125MW机组DCS控制新版系统的优化.docx

125MW机组DCS控制系统优化改造闵浩，蒲晓斌（嘉峪关宏晟电热有限贡任公司甘京嘉峪关735100）Abstract：ThispaperintroducestheDCSsystemconstructedbyModiconKuntengseriesP1.C,theproblemincurredindomestic125MWsetoperating.Throughseriousanalyzingthealarmsintheaccidents,foundthefinalreasonresulttofrequentaccidentsbyanalyzingtheI/Opointdistribute,thefardistantI/Ocommunications,groundingetcfactorsprobablycausetheaccidents.ProposedthemeasurespreventConmunicationorpoweroftheDCSsystemlosefromarisefalsesignalandleadtothesetincorrectlytripoff.摘要本文简介了以ModieOn昆腾系列P1.C为架构构成I）CS系统作为电厂主控系统，在国产125MW机组应用中浮现问题。通过认真分析事故过程中浮现报警，针对DCS系统I/O点分派、远程I/O通讯、接地等方面也许导致事故发生因素分析出了导致事故频发主线因素。并针对此因素，提出了防范DCS系统通讯或电源消失浮现虚假信号而导致机组误跳附办法。核心词DCSl/0分派通讯1前言嘉峪关宏晟电热有限责任公司2X125MW机组项目是酒泉钢铁（集团）公司“十五”重点项目，它重要为酒钢新200万吨铁钢厂提供电力保障，同步为嘉峪关市南市区冬季热网提供热量，属于国家优先发展热电联产项目。该项目汽轮机为东方汽轮机厂生产N125-13.24/535/535型双抽（一级可调）凝汽式汽轮机，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产HG13.7-YM型超高压自然循环锅炉，发电机为济南发电机制造总厂生产WX21Z-0731.1.T型空冷发电机。机组主控DCS系统采用施耐德集团Modicon昆腾系列P1.C架构DCS,采用双机热备配备，通过100MbPS冗余以太网互换数据，监控软件采用北京国电电研智深公司EDPFfT,编程软件采用CoNCEPT2.5。历史站采用数据库管理方式，在MiCroSOftSQ1.Server7.0高性能关系数据库管理系统下运营，并与WindoWSNT有机集成。系统设有两个VDPU站（虚拟数据解决单元），互为热备，重要完毕指定I/O系统数据采集和过程控制，并留有数据库数据接口。DCS控制系统共有5个控制站，其中Cl站重要涉及锅炉给水系统、锅炉排污系统、锅炉制粉系统（给粉机操作调节某些除外）、除氧给水系统、压缩氮气系统、电动给水泵本体系统、工业水系统、循环冷却水系统；C2站重要涉及锅炉主蒸汽系统、锅炉再热蒸汽系统、给粉机变频调速、汽机蒸汽系统、汽机凝结水、循环水、疏水系统、DEH接口。C3站重要涉及锅炉风系统、锅炉烟系统、锅炉高炉煤气系统、锅炉焦炉煤气系统、制粉系统（给粉机启停）、锅炉吹灰系统。C4站重要涉及汽机本体系统、汽机润滑油系统、汽机控制油系统、TST接口、DEH接口、电气单元控制系统。C5站重要涉及电气公用系统、循环水公用系统，为两台机组公用系统。5#站为两台机组公用系统。DCS控制系统重要完毕数据采集解决和生产过程监视（DAS）、生产过程调节控制（MCS）炉膛安全保护系统（FSSS）、生产过程开关量逻辑控制（SCS）.机、炉协调控制系统（CCS）功能。1#、2#机组分别于6月、12月投入运营。2问题提出机组自投产以来，由于控制系统不稳定导致停机事故频发。每次事故都对酒钢生产导致了极大影响。其中与控制系统直接有关重要有：4月5日新#1机组事故跳闸，所有给粉机运营信号消失，机组跳闸。3月份新2#机组三次事故跳闸，两次是送风机运营信号消失，联停A、B排粉机，再联跳给粉机机组跳闸；一次是A、B排粉机跳闸，手动MF1.7月5日新2#机组所有给粉机运营信号消失、送风机排粉机运营信号消失，机组跳闸。DCS主控系统是监视、控制机组起停和运营中枢系统，因而查找出DCS不稳定因素，采用相应办法使DCS系统稳定可靠，对于保障机组安全运营尤为重要。3.事故时现象及因素分析3.1 事故通过及现象下面以7月5日新#2机组跳闸事故为例，加以分析。事故前新#2机组负荷121MW,机组运营稳定，21时27分38秒，DCS发“给粉机全停，MFT动作”，机组跳闸。从DCS报警记录中可以看到，21：27：32秒到38秒间有如下异常:i混沦厂I:二，5日21:27:321角B层给粉机运行5日21:27:324角C层给粉机运行5日21:27:324角D层给粉机运行5021:27:324角B层给粉机运行5日21:27:324角A层给粉机运行5日21:27:322角C层给粉机运行5日21:27:322角D层给粉机运行5日21:27:322角B层给粉机运行5日21:27:322角A层给粉机运行5021:27:32B送风机电机运行5日21:27:32B引风机电机运行5日21:27:32B排粉机电机运行5日21:27:32B送风机电机运行5日21:27:32B引风机电机运行5日21:27:32B排粉机电机运行5日21:27:32#1角高炉煤气排气阀全5日21:27:32#1角高炉煤气排气阀远5日21:27:32高炉煤气母管排气阀全5日21:27:32高炉煤气母管排气阀远5日21:27:32高炉煤气母管快速启闭据未未未未未和未和和未未未未未未未，动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动0I175B1IN0I175C4IN0I175D4INOI175B4IN0I175A4IN0I175C2IN0I175D2IN0I175B2IN0B175A2IN01150IBAN0I1601BAN0I1703BAN0I1501BBN0I1601BBN0I1703BBN0H19111IC0H19111IR0H1901IC0H1901IR0S1901IO工程值I单位英文点名5日21:27:331角D层给粉机运行5日21:27:331角B层给粉机运行5日21:27:334角C层给粉机运行5日21:27:334角D层给粉机运行5日21:27:334角B层给粉机运行5日21:27:334角A层给粉机运行5日21:27:332角C层给粉机运行5日21:27:332角D层给粉机运行5日21:27:332角B层给粉机运行5日21:27:332角A层给粉机运行5日21:27:33B送风机电机运行5021:27:33B引刖I电机运行5日21:27:33B排粉机电机运行5日21:27:33B送风机电机运行5日21:27:33B引风机电机运行5日21:27:33B推粉机电机运行5日21:27:33#1角高炉煤气排气阀全5日21:27:33#1角高炉煤气邪气阀远5日21:27:33高炉煤气母管排气阀全5日21:27:33高炉煤气母管排气阀远报警时间中文描述暨第作作作作作作作作作作作作作作作作作作作抿动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动单位英文点名I175D1INI175B1INI175C4INI175D4INI175B4IN三175A4INI175C2INI175D2INI175B2INI175A2INI1501BANI1601BANI1703BANI1501BBNI1601BBNM1703BBNH19111ICH19U1IRHl901ICHl901IR加警时间中文描述报警描述工程值单位英文点名50215021502150215021502150215021502150215日2150215021502150215B215021502150215日2127:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:3427:34BCl层#3角气枪排气阀BCl层#4角气枪诽气阀AA层分用管吹扫阀全关AA层#1角吹扫阀全开AAI层#2角吹扫闽金关AA层#3角吹扫阀全关AA层44角吹扫阀全关BC层分母懿扫阀全关BC层#1角吹扫阀全关BC层#3角吹扫阀全关#2角高炉煤气排气阀全#2角高炉煤气非气阀远#3角高炉燃气维气阀全#3角高炉媒气排气阀远#4角高炉煤气排气阀全#4角高炉煤气排气阀远3角C层给粉机运行3角福机运行3角B层给粉机运行1角C层给粉机运行树叔叔树揭梆揭梆制根梆揭就树横制揭梆制瑞4，Tr/?-=l/7r4/-55/4J*r-x4.TTm7不OoooooooooooooooooooH18223ICH18224ICS8901ICS8902110S89022ICS89023ICS89024ICS8903ICS89041ICS89043ICH19112ICH19112IRH19113ICH19113IRH19114ICH19114IRI175C3INI175D3INM175B3INM175C1IN5021:27:341角混耸掰嘴行5021:27:341角B层给粉机运行5021:27:344角C层搬机运行5021:27:344角D层给粉机运行5021:27:344角B层翎机运行5日21:27:344角照给粉机运行5021:27:342角C层缄机断5021:27:342角D层给粉机运行5B21:27:342角B层给粉机运行5021:27:342角Ag给5021:27:34B送风机电机运行5021:27:34B引风机电机运行5021:27:34R排粉机电机运行5021:27:34B送风机电机运行5021:27:34B引风机电机运行5021:27:34B排粉机电机运行5021:27:34#1角高炉煤气排气阀全5021:27:34#1角高炉煤气排气阀远5021:27:34高炉煤气母管排气阀全5021:27:34高炉煤气母管排气阀远报警时何中文描述单位英文点名M175D1INU175B1INI175C4INI175D4INI175B4IN三175A4INM175C2INM175D2INB175B2INK175A2INM1501BANI1601BANU1703BAN1I1501BBNK1601BBNai703BBNH19111ICH19U11RHl901ICH1901IR5日21:27:355日21:27:355日21:27:355日21:27:355日21:27:355日21:27:355日21:27:355日21:27:355日21:27:355日21:27:355日21:27:355021:27:355日21:27:355021:27:355日21:27:355日21:27:355021:27:355日21:27:355日21:27:355021:27:35I中文掷木3角C层给粉机运行3角D层给粉机运行3角B层绐粉机运行1角C层给粉机运行1角D层合粉机运行1角B层给粉机运行4角C层给粉机运行4角D层给粉机运行4角B层给粉机运行4角樨给粉机运行2角C层给粉机运行2角D层给粉机运行2角B层给粉机运行2角照给粉机运行B送风机电机运行B引风机电机运行B排粉机电机运行B送风机电机运行1台排粉机跳闸作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动工程值单位一英文点名.1M175C3IN1M175D3IH1S175B3IN1M175C1IN1M175D1IN1H175B1IN1S175C4IN1M175D4IN1M175B4IN1M175A4IN1S175C2IN1S175D2IN1S175B2IN1M175A2IN1M1501BAN1S1601BAN1Ml703BAN1M1501BBN1PFTRIP报警时间5021:27:365日21:27:365021:27:365021:27:365日21:27:365日21:27:365日21:27:365日21:27:365日21:27:365日21:27:365日21:27:365日21:27:365021:27:365日21:27:365021:27:365日21:27:365021:27:365021:27:365021:27:365日21:27:36中文描述送风机RB（送2号控制B引风机挡板监控切手送风量>设定值送风量<设定道所有耕煤气快速启闭五aU后用风机运行（粉会全停工火扫一次二）下有燃气启闭阀关砥点火允许条件3（所有点火允许条件6（燃气T点火允许条件8（就地TA2粉机跳闸A4给粉机跳同Bl给粉机跳闸B2WWfflB3给粉机跳回B4给粉机跳同Cl给粉机跳同高中压外缸上半中压进高中压外缸下半中压进针作作动作作作动作动作作作作作作作作作用,1.T强动动未5t动动未动未助幼动动动动动动进进817.O.?844Ix1*Av1IAvIxvIx1Ix1IA1«xIAIx单位英文点名FD1.DCRB2FpeA1.AR2AIRGTSPAIR1.TSPJ1.FSACPURGEPC3PURGEPC5PURGEPC7INGCoN3INGCON6INGCoN8I175A2FI175A4FI175B1FI175B2FI175B3FH175B4FI175C1FoCTE3241OCTE32421G1.GFT1Km1MFT81KFT21IIIrTTOA1TACFPBJ21TA0P2JIN0AIRGTSP1J1.CP1.W1G1.CP1.W1G1.P1CA1.1G1.P1CFP1G1.P3CA1.1G1.P3CTP1FUE1.FAI1.1KFTYES1J1.GRTC41G1.GFTC1477.8OCTE3241479.8OCTE3242报警时间5日21:27:385021:27:385021:27:385日21:27:385日21:27:385日21:27:385021:27:385日21:27:385021:27:385日21:27:385021:27:385日21:27:385021:27:385日21:27:385021:27:385日21:27:385021:27:385日21:27:385日21:27:385日21:27:38作作作作作作作动作作作作作作作作作作动动动动动动未动动动动动动动动动动进进工程值单位英文点名中文描述一高炉煤气跋闸动作见叮动作7（送电气）HFT动作8（送电气3见叮动作（送2号控制器HFT超驰控制B送风挡板阀偏报警B送风挡板控制最小送风量>>设定值焦炉煤气压力调节阀强高媒煤气压力调节阀强高炉#1压力调节阀监控高炉期压力调节阀偏报高炉#3压力调节阀监控1.高炉#3压力调节阀用报厂彝膛燃料丧失二JIFT条件成立焦炉煤气跳闸动作条件高炉煤气跳闸原因1（高中压外缸上半中压进从事故报警记录中可以看到:32秒至33秒，给粉机运营信号回零，后恢复为1；34秒至35秒，给粉机运营信号回零，后恢复为1；在35秒浮现给粉机运营信号回零信号；36秒至37秒，给粉机运营信号未恢复，再次浮现给粉机全停信号（先为0,后为1）；38秒,给粉机全停,MFT动作。在上述过程中还伴有如下异常现象：煤气系统吹扫阀、启闭阀、点火器、就地电源柜电源状态全有回零现象所有投用给粉机运营信号全有回零现象送、引风机运营信号有回零现象送、引风机先后轴承温度信号有回零现象3.2现场排查及事故分析3.2.1事故后，询问值长，机组跳闸前操作人员没有进行设备启停或调节操作，电网没有电压波动，因而排除操作及外部因素导致事故也许。事故后，电气人员检查A、B送风机电气综合保护装置无保护动作记录；A、B送风机电气回路未发出“事故跳闸”信号；A、B送风机所在6kV系统A、B段电压正常，无失电迹象和记录，其他设备事故前运营正常。加之A、B送风机开关分处6kV系统A、B两段，两个开关辅助接点同步误动也许性可以排除。因而可以排除现场设备信号导致机组跳闸因素。3. 2.3DCS系统检查4. 2.3.1电源远程槽架电源故隙或电压波动。本系统采用冗余电源模块供电，一路取自UPS,一路采用厂用电，两路接线均无松动，且电压均在容许范畴内。由于DCS所有机架均选用这两路供电，但未对其他机架导致影响，因而可以排除。机架底板无明显异常处，可以排除。5. 2.3.2网络通讯线路松动或同轴电缆、机架底板、通讯卡件、分支器、分离器、终端电阻故障。通过查验，线路无松动现象，同轴电缆、机架底板、远程分支通讯模块均正常。远程网采用A、B冗余网通讯，单路就能保障系统通讯，线路松动或同轴电缆故障基本可以排除。事故前A网始终有故障，B网正常运营。6月30日A网检查解决过程中也未发现异常现象。按厂家资料所述远程分支双网通讯，单网故障不影响通讯。但由于远程分支采用一块卡件两个网络接口方式，因而它故障几率较大，同步不能排除机架底板故障也许。通过与P1.C厂家技术人员多次现场检查，没有发现导致本次跳机直接因素，但存在如下问题需要解决：(D接地问题：远程IOT型接头没有接地；P1.C柜前门没有接地；P1.C机架和电源模块接地线串连接地。(2)原配备电源模块CPS12400,输出电流为8A,某些远程机架负载率高达90%。(3)远程IO通信同轴电缆长度为2.5m左右，长度较短。(4)在检查电源过程中，触碰柜内线接时有远程IO通讯报错状况(CRP模块上浮现红灯)。此种状况阐明远程TO同轴电缆接线不是非常可靠。同轴电缆干缆有弯曲半径过小状况，会导致通讯不正常。分析DCS历史趋势及事故追忆，可以看出：DCS系统在21：27：28秒到35秒之间，三次浮现了转机先后轴承温度低限告警信号，以及B送风机运营信号变为零现象，与当时运营设备状态不符，但随后恢复正常；21：27：35秒，A、B引风机先后轴承温度显示0,给粉机全停（用于吹扫）为1,这与当时运营十四台给粉机状态不符。这些信号均来自C3解决器，均处在C34机架，阐明输入输出模板信号回零，该站CPU没有对本站信号进行采集和解决。但随后迅速恢复正常。21：27：36秒16台给粉机跳闸信号发出，21：27：38秒导致全炉膛主燃料丧失动作，锅炉MFT动作，连锁汽轮机、发电机跳闸。由于上述异常信号全来自C3控制站C34柜6#机架，虽然6月30日A网解决过程中也未发现异常现象，但通过实验发当前该机架掉电或通讯故障时均会浮现虚假信号（现场设备运营，而程序中以为未运营）导致锅炉跳闸。因而导致多次事故因素，可以完全锁定就是6#远程机架故障，CPU无法收集到该站信号，产生了虚假信号导致了7月5日锅炉MFT动作。同样查找此前事故记录可以看出，C3站C32柜内2#机架虚假信号（送风机运营信号）导致了其他几次机组跳闸。6. 虚假信号产生及其导致机组跳闸因素分析DCS系统产生虚假信号重要有如下因素：（1）有关信号电缆屏蔽接地不好，有干扰。（2）开关量输入模块板件故障，公用线似接非接。（3）开关量输入模块24V电源共用开关瞬间故障或线路似接非接。（4）解决器解算错误。（5）通讯故隙，线缆、卡件、终端电阻等瞬间故隙或似接非接。（6）机架存在故障总来说，上述现象会由于施工或设备质量存在问题而存在，但若能严格按照设计及验收规范原则规定，其设计应能达到系统内任组件发生故障，均不应影响整个系统工作能力。同步当控制器输入/输出I/O通道板及其电源故隙时，应可使"0处在对系统安全状态，不浮现误动原则。导致当前现象，重要是由于受设计思想、投资、施工等方面因素影响。当前浮现假信号导致机组跳闸因素重要是：电厂使用施耐德P1.C代替专用DCS分散控制系统作为电厂主控系统,设计方案不够成熟。重要体当前：系统设计未严格按照电力规范关于重要辅机信号分开原则进行，系统功能风险分散不够彻底因而导致了4月A、B送风机运营信号丢失导致机组频繁停机现象。机组投产后，虽然通过增长三取二逻辑选取功能改造、增长控制电源数量分散电源改造、重要保护点模块级别分散改造，这些工作不同限度上完善了控制系统分散功能。但从后续事故发生看,重要控制信号点必要实现机架分离甚至达到控制器分离才干避免由于控制系统故障导致机组误停机。通过实验发现本来配备下，在C22柜2#机架（给粉机输出指令信号）、C31柜1#机架（给粉机启动信号）、C32柜2#机架（火检信号）、C34柜6#机架（给粉机运营信号、排粉机运营信号）故障时均会浮现锅炉MFT,而导致给粉机信号丢失导致MFT,重要是由于I/O布置太密集，全在相邻两个模块上。7. 存在问题解决及误跳机防范7.1 存在问题解决（1）接地问题：P1.C柜前门接地；远程IoT型接头接入电气地；P1.C机架和电源模块按图所示接地。此外对DCS接地体定期浇水维护，保证接地电阻在种小范畴内。ACPoweredSystemsFigureThefollowingfigureshowstheACpoweredsystems.FUSEAC1.ACPCRACNXFUSEAC1.GROUNDSCREWSACPOVRSOURCEACNXPANE1.GROUNDPOINTFUSEEQUIPMENT(CHASSIS)AC1.GROUNDPSEQUIPMENT(CHASSIS)GROUNDGROUNDSCREWSBACKP1.ANESIOIOCOMMWCOMMCpuPS正DACPOWERSOURCEACNX*ACN由O1.Jldbeearthgrounded.Ifitis11otearthgrounded,itEUMbefused(refertolocalde三).图DCS接地(2)更换远程机架负载率高达90%电源模块CPS12400为更大电流电源模块CPS12420。(3)远程IO通信同轴电缆更换为3m以上同轴电缆。(4)远程IO同轴电缆良好连接，避免弯曲半径过小状况。由于ModiconP1.C如何鉴定远程I/O信号故障技术并不公开，并且在上述通讯问题解决后也并不能完全保证问题不会再次浮现。为此运用检修机会完善柜门接地，电源模块接地、机架接地、电缆等问题整治后，需要从I/O信号分离、程序优化等其他方面做某些针对性工作，以彻底防止DCS系统通讯或电源瞬间消失时而导致机组误跳闸。5 .2防止DCS系统通讯或电源消失而导致机组误跳办法重要运用I/O信号分离、程序优化等手段，保证DCS系统通讯或电源消失时，不会由于虚假信号而导致机组误跳闸。(1)增长送、引风机运营、跳闸信号判断设备停止状态1#机组Cl站使用对送风机运营信号运营、跳闸信号来连锁排粉机跳闸；C3站使用两对运营、跳闸信号来连锁阀门、MFT跳闸。2#机组对C3站本来送风机运营信号（正常为1）三取二判断送风机跳闸，改为送风机停止信号（正常为0）三取二判断送风机跳闸，避免C34远程机架故障运营信号回零导致两台送风机跳闸MFT动作。对C3站本来引风机运营信号（正常为1）三取二判断送风机跳闸，改为引风机停止信号（正常为0）三取二判断引风机跳闸，避免C34远程机架故障运营信号回零导致两台引风机跳闸MFT动作。（2）对给粉机运营信号消失时导致主燃料跳闸逻辑进行完善：给粉机运营信号丢失与给粉机转速不大于250rmin都来时判断给粉机处在停止状态。主燃料MFT也采用此点来判断。（3）在C3站A、B排粉机运营状态判据上增长电流值模仿量（不在C34机架上）数值,通过原三取二逻辑后再监控电流模仿量进行采集和解决;排粉机跳闸信号由三个运营信号与排粉机电流不大于5A（额定47A）构成，即：运营信号所有消失或者电流不大于5A时，不会发生排粉机误跳闸信号，不会引起给粉机连锁动作。（4） C32柜DR0P2号机架火检信号消失联停给粉机、火检信号消失联停焦炉煤气煤气迅速启闭阀判据中增长火检模仿量信号不大于1500判据。（5） C2站控制系统优化改造，将给粉机模仿量输出信号按每个机架最多3个信号进行分派。（6） C3站控制系统优化改造，将给粉机启、停输出控制信号按每个机架最多3个给粉机进行分派，避免由于机架故障，导致给粉设备不受控制。（7）恢复给粉机停止输出信号，这样不会由于启动信号消失导致给粉机跳闸。（8）在Do模块供电回路中，使用保险端子，分散电源风险。6 .结束语在系统采用I/O信号分离、程序优化改造后，机组稳定性大大提高，三年运营没有发生由于虚假信号导致机组跳闸事故。这也使咱们结识到，对于各类分散控制系统，通过技术人员查找梳理不合理I/O模块控制点及电源分派、自身通讯等问题导致跳闸风险，以DCS设计应能达到系统内任组件发生故障，均不应影响整个系统工作功能为目的，优化配备及软件功能，是可以杜绝DCS系统故障导致机组误跳闸。作者简介：闵浩(1974-),工程师，1996年东北大学毕业，现重要从事电厂生产技术工作。参照文献：(1) ModiconRemoteI/OCableSystemPlanningandInstallationGuide890USE10100Version3.0January(2) GroundingandElectromagneticCompatibilityofP1.CSystemsBasicPrinciplesandMeasuresUserManualSeptember(3)嘉峪关宏晟电热公司2X125MW机组集中控制运营规程M,.(4)分散控制系统设计若干技术问题规定电规发(1993)103号(5)国家电力公司G防止电力生产重大事故二十五项重点规定3国电发O589号(6)防止电力生产重大事故二十五项重点规定3辅导教材M,北京：中华人民共和国电力出版社，.1(7)北方联合电力有限货任公司.火力发电J.热工自动化系统安全技术指南M,北京：中华人民共和国电力出版社，.