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第30卷 第12期2023年12月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.12DEH系统电源故障分析处理与预控王世云1，何永君2，包伟飞1（1.浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江 温州 325609；2.中国电机工程学会，北京 100761）摘 要：DEH 系统负责汽轮发电机组转速和负荷控制，其系统电源的可靠性是火电机组安全、稳定运行的关键因素之一。本文首先分析了主汽门位置变送器供电电源设计不合理导致再热器保护误动，DEH 系统电源分配模块老化故障导致机组跳闸，DEH 系统电源故障造成 AST 电磁阀失电导致机组跳闸等故障案例，提出了故障处理和防范措施。随后总结出 DEH 系统电源故障的防范措施，包括搜集同类型机组故障信息，开展设备使用周期管理等，并给出审查回路电源设计合理性，定期更换电源模块，检修时应进行回路电源测量与记录，优化电源报警和电源的日常巡检等建议。关键词：DEH；电源故障；预控中图分类号：TM311文献标志码：APower Supply Fault Analysis and Pre-Control ofDEH Control SystemWang Shiyun1，He Yongjun2，Bao Weifei1（1.Zhejiang Energy Yueqing Power Generation Co.,Ltd.,Zhejiang,Wenzhou,325609,China；2.Chinese Society for Electrical Engineering,Beijing ,100761,China）Abstract：DEH system is responsible for speed and load control of turbo-generator set.The reliability of power supply is one of the key factors for the safe and stable operation of thermal power set.This paper first analyzes the fault cases of reheater protection misoperation caused by the unreasonable design of power supply of main valve position transmitter,DEH system power distribution module aging fault caused by unit trip,DEH system power failure caused by AST solenoid valve power loss caused by unit trip,and puts forward the fault treatment and prevention measures.This paper then summarizes the DEH system power failure prevention measures,including fault information collected the same type unit,equipment life cycle management,etc.,and rationality,replaced periodically review power circuit design is given power supply module,maintenance should be done when the circuit power meas-uring and recording,optimize power supply alarm and power of daily inspection.Key words：DEH；power supply fault；pre-control收稿日期：2023-10-04作者简介：王世云（1978-），男，浙江温岭人，本科，工程师，仪控专工，长期从事火电厂热工自动化设备管理。DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2023.12.023文章编号：1671-1041(2023)12-0100-04DEH 系统作为汽轮发电机组转速和负荷控制的关键系统，其系统回路的电源可靠性直接影响着机组的安全运行。故障引起非停的原因有设计上不合理，也有设备老化引发的故障。本文通过分析 3 个 DEH 系统电源故障案例，总结出 DEH 系统电源故障的防范措施，旨在为同行日常的DEH 系统电源检修、维护工作提供建议，提高 DEH 系统电源的可靠性。1 故障案例分析与处理1.1 主汽门位置变送器供电电源设计不合理导致再热器保护误动某电厂汽轮机由上海汽轮机有限公司设计制造，采用德国西门子公司的技术，汽轮机型号为：N680-25/600/600。汽轮机型式为：超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四王世云DEH系统电源故障分析处理与预控第12期101排汽、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式。汽轮机采用两个高压联合汽门及两个中压联合汽门，主汽门和调门放置在共用的阀体内，并具有各自的执行机构。联合汽门均布置在汽门两侧，采用切向进汽。1.1.1 事件过程2021 年 7 月 16 日 4 时 56 分 49 秒，某机组 CCS 方式运行，机组负荷 315MW，#1 高压主汽门关闭、#2 高压主汽门关闭信号先后发出，锅炉 MFT，发电机解列，首出原因为“再热器保护动作”。1.1.2 事件原因检查机组跳闸后，检查发现#1 高压主汽门、#2 高压主汽门位置变送器供电电源开关跳闸，进一步检查和试验如下：1）电缆绝缘检查：检查#1、#2 高压主汽门位置变送器供电电源开关至就地接线盒电缆无破损。使用 250V 兆欧表测量#1 高压主汽门、#2 高压主汽门位置变送器电源电缆线间及对地绝缘阻值，绝缘阻值符合要求。2）接线检查：检查就地接线盒、DEH 机柜内端子紧固、无松动现象。DEH 机柜内设备检查：电源无异常，卡件无松动、无报警。3）就地位置变送器检查：#1 高压主汽门位置变送器拆下检查，发现线路板存在局部变色现象（与新线路板比较如图 1 所示）。4）检查线路板，发现局部电阻存在松脱现象，周围区域电子元器件管脚存在腐蚀碱化现象，如图 2 所示。1.1.3 原因分析1）直接原因为：#1 高压主汽门关闭、#2 高压主汽门关闭信号同一秒内先后发出，延时 20s 触发机组再热器保护动作，机组 MFT。2）间接原因之一为：#1、#2 高压主汽门位置变送器存在共用的供电电源开关设计不合理，#1 高压主汽门位置变送器故障导致了共用的电源开关异常。图1 线路板变色区域对比图Fig.1 Comparison of discoloration areas on circuit boards图2 线路板腐蚀且电阻脱落Fig.2 Corrosion of the circuit board and detachment of resistance3）间接原因之二为：#1 高压主汽门位置变送器因沿海区域盐雾造成电子元器件腐蚀老化。1.1.4 暴露问题1）厂家回路设计不合理，隐患排查与风险分析预控不到位。未辨识出#1、#2 高压主汽门位置变送器共用一路供电电源，电源跳闸将造成#1 高压主汽门关闭、#2 高压主汽门关闭信号同时发出，触发机组再热器保护动作 MFT 的风险。2）设备管理不到位，对沿海区域盐雾造成电子元器件腐蚀隐患及危害认识不足，对重要设备未制定专项检查、检修及维护措施。1.1.5 事件处理与防范1）进一步细化隐患排查范围，对共用电源的重要设备进行全面梳理排查，合理优化电源配置。2）对同类机组 DEH 系统电源开关进行改造，将#1、#2 高压主汽门和#1、#2 中压主汽门位置变送器共用供电电源改为独立供电，如图 3 所示。3）采购位置变送器备品，待停机时更换汽轮机主汽门、调门、补汽阀位置变送器。4）完善检修规程，将汽轮机主汽门、调门、补汽阀位置变送器纳入定期检查及更换计划中，更换周期为 6 年。1.2 DEH系统电源分配模块老化故障导致机组跳闸某 厂 3 号 锅 炉 是 武 汉 锅 炉 股 份 有 限 公 司 生 产 的WGZ1025/18.24-4 型亚临界锅炉，汽轮机为东方汽轮机厂设计，日立公司制造的 N300-16.7/538/538-9 型亚临界、一次中间再热、双缸双排汽凝汽式汽轮机。DCS 为国内品牌，2007 年与机组同步投产，系统包括了 CCS、SCS、DAS、BMS、FSSS、MEH、DEH、ETS、SCR 等控制功能。1.2.1 事件过程2021 年 4 月 3 日 10 时 16 分，某发电有限公司 3 号机组运行正常，负荷 180MW，主汽压力 13.74MPa，主汽第30卷102 仪器仪表用户 INSTRUMENTATION图3 供电方式改造前后对比图Fig.3 Comparison of power supply methodsbefore and after renovation图4 直流电源回路原理图Fig.4 Schematic diagram of DC power supply circuit温度 540，再热汽温度 487。3 号机协调画面“汽机指令”“DEH 阀位控制”显示变灰色，汽轮机调门关闭，有功负荷快速下降，汽包水位快速上升，汽包事故放水门动作，10 时 20 分锅炉 MFT 动作熄火，首出原因“汽包水位高值”。1.2.2 事件原因查找现场检查为 DCS 系统 DEH 主控柜内的主 DPU31、辅DPU159 故障离线，经进一步检查为 DEH 柜电源分配模块故障，DPU 死机。检查情况：1）3 号机组 DCS 系统 DEH 控制柜电源装置配置情况DCS 系统 DEH 控制柜电源装置为双重冗余配置，配置两套直流电源模块及一块电源分配模块。两套直流电源模块为冗余配置，每套直流电源模块220VAC 电源转换为 24VDC 和 48VDC 电压后，通过电源分配模块（非冗余）输出至控制柜内，24VDC 输出 6 路分别作为控制柜内卡件系统和访问电源（4 路）、DPU 系统电源（1 路），备用 1 路，48VDC 作为卡件采样电源。其工作原理如图 4 所示。2）DEH 控制柜电源装置检查情况2021 年 4 月 3 日事件发生后，检查发现 DCS 系统画面DEH31、DEH159 均为故障离线状态，现场对 DEH 柜内设备检查发现电源模块的输入、输出指示灯亮，但所有卡件电源状态指示灯熄灭，测量卡件供电电压仅为 7.15V，进一步检查电源模块 24VDC 输出端电压仅为 7.16V，判断电源模块故障导致输出电压下降，DPU 及卡件供电电压不足，发生死机故障。经对拆除的设备进行测试，直流电源模块 24VDC 输出空载电压分别为 20.12V、22.8V，电源分配模块 24VDC 输出端空载电压为 14.55V，由此确定电源分配模块故障。1.2.3 原因分析1）本次事件直接原因：3 号机组 DEH 柜电源分配模块故障，导致输出电压由 24VDC 大幅降低至 7.16VDC，主辅 DPU 及卡件不能正常工作。该 DPU 控制下汽轮机调门控制卡输出失去，汽机调门关闭，汽包水位高三值 MFT 动作，因 DEH 系统参数及设备失去监控，汽机打闸停机。2）间接原因：追溯 DEH 柜电源模块使用情况，该模块于 2005 年 9 月 25 日生产，2007 年随机组同步投产，长周期连续运行 14 年，控制主板电子元件老化导致模块故障，输出电压大幅降低。王世云DEH系统电源故障分析处理与预控第12期1031.2.4 暴露问题1）电子元器件的寿命，一般为 8 年 10 年。而该电源模件，随着 DCS 长周期连续运行了 14 年，电子元件老化，设备应修未修，欠修严重。2）设备维护管理不够深入，对设备非停事件影响的严重性认识不足，停机检修仅做冗余切换试验及输出电压测量，未能检测电源模件性能变化，及时发现电源下降的安全隐患。1.2.5 事件处理与防范1）积极推动设备技术改造和设备升级工作，对 4 号机组 DCS 系统进行全面检查，解决因投运时间早、运行时间长导致电子设备老化，DPU 负荷率高，工控机及 I/O 卡件故障频发，备件不足及网络安全等问题。2）停机期间对 DCS 进行全面检查测试，针对 DCS 系统电源及重要卡件制定更换计划，联系厂家落实备件供应，在进行升级改造前进行更换，保证系统安全运行。3）检修时应加强对电源模块等重要回路电压测量，如DCS 电源、TSI 等电源模块，排除设备亚健康状态，防止设备事故发生。4）吸取本次事故经验教训，举一反三，进一步梳理公司在运机组 DCS 系统 DPU、热控卡件缺陷故障情况，全面梳理存在问题，对影响保护、控制调整监视的热控、电气设备的缺陷制定整改措施，及时处理。2 电源可靠性预控电源系统好比人体中的血液，为控制系统日夜不停地连续运行提供源泉，同时要经受环境条件变化，供电和负载冲击等考验1。运行中往往不能检修，或只能从事简单的维护，这一切都使电源系统的可靠性十分重要。影响电源系统可靠性的因素来自多方面，如电源系统供电配置及切换装置性能、电源系统设计、电源装置硬件质量、电源系统连接和检修维护等，都可能引起电源系统工作异常而导致控制系统运行故障。2.1 电源配置需合理电源配置的可靠性需要人员持续关注，双路电源设计，经常为一路保安和一路 UPS，但均来自同一段保安段电源。当该段保安电源故障时就会直接导致 DCS、DEH、ETS、TSI 等系统失电，因此要保证二路电源来自非同一段电源，防止因共用的保安段电源故障，UPS 装置切换故障或二路电源间的切换开关故障时，导致控制系统两路电源失去。对于保护联锁回路失电控制的设备，如 AST 电磁阀、磨煤机出口闸阀、抽气逆止门、循泵出口蝶阀等，若采用交流电磁阀控制，应保证电源的切换时间满足快速电磁阀的切换要求。此外，应在运行操作员站设置重要电源的监视画面和报警信息，主要和重要设备的电源报警应设置为一级报警，以便问题能及时发现和处理2。2.2 UPS应确保可靠UPS 供电主要技术指标应满足厂家和 DL/T 774-2015火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程要求，并具有防雷击、过电流、过电压、输入浪涌保护功能和故障切换报警显示，且各电源电压宜进入故障录波装置和相邻机组的 DCS 系统以供监视。UPS 的二次侧不经批准不得随意接入新的负载3。自备 UPS 的蓄电池应定期进行充放电试验，自备 UPS试验应满足 DL/T 774 要求。2.3 关注UPS切换试验目前 UPS 装置回路切换试验，通过断电切换的方法进行，但在运行中出现电源切换很可能发生在低电压时，正常电压下的断电切换成功，不等于电压低发生切换时控制系统能正常工作。因此，检修期间需做好冗余电源的切换试验工作，规范电源切换试验方法，明确质量验收标准。2.4 加强电源装置硬件管理UPS 装置、双路电源切换装置和各控制系统电源模块均为电子硬件设备，这些部件可称之为发热部件，发热部件中的某些元器件的工作动态电流和工作温度要高于其它电子硬件设备，发热部件的寿命通常要短于其它电子硬件设备。控制系统硬件劣化情况检验，目前没有具体的方法和标准，都是通过硬件故障后更换，这给机组的安全稳定运行带来了不确定性，在此建议：1）应建立电源部件定期电压测试制度，确保热控控制系统电源满足硬件设备厂家的技术指标要求。2）建立电源记录台账，通过台账溯源比较数据的变化，提前发现电源设备的性能变化。3）建立电源故障统计台账，通过故障率逐年增加情况分析判断，同时结合电源记录台账溯源比较数据的变化，实施电源模件在故障发生前定期更换5。4）涉及到机组主保护控制系统的电源模块应记录电源的使用年限，建议在 5 年 8 年内定期更换6。2.5 落实巡检、维护责任制应建立电源测试数据台帐，将电源系统巡检列入日常维护内容，巡检时关注电源的变化，可利用红外测温方法加强电源卡件、接线端子等的巡检，机组停机时测试电源数据进行溯源比较，发现数据有劣化趋势，及时更换模块。3 总结与建议随着自动化程度的日益提高，大型火力发电机组对控制系统的依赖性也越来越高。电源可靠性是 DEH 及热控系统可靠性的基础。为提高电源可靠性，建议做好以下防范措施：1）审查回路电源设计合理性。重要的测量回路的电源应独立布置。2）记录电源模件的使用年限，进行电源模件劣化统计与分析工作，做好及时更换。下转73页蔡北国PLC系统在核取样系统中的应用优势探讨及分析第12期73出值等），统一管理与控制，且变送器的实时压力值、设定值和阀门的开度值都可以生成历史趋势保存在存储设备中以便在线分析取样系统状态和趋势查阅，极大地提高了核取样系统的控制精度、效率和反应时效。3）扩展性强基地式调节器虽然能够根据应用需要进行局部改造和自主配置相关功能，但与核电站内其他系统进行配合使用时较为复杂，效率不高。每一款 PLC 系统包含 CPU 控制器、IO 系统型号、数字量模块、模拟量模块等，具有极其灵活的可扩展性，只需一款硬件就能涵盖标准、容错和故障安全应用中下至最小的控制器、上至最大的控制器的整个性能范围，能够对整个核电站的所有系统进行统一管理，完全满足核取样系统的控制要求，并且模拟量输入输出模块中都预留有余量，可在允许范围内增加点数，并通过软件在移动 PC 端进行下位控制程序组态，将核电站内所有其他监控参量都继承到一个 PLC 系统内对其进行统一规范管理和控制。4）温度补偿更加简便基地式调节器使用环境温度的变化，会进一步造成压力变化从而导致仪表误差变大，原因是测量组件的高，低压侧弹性元件及所灌的硅油在受热膨胀时形成不相等的附加压力造成的。针对这一局限性，基地式调节器需要改变设计结构，而 PLC 只需加一个补偿电阻监测环境温度，对测量参数进行补偿即可保证足够的精度。4 结论综上所述，PLC 系统取代机械式的基地式调节器后，可以完全满足核取样系统的控制要求，能够避免传统机械结构抗干扰性弱、故障率高、维修复杂等问题，有效防止REN 取样管线因 PID 调节死区或精度不高等，导致 REN 取样管线无法在线监测和取样等缺陷。通过冗余系统、分布式系统以及数字式的 PID 控制系统搭配工作提高核取样系统的可靠性和智能化程度，并且PLC 硬件系统所提供的余量可以方便后续用户在此基础上进行开发，极大地推进了核取样系统乃至核电站在数字化工厂建设中的进程。参考文献：曾哲峰.核电产业的发展现状与定位策略分析J.集成电路应用,2022,39(06):240-241.张弋.“华龙一号”核电技术自主化DCS设计与实现J.自动化仪表,2021,42(S1):46-51.张晨东.阳江核电站REN核取样系统电磁流量计改造J.仪器仪表用户,2018,25(11):89-93.芦宗阳.气动基地式仪表改造的实施策略J.仪器仪表用户,2017,24(01):99-102.王晶.工业自动化仪表及自动化控制技术J.电子元器件与信息技术,2022,6(10):33-36.杨彦伟.PLC技术在自动化控制系统中的应用分析J.南方农机,2023,54(11):142-144,156.陈明,石梦飞,管刚,等.基于PLC的CPR1000堆芯中子注量率系统新型手动控制测试装置的设计J.仪器仪表用户,2021,28(08):72-75.张利冰,杨帆,丁近厚,等.在役核电站PLC单回路调节器向DCS数字化控制系统升级改造J.仪器仪表用户,2020,27(11):47-51,42.江润,杨歆.核电站数字化仪控系统改造中的控制系统综合应用分析J.电子技术与软件工程,2014(13):206.1234567893）检修时应进行回路电源测量并记录，及时发现隐患，举一反三，检修时对回路继电器性能进行测试，防止继电器性能下降，导致保护回路拒动或误动。4）优化电源报警和电源的日常巡检，冗余电源的任一单个电源故障应及时报警，提醒运行人员及时发现设备缺陷。5）搜集同类型机组故障信息多与同行交流，多搜集同类型机组出现的故障案例，应举一反三，及时吸取教训。参考文献：苏烨.发电厂热工故障分析处理与预控措施M.北京：中国电力出版社,2021.刘友亮,杨晓东,刁怀礼.DEH系统电源模块故障导致机组跳闸事件分析J.电力安全技术,2015,17(07):22-23.国家能源局.火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程:DLT774-2015S.北京:中国电力出版社,2015.祁鹤飞.谈冗余电源在发电厂DEH控制系统中的应用C.第八届（2011）中国钢铁年会论文集,2011.李爱红,朱建峰.DEH系统常见故障分析及处理J.中国电力教育,2006(S3):200-203.孙长生,尹峰主编.发电厂热工自动化技术丛书 电厂热控系统故障分析与可靠性控制M.北京:中国电力出版社,2016.234561（上接103页）