火电厂汽机锅炉DCS控制系统异常应急维护方法.pdf

设备管理与维修2023 翼10（下）0引言传统火电厂的控制方式主要采用一对一现场控制方式，控制水平低，控制方式复杂，设备故障率高，自动投用率低，不适应当前复杂的火电厂作业需求和生产需求。所以，将传统控制方式转变为自动化、智能化、集成化的控制方式，对火电厂的可持续发展具有重要的现实意义。目前，在火电厂应用较为广泛的自动化系统包括锅炉 FSSS（Furnace Safeguard Supervisory System，锅炉炉膛安全监控系统）、ETS（Emergency Stopping System，汽轮机危急遮断保护系统）和 DCS（Distributed Control System，分散控制系统），其中 DCS 控制系统具有操作简单、人机界面协调、数据处理能力强、扩展性高、可维修性高的优点，是火电厂提升机组控制效率的关键技术。在火电厂汽机锅炉，系统设备可以分为现场层、采集层、控制层和管理层 4 个层次，各层次之间的配合直接影响火电厂的运行效率。DCS 控制系统能够发挥桥梁连接作用，实时传输不同层次之间的机组数据和运行工况，还能对核心系统、辅助系统进行运行监控，在故障发生的第一时间进行紧急制动和故障警报。对 DCS控制系统异常的应急维护方法展开研究，旨在为火电厂汽机锅炉的安全稳定运行提供助力。1DCS 控制系统异常的背景1.1DCS 控制系统配置布连电厂的 DCS 控制系统配置主要体现在锅炉燃烧系统配置、汽水系统配置和 FSSS 系统配置 3 方面。由于布连电厂的汽轮锅炉 I/O 点数和 MOXOC 控制系统 CPU 采用单独匹配机制，由 2 组互相冗余的 CPU 分别控制锅炉燃烧系统和锅炉汽水系统，并使用主备用双模块的方式，确保系统运行安全性和连续性。当主模块发生故障无法运行时，后备可以自动代替主模块运行，包括电源模块、通信模块、处理器模块等3。布连电厂的锅炉 FSSS 系统采用独立 PLC 系统进行控制，并对 8 台给粉机控制系统、变频器控制信号灯进行冗余配置，进而确保信号传输的稳定性，再通过 I/O 接口连接 DCS 控制系统，将 PLC 系统运行数据传输给 DCS 控制系统进行集中控制。具体锅炉燃烧系统配置、锅炉汽水系统配置和锅炉 FSSS 系统配置如表 1表 3 所示。1.2DCS 控制系统异常分析布连电厂的 DCS 控制系统主要有 36 对控制器（DPU）、870块 I/O 模块、13 台上位机、16 台交换机和 2803 台继电器 5 部分组成。控制流程为上位机（操作员站、工程师站）发出信号寅交换机寅控制器（DPU）寅I/O 模块寅继电器寅就地设备。受锅炉燃烧系统配置、锅炉汽水系统配置和锅炉 FSSS 系统配置的冗余配置影响，在主备用模块切换控制的过程中，DCS 控制系统可能出现异常。根据布连电厂的实际运行数据显示，异常主要发生在上位机和控制器，其中上位机故障次数约占总故障次数的 51.42%；摘要：为提升火电厂汽机锅炉的控制能力，实现稳定、安全、持续的设备控制，以国电建投内蒙古能源有限公司布连电厂的汽机锅炉 DCS 控制系统为例，对火电厂汽机锅炉 DCS 控制系统异常应急维护方法展开研究，从布连电厂的 DCS 控制系统配置和 DCS 控制系统异常分析，阐述 DCS 控制系统异常背景，说明布连电厂的 DCS 控制系统应急维护方法，包括上位机故障、控制器（DPU）故障和其他设备故障等。布连电厂在应用 DCS 控制系统异常应急维护方法后，能够显著提升应急维护能力、降低设备故障损失、提升系统运行的安全性和稳定性，为类似火电厂的 DCS 控制系统异常应急维护预案提供借鉴。关键词：火电厂；汽机锅炉；DCS 控制系统；应急维护方法中图分类号：TK32文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10D.36火电厂汽机锅炉 DCS 控制系统异常应急维护方法邱磊（国电建投内蒙古能源有限公司，内蒙古鄂尔多斯017000）项目要求 配置 余量/%卡件数备注AI（420 mA）9913233.311DPU:2 只（1 对冗余）oc 电源模块：2 只（1 对冗余）I/O 接口模块：2 只（1 对冗余）I/O 站：4 排603 电源模块：8 只（4 对冗余），24 V 转 5 V603 通信处理器：8 只（4 对冗余）控制柜：2 只RTD313616.13TC0-AO517241.29DI8812845.54DO7512870.74SOE2032604总数364528-35表 1锅炉燃烧系统配置项目要求 配置 余量/%卡件数备注AI（420 mA）1524602DPU:2 只（1 对冗余）oc 电源模块：2 只（1 对冗余）I/O 接口模块：2 只（1 对冗余）I/O 站：2 排603 电源模块：4 只（2 对冗余），24 V 转 5 V603 通信处理器：5 只（2 对冗余）控制柜：1 只RTD012-1TC374829.74AO283001DI243233.31DO1332146.11SOE00-0总数91156-10表 2锅炉汽水系统配置輬輴设备管理与维修2023 翼10（下）控制器故障次数约占总故障次数的 44.57%；其他故障（包括交换机、I/O 模块和继电器）次数约占总故障次数的 4.01%。2DCS 控制系统应急维护方法2.1上位机故障2.1.1单台 DCS 上位机故障单台 DCS 上位机故障时，对系统总体运行威胁较小，但需要热控人员将故障上位机与其他上位机断开连接，形成物理隔离，同时对其他上位机进行实时参数监测，避免故障扩散。2.1.2所有 DCS 上位机故障所有 DCS 上位机故障可以分为两种情况，第一种是工程师站 DCS 上位机正常运行，此时运行人员可以通过工程师站 DCS上位机进行维护；第二种是工程师站 DCS 上位机也出现故障，此时应当使用机组长（主值班员）、副值班员和巡检员三级应对机制。（1）机组长（主值班员）应当通过 DEH、MEH 画面监视汽轮机各项参数，其中机组负荷、振动、瓦温、背压、主机转速、小机转速、汽温、汽压等参数应当实时进行记录，并观察有误异常波动。（2）副值班员通过汽轮机 14.5 m 励磁小间检测电机负荷、机端电压、频率、励磁电压、励磁电流、高加液位等参数，并观察有无异常波动。（3）巡检员分为 4 组，第一组应在汽轮机 6.9 m 处检测视小机转速、低加液位、主机润滑油泵等，并观察有无异常波动；第二组应在汽轮机处检测排汽装置、7#低加液位、闭式水泵、小机润滑油、密封油系统、定冷水系统等，并观察有无异常波动；第三组应在锅炉 17 m 处检测给煤机煤量，并实时监测高压缸、中压缸进汽温度；第四组应在锅炉 0 m 处检测送风机、一次风机、引风机运行情况，并观测四大风机动叶的波动状态以及炉膛运行状态，一旦发现异常则及时通知维护人员就地维修。2.1.3上位机严重故障当上位机故障严重，不能在短时间恢复正常运行，并且已经出现故障扩散现象时，需要立即执行紧急制动，停止所有上位机运行，避免出现 DCS、DEH 上位机出现集中故障的情况。再按照规定顺序检查各项设备，规定顺序为：锅炉灭火设备寅空预器寅送风机寅引风机寅电动门寅气动门寅大主机寅轴封系统寅主机油寅小机油系统寅密封油系统寅厂用电寅断路器。检查过程中单个环节出现异常应就地维修，多个环节集中异常应全面打闸停机，直至操作员站画面恢复正常。需要注意的是，维护完毕后应当确认运行设备、系统相关参数及保护联锁动作情况无误后再开始作业。2.2控制器（DPU）故障2.2.1一对控制器故障当仅有一对控制器故障时，I/O 模块的所有指令会保持初始运行状态，进而导致监测点监测功能失效，此时操作人员无法获得准确的设备运行状态，需要巡检员对所关联设备就地进行监视，并联系热控专业人员处理。2.2.2全部控制器故障当全部控制器均出现故障时，所有的设备监测、控制、调整指令均会失效，设备会保持当前执行的指令状态不变，非长指令的设备会出现停运。此时应当按照规定顺序检查各项设备，规定顺序为锅炉灭火设备寅一次风机寅送风机寅引风机寅阀门隔离状态寅电动门寅气动门寅空预器寅空预器入口寅高中压主汽门寅主机油寅小机油系统寅高、低压旁路快开寅密封油系统寅机润滑油压力和温度寅顶轴油压力寅除氧器液位寅排汽装置液位寅高低压加热器。若检查完毕后，发现需要紧急破坏真空，应立即破坏主机真空，检查关闭进入排汽装置的有压疏水。需要注意的是，维护完毕后应当检查 10 kV、400 V 段、直流系统、UPS系统运行正常，检查启备变运行正常。2.3其他设备故障2.3.1交换机故障交换机故障分为两种，一种是单台交换机故障，由于布连电厂采用双交换机的方式，单台交换机故障并不影响机组的整体运行，但需要 DCS 控制系统进行自检监控，及时掌握交换机运行情况；另一种是 2 个交换机同时故障，此故障较为严重，故障处理方式与全部控制器故障的处理方法相同。2.3.2I/O 模块故障I/O 模块主要起连接通信作用，当单点位 I/O 模块故障时，需要 DCS 控制系统进行自检画面进行监控；当多点位 I/O 模块故障时，故障处理方式与控制器故障处理相同。2.3.3继电器故障继电器故障的主要表现为控制操作指令无法传递到就地设备，此时应立即进行制动，全面停止操作，并联系热控专业人员就地操作。参考文献1陈宁，何新，吴智群.基于局部保持投影的混沌时间序列降噪方法研究 J.热力发电，2022，51（7）：95-102.2张君毅.660 MW 燃煤机组 DCS 国产化改造方案研究 J.自动化应用，2022（4）：147-149.3李辉德.基于 DCS 系统的循环流化床锅炉给煤机智能控制程序设计 J.今日自动化，2022（2）：1-4.4黄启东.大型火电厂 DCS 国产化改造全过程管理及问题探讨 J.仪器仪表用户，2022，29（5）：100-103，107.5王海欢.ECMS 和 DCS 一体化监控在火电厂脱硫工程中的应用 J.科技与创新，2022（22）：153-155，159.6谢威.分布式计算机控制系统 DCS 在自动化控制中的应用 J.集成电路应用，2022，39（6）：110-111.7杨阳，李滨.基于量子粒子群算法的火电厂热控系统自动控制研究 J.自动化技术与应用，2022，41（9）：106-109.8李强.基于火电厂 DCS 应用中的相关技术问题探索 J.机械工程与自动化，2022（3）：217-218.编辑国云项目要求配置余量/%卡件数备注AI（420 mA）88-2DPU：1 只电源模块：1 只I/O 接口模块：1 只I/O 站：1 排控制柜：1 只RTD00-0TC00-0AO00-0DI273218.52DO316433.31SOE00-0总数3856-5表 3锅炉 FSSS 系统配置輬輵