障电源模件有电源监视模件、系统电源模件和现场电源模件3种。现场电源模件通常在端子板上配有熔丝作为保护，因此故障率较低。而前二种模件的故障情况相对较多1）系统电源模件主要提供各不同等级的直流系统电压和I/O模件电压。该模件因现场信号瞬间接地导致电源过流而引起损坏的因素较大。因此故障主要检查和处理相应现场I/O信号的接地问题，更换损坏模件。如有台机组负荷520MW正常运行时MFT，首出原因“汽机跳闸“。CRT画面显示二台循泵跳闸，备用盘上循泵出口阀86信号报警。5分钟后运行巡检人员就地告知循泵A、B实际在运行，开关室循泵电流指示大幅晃动且A大于B。进一步检查机组PLC诊断画面，发现控制循泵A、B的二路冗余通讯均显示“出错”。43分钟后巡检人员发现出口阀开度小就地紧急停运循泵A、B。事后查明A、B两路冗余通讯中断失去的原因，是为通讯卡提供电源支持的电源模件故障而使该系统失电，中断了与PLC主机的通讯，导致运行循泵A、B状态失去，凝汽器保护动作，机组MFT。更换电源模件后通讯恢复正常。事故后热工制定的主要反事故措施，是将两台循泵的电流信号由PLC改至DCS的CRT显示，消除通信失去时循泵运行状态无法判断的缺陷；增加运行泵跳闸关其出口阀硬逻辑（一台泵运行，一台泵跳闸且其出口阀开度30度，延时15秒跳运行泵硬逻辑；一台泵运行，一台泵跳闸且其出口阀开度0度，逆转速动作延时30秒跳运行泵硬逻辑）；修改凝汽器保护实现方式。2）电源监视模件故障引起电源监视模件插在冗余电源的中间，用于监视整个控制站电源系统的各种状态，当系统供电电压低于规定值时，它具有切断电源的功能，以免损坏模件。另外它还提供报警输出触点，用于接入硬报警系统。在实际使用中，电源监视模件因监视机箱温度的2个热敏电阻可靠性差和模件与机架之间接触不良等原因而故障率较高。此外其低电压切断电源的功能也会导致机组误跳闸，如有台机组满负荷运行，BTG盘出现“CCS控制模件故障”报警，运行人员发现部分CCS操作框显示白色，部分参数失去，且对应过程控制站的所有模件显示白色，6S后机组MFT，首出原因为“引风机跳闸”。约2分钟后CRT画面显示恢复正常。当时检查系统未发现任何异常（模件无任何故障痕迹，过程控制站的通讯卡切换试验正常）。机组重新启动并网运行也未发现任何问题。事后与厂家技术人员一起专题分析讨论，并利用其它机组小修机会对控制系统模拟试验验证后，认为事件原因是由于该过程控制站的系统供电电压瞬间低于规定值时，其电源监视模件设置的低电压保护功能作用切断了电源，引起控制站的系统电源和24VDC、5VDC或15VDC的瞬间失去，导致该控制站的所有模件停止工作（现象与曾发生过的24VDC接地造成机组停机事件相似），使送、引风机调节机构的控制信号为0，送风机动叶关闭（气动执行机构），引风机的电动执行机构开度保持不变（保位功能），导致炉膛压力低，机组MFT。（2）电源系统连接处接触不良此类故障比较典型的有1）电源系统底板上5VDC电压通常测量值在510520VDC之间，但运行中测量各柜内进模件的电压很多在5V以下，少数跌至476VDC左右，引起部分I/O卡不能正常工作。经查原因是电源底板至电源母线间连接电缆的多芯铜线与线鼻子之间，表面上接触比较紧，实际上因铜线表面氧化接触电阻增加，引起电缆温度升高，压降增加。在机组检修中通过对所有5VDC电缆铜线与线鼻子之间的焊锡处理，问题得到解决。2）MACSDCS运行中曾在两个月的运行中发生2M801工作状态显示故障而更换了13台主控单元，但其中的多数离线上电测试时却能正常启动到工作状态，经查原因是原主控5V电源，因线损和插头耗损而导致电压偏低；通过更换主控间的冗余电缆为预制电缆；现场主控单元更换为2M801ED01，提升主控工作电源单元电压至525V后基本恢复正常。3）有台机组负荷135MW时，给水调门和给水旁路门关小，汽包水位急速下降引发MFT。事后查明原因是给水调门、给水旁路门的端子板件电源插件因接触不良，指令回路的24V电源时断时续，导致给水调门及给水旁路门在短时内关下，汽包水位急速下降导致MFT。4）有台机组停炉前，运行将汽机控制从滑压切至定压后，发现DCS上汽机调门仍全开，主汽压力4260KPA，SIP上显示汽机压力下降为1800KPA，汽机主保护未动作，手动拍机。故障原因系汽机系统与DCS、汽机显示屏通讯卡件BOX1电源接触点虚焊、接触不好，引起通讯故障，使DCS与汽机显示屏重要数据显示不正常，运行因汽机重要参数失准手动拍机。经对BOX1电源接触点重新焊接后通讯恢复。5）循泵正常运行中曾发出2UPS失电报警，20分钟后对应的3、4循泵跳闸。由于运行人员处理及时，未造成严重后果。热工人员对就地进行检查发现2UPS输入电源插头松动，导致2UPS失电报警。进行专门试验结果表明，循泵跳闸原因是UPS输入电源失去后又恢复的过程中，引起PLC输入信号抖动误发跳闸信号。（3）UPS功能失效有台机组呼叫系统的喇叭有杂音，通信班人员关掉该系统的主机电源查原因并处理。重新开启该主机电源时，呼叫系统杂音消失，但集控室右侧CRT画面显示全部失去，同时MFT信号发出。经查原因是由于呼叫系统主机电源接至该机组主UPS，通讯人员在带载合开关后，给该机组主UPS电源造成一定扰动，使其电压瞬间低于195V，导致DCS各子系统后备UPS启动，但由于BCS系统、历史数据库等子系统的后备UPS失去带负荷能力（事故后试验确定），造成这些系统失电，所有制粉系统跳闸，机组由于“失燃料”而MFT。（4）电源开关质量引起电源开关故障也曾引起机组多次MFT，如有台机组的发电机定冷水和给水系统离线，汽泵自行从“自动”跳到“手动”状态；在MEH上重新投入锅炉自动后，汽泵无法增加流量。1分钟后锅炉因汽包水位低MFT动作。故障原因经查是DCS给水过程控制站二只电源开关均烧毁，造成该站失电，导致给水系统离线，无法正常向汽泵发控制信号，最终锅炉因汽包水位低MFT动作。26SOE信号准确性问题处理一旦机组发生MFT或跳机时，运行人员首先凭着SOE信号发生的先后顺序来进行设备故障的判断。因此SOE记录信号的准确性，对快速分析查找出机组设备故障原因有着很重要的作用。这方面曾碰到过的问题有（1）SOE信号失准由于设计等原因，基建接受过来的机组，SOE信号往往存在着一些问题（如SOE系统的信号分辨力达不到指标要求却因无测试仪器测试而无法证实，信号源不是直接取自现场，描述与实际不符，有些信号未组态等等），导致SOE信号不能精确反映设备的实际动作情况。有台机组MFT时，光字牌报警“全炉膛灭火”，检查DCS中每层的3/4火检无火条件瞬间成立，但SOE却未捉捕到“全炉膛灭火”信号。另一台机组MFT故障，根据运行反映，首次故障信号显示“全炉膛灭火”，同时有“DCS电源故障”报警，但SOE中却未记录到DCS电源故障信号。这使得SOE系统在事故分析中的作用下降，增加了查明事故原因的难度。为此我省各电厂组织对SOE系统进行全面核对、整理和完善，尽量做到SOE信号都取自现场，消除SOE系统存在的问题。同时我们专门开发了SOE信号分辨力测试仪，经浙江省计量测试院测试合格后，对全省所属机组SOE系统分辨力进行全部测试，掌握了我省DCS的SOE系统分辨力指标不大于1MS的有四家，接近1MS的有二家，4MS的有一家。（2）SOE报告内容凌乱某电厂两台30万机组的INFI90分散控制系统，每次机组跳闸时生成的多份SOE报告内容凌乱，启动前总是生成不必要的SOE报告。经过1）调整SEM执行块参数，把触发事件后最大事件数及触发事件后时间周期均适当增大。2）调整DSOEPOINT清单，把每个通道的SIMPLETRIGGER由原来的BOTH改为0TO1，RECORDABLEEVENT。3）重新下装SEM组态后，问题得到了解决。（3）SOE报表上出现多个点具有相同的时间标志对于INFI90分散控制系统，可能的原因与处理方法是1）某个SET或SED模件被拔出后在插入或更换，导致该子模件上的所有点被重新扫描并且把所有状态为1的点（此时这些点均有相同的跳闸时间）上报给SEM。2）某个MFP主模件的SOE缓冲区设置太小产生溢出，这种情况下，MFP将会执行内部处理而复位SOE，导致其下属的所有SET或SED子模件中，所有状态为1的点（这些点均有相同跳闸时间）上报给了SEM模件。处理方法是调整缓冲区的大小（其值由FC241的S2决定，一般情况下调整为100）。3）SEM收到某个MFP的事件的时间与事件发生的时间之差大于设定的最大等待时间由FC243的S5决定，则SEM将会发一个指令让对应的MFP执行SOE复位，MFP重新扫描其下属的所有SOE点，且将所有状态为1的点（这些点均有相同的跳闸时间）上报给SEM，。在环路负荷比较重的情况下（比如两套机组通过中央环公用一套SEM模件），可适当加大S5值，但最好不要超过60秒。27控制系统接线原因控制系统接线松动、错误而引起机组故障的案例较多，有时此类故障原因很难查明。此类故障虽与控制系统本身质量无关，但直接影响机组的安全运行，如（1）接线松动引起有台机组负荷125MW，汽包水位自动调节正常，突然给水泵转速下降，执行机构开度从64关至5左右，同时由于给水泵模拟量手站输出与给水泵液偶执行机构偏差大（大于10自动跳出）给水自动调节跳至手动，最低转速至1780RPM，汽包水位低低MFT动作。原因经查是因为给水泵液偶执行机构与DCS的输出通道信号不匹配，在其之间加装的信号隔离器，因24VDC供电电源接线松动失电引起。紧固接线后系统恢复正常。事故后对信号隔离器进行了冗余供电。（2）接线错误引起某2机组出力300MW时,2B汽泵跳闸无跳闸原因首出、无大屏音响报警，机组RB动作，2E磨联锁跳闸，电泵自启，机组被迫降负荷。由于仅有ETS出口继电器动作记录,无2B小机跳闸首出和事故报警，且故障后的检查试验系统都正常，当时原因未查明。后机组检修复役前再次发生误动时，全面检查小机现场紧急跳闸按钮前接的是电源地线，跳闸按钮后至PLC，而PLC后的电缆接的是220V电源火线，拆除跳闸按钮后至PLC的电缆,误动现象消除，由此查明故障原因是是跳闸按钮后至PLC的电缆发生接地，引起紧急跳闸系统误动跳小机。（3）接头松动引起一台机组备用盘硬报警窗处多次出现“主机EHC油泵2B跳闸”和“开式泵2A跳闸”等信号误报警，通过CRT画面检查发现PLC的A路部分I/O柜通讯时好时坏，进一步检查发现机侧PLC的3A、4、5A和6的4个就地I/O柜二路通讯同时时好时坏，与此同时机组MFT动作，首出原因为汽机跳闸。原因是通讯母线B路在PLC4柜内接头和PLC5、PLC4柜本身的通讯分支接头有轻微松动，通过一系列的紧固后通讯恢复正常。针对接线和接头松动原因引起的故障，我省在基建安装调试和机组检修过程中，通过将手松拉接线以以确认接线是否可靠的方法，列入质量验收内容，提高了接线质量，减少了因接线质量引起