DCS失电故障安全隐患预防措施.doc

DCS失电故障安全隐患预防措施

近年来，火电机组由于DCS失电故障引起非计划停运事故多有发生，有些机组甚至由于控制电源系统以及与机组安全相关的设备配置不合理，造成了设备损坏事故。DCS失电故障已成为影响机组安全可靠运行的一个重要因素。
　　对此，湖南省电力试验研究院根据文献[1，2]的相关要求，对湖南省内主要火电机组进行了专项的DCS失电故障预防、处理及安全措施的调查和研究，掌握了湖南省内火电机组DCS及其它主要控制系统电源的配置情况，分析了发生各种失电故障情况下的机组安全隐患，并从UPS供电结构、DCS内部电源配置、操作台按钮配置、热工主保护和DCS的安全可靠性等多方面提出了具有针对性的建议，以减少机组的非计划停运和由于DCS失电故障引起的设备损坏事故。
　　一、主要问题分析
　　调查发现，各火电厂的DCS电源系统目前总体情况较好，但是由于基建设计和理解上的差异，还存在以下共性的问题。
　　(1)大多机组DCS的电源配置不合理，部分机组采用单个UPS提供2路电源的供电方式(共用一根出口馈线应认为是单个UPS)，还有部分老机组采用2台机组UPS互为备用的供电方式。这样，当1台机组的UPS检修时，另1台机组控制电源则为单路供电。
　　(2)部分机组抽汽逆止阀、燃油跳闸阀等设备采用双线圈控制电磁阀，当控制系统失电后，汽轮机则存在超速危险，锅炉不能完全切除燃料;个别新投产的机组磨煤机油泵、空气预热器控制采用长信号控制，一旦DCS失电，将导致磨煤机油泵、空气预热器停止运行，造成设备损坏。
　　(3)部分无DEH功能的老机组汽轮机跳闸系统采用带电动作设计，又没有可靠的电源(如直流电源)和电源回路结构，当控制系统失电时，手动跳闸按钮无法跳闸汽轮机，只能就地打闸停止汽轮机运行。
　　(4)部分机组不满足操作员站及少数重要操作按钮的配置应能在机组各种工况下的操作要求，特别是紧急故障处理的要求，紧急故障情况的处理手段不完备，有的甚至没有配置MFT跳闸继电器组。
　　(5)部分机组DCS及主要控制、保护系统的电源监视、报警系统不完善。
　　二、建议
　　2.lDCS供电电源配置
　　对UPS的工作电源、旁路电源、直流电源均应有失电报警功能，且各电源电压信号应进入故障录波装置和DCS，以便监视;DCS应由l路UPS、1路保安电源进行供电，或2路相互独立的UPS进行供电。这2路供电电源应分别取自机、炉工作段;ETS、TSI、火焰检测等系统应采用和DCS相同的电源结构;应对UPS定期进行切换试验，工作电源和备用电源的切换时间应小于5ms。
　　2.2DCS内部电源配置
　　DCS内部的电源配置应采用以下2种方式:(1)ZN方式。每个模件柜有2(或4)个电源模件，一半电源模件由主电源供电，另一半电源模件由副电源供电。电源模件输出的直流电源并联，作为I/0模件、主控制器和现场设备工作电源；(2)2路交流进线电源互为切换备用方式。A(B)路电源的主电源为A(B)路交流进线电源，当A(B)路进线电源失去时，切换到B(A)路进线电源供电，当A(B)路进线电源恢复时，又切为A(B)路进线电源供电，切换后的A、B2路电源分别提供控制系统一半的电源模件使用。这样，即使电源切换不成功，也至少有一半的电源模件能够正常工作，以维持DCS正常运行。部分老机组DCS电源不能互为备用，当1路进线电源丧失时，将有一半的电源模件和控制器停止工作，这种电源方式极不安全，必须改造。
　火焰检测装置、TSI及热工仪表电源柜等均应由2路不同来源的交流电源供电(可与DCS机柜电源来源相同)，或采用经过切换后的电源。
　　各操作员站和工程师站应采用2路切换后的电源，或者将2路供电电源、切换后的电源分别向不同的操作员站供电，以保证一路电源丧失时，至少有1台操作员站可用。
　　DI模件的查询电压建议为直流+48V，以增加信号的抗干扰能力。
　　此外，还应对DCS及ETS、TSI、火焰检测装置等的任意1路电源进行监视，如有条件还可设计DCS电源电压超限、2路电源偏差大、风扇故障以及隔离变压器超温等报警信号，以便及时发现DCS电源系统故障。
　　2.3操作台按钮配置
　　手动停炉和停机按钮应各配置2个，每个按钮提供多对常开(闭)触点，2-2串(并)联输出，即只有2个按钮同时按下时，才发出手动停炉或停机指令。其中部分触点作为DI信号进入FSSS和ETS构成触发停炉、停机的软件跳闸信号，部分触点串联接入MFT跳闸继电器、紧急跳闸系统(AST)跳闸电磁阀的控制回路中，实现硬件跳闸信号。
　　给水泵汽轮机手动停机按钮和交、直流润滑油泵的起动按钮均必须设置为:给水泵汽轮机的手动停机信号，可以采用1路进入DCS参与逻辑运算，1路串联接入跳闸电磁阀的控制回路中，保证失去电源也能够可靠停机;交、直流润滑油泵的起动按钮，应直接接入润滑油泵电气起动回路中，同时润滑油压力低的信号也应串联接入电气起动回路。这样，一旦发生DCS失电停机，润滑油泵在没有DCS控制的情况下也能够自动起动，保证汽轮机的安全运行。
　　2.4热工主保护系统的配置
　　对于采用DCS实现MFT保护的机组，应配置独立的MFT跳闸继电器组。该跳闸继电器组可以采用带电动作或失电动作设计:如果设计为带电动作，应使用由2路不同电源(1路交流220V，直流1lOV)构成并联回路，即任意回路动作都应停炉。交流220V和直流1lOV2路电源都应有失电报警信号。如果设计为失电动作，则不能使用2路交流电源(交流电源切换时可能造成短暂失电)，可使用FSSS公用机柜本身提供的直流电源。MFT跳闸继电器组的输出应不通过DCS，直接接入就地设备的跳闸回路。
　　ETS采用失电动作设计。危急遮断系统无论是和ETS一体化布置，还是和DEH一体化布置，均应将手动停机按钮输出接点在危急遮断回路中与控制系统发出的软件跳闸信号并联。
　　2.5其它相关设备的配置
　　抽汽逆止阀、疏水阀、燃油跳闸阀等建议从热工仪表电源柜中取电源，并采用单线圈电磁阀失电动作的设计。机组最好配有空气引导阀，当DCS失电引起汽轮机跳闸后，切断抽汽逆止阀和疏水阀的压缩空气，使抽汽逆止阀能够关闭，疏水阀能够打开。目前大多机组在疏水阀后串联了1个电动阀，若该电动阀在失电时不能改变状态，则根据汽轮机防进水保护的要求，在机组正常运行中该电动阀必须打开。
　　受DCS控制且在停机停炉后不应马上停运的设备，如空气预热器电机、重要辅机的油泵、火焰检测冷却风机等，必须采用脉冲信号控制，以避免当DCS失电引起停机停炉后，这些设备停运可能损坏重要辅机甚至主设备。

近年来，火电机组由于DCS失电故障引起非计划停运事故多有发生，有些机组甚至由于控制电源系统以及与机组安全相关的设备配置不合理，造成了设备损坏事故。DCS失电故障已成为影响机组安全可靠运行的一个重要因素。
　　对此，湖南省电力试验研究院根据文献[1，2]的相关要求，对湖南省内主要火电机组进行了专项的DCS失电故障预防、处理及安全措施的调查和研究，掌握了湖南省内火电机组DCS及其它主要控制系统电源的配置情况，分析了发生各种失电故障情况下的机组安全隐患，并从UPS供电结构、DCS内部电源配置、操作台按钮配置、热工主保护和DCS的安全可靠性等多方面提出了具有针对性的建议，以减少机组的非计划停运和由于DCS失电故障引起的设备损坏事故。
　　一、主要问题分析
　　调查发现，各火电厂的DCS电源系统目前总体情况较好，但是由于基建设计和理解上的差异，还存在以下共性的问题。
　　(1)大多机组DCS的电源配置不合理，部分机组采用单个UPS提供2路电源的供电方式(共用一根出口馈线应认为是单个UPS)，还有部分老机组采用2台机组UPS互为备用的供电方式。这样，当1台机组的UPS检修时，另1台机组控制电源则为单路供电。
　　(2)部分机组抽汽逆止阀、燃油跳闸阀等设备采用双线圈控制电磁阀，当控制系统失电后，汽轮机则存在超速危险，锅炉不能完全切除燃料;个别新投产的机组磨煤机油泵、空气预热器控制采用长信号控制，一旦DCS失电，将导致磨煤机油泵、空气预热器停止运行，造成设备损坏。
　　(3)部分无DEH功能的老机组汽轮机跳闸系统采用带电动作设计，又没有可靠的电源(如直流电源)和电源回路结构，当控制系统失电时，手动跳闸按钮无法跳闸汽轮机，只能就地打闸停止汽轮机运行。
　　(4)部分机组不满足操作员站及少数重要操作按钮的配置应能在机组各种工况下的操作要求，特别是紧急故障处理的要求，紧急故障情况的处理手段不完备，有的甚至没有配置MFT跳闸继电器组。
　　(5)部分机组DCS及主要控制、保护系统的电源监视、报警系统不完善。
　　二、建议
　　2.lDCS供电电源配置
　　对UPS的工作电源、旁路电源、直流电源均应有失电报警功能，且各电源电压信号应进入故障录波装置和DCS，以便监视;DCS应由l路UPS、1路保安电源进行供电，或2路相互独立的UPS进行供电。这2路供电电源应分别取自机、炉工作段;ETS、TSI、火焰检测等系统应采用和DCS相同的电源结构;应对UPS定期进行切换试验，工作电源和备用电源的切换时间应小于5ms。
　　2.2DCS内部电源配置
　　DCS内部的电源配置应采用以下2种方式:(1)ZN方式。每个模件柜有2(或4)个电源模件，一半电源模件由主电源供电，另一半电源模件由副电源供电。电源模件输出的直流电源并联，作为I/0模件、主控制器和现场设备工作电源；(2)2路交流进线电源互为切换备用方式。A(B)路电源的主电源为A(B)路交流进线电源，当A(B)路进线电源失去时，切换到B(A)路进线电源供电，当A(B)路进线电源恢复时，又切为A(B)路进线电源供电，切换后的A、B2路电源分别提供控制系统一半的电源模件使用。这样，即使电源切换不成功，也至少有一半的电源模件能够正常工作，以维持DCS正常运行。部分老机组DCS电源不能互为备用，当1路进线电源丧失时，将有一半的电源模件和控制器停止工作，这种电源方式极不安全，必须改造。
　火焰检测装置、TSI及热工仪表电源柜等均应由2路不同来源的交流电源供电(可与DCS机柜电源来源相同)，或采用经过切换后的电源。
　　各操作员站和工程师站应采用2路切换后的电源，或者将2路供电电源、切换后的电源分别向不同的操作员站供电，以保证一路电源丧失时，至少有1台操作员站可用。
　　DI模件的查询电压建议为直流+48V，以增加信号的抗干扰能力。
　　此外，还应对DCS及ETS、TSI、火焰检测装置等的任意1路电源进行监视，如有条件还可设计DCS电源电压超限、2路电源偏差大、风扇故障以及隔离变压器超温等报警信号，以便及时发现DCS电源系统故障。
　　2.3操作台按钮配置
　　手动停炉和停机按钮应各配置2个，每个按钮提供多对常开(闭)触点，2-2串(并)联输出，即只有2个按钮同时按下时，才发出手动停炉或停机指令。其中部分触点作为DI信号进入FSSS和ETS构成触发停炉、停机的软件跳闸信号，部分触点串联接入MFT跳闸继电器、紧急跳闸系统(AST)跳闸电磁阀的控制回路中，实现硬件跳闸信号。
　　给水泵汽轮机手动停机按钮和交、直流润滑油泵的起动按钮均必须设置为:给水泵汽轮机的手动停机信号，可以采用1路进入DCS参与逻辑运算，1路串联接入跳闸电磁阀的控制回路中，保证失去电源也能够可靠停机;交、直流润滑油泵的起动按钮，应直接接入润滑油泵电气起动回路中，同时润滑油压力低的信号也应串联接入电气起动回路。这样，一旦发生DCS失电停机，润滑油泵在没有DCS控制的情况下也能够自动起动，保证汽轮机的安全运行。
　　2.4热工主保护系统的配置
　　对于采用DCS实现MFT保护的机组，应配置独立的MFT跳闸继电器组。该跳闸继电器组可以采用带电动作或失电动作设计:如果设计为带电动作，应使用由2路不同电源(1路交流220V，直流1lOV)构成并联回路，即任意回路动作都应停炉。交流220V和直流1lOV2路电源都应有失电报警信号。如果设计为失电动作，则不能使用2路交流电源(交流电源切换时可能造成短暂失电)，可使用FSSS公用机柜本身提供的直流电源。MFT跳闸继电器组的输出应不通过DCS，直接接入就地设备的跳闸回路。
　　ETS采用失电动作设计。危急遮断系统无论是和ETS一体化布置，还是和DEH一体化布置，均应将手动停机按钮输出接点在危急遮断回路中与控制系统发出的软件跳闸信号并联。
　　2.5其它相关设备的配置
　　抽汽逆止阀、疏水阀、燃油跳闸阀等建议从热工仪表电源柜中取电源，并采用单线圈电磁阀失电动作的设计。机组最好配有空气引导阀，当DCS失电引起汽轮机跳闸后，切断抽汽逆止阀和疏水阀的压缩空气，使抽汽逆止阀能够关闭，疏水阀能够打开。目前大多机组在疏水阀后串联了1个电动阀，若该电动阀在失电时不能改变状态，则根据汽轮机防进水保护的要求，在机组正常运行中该电动阀必须打开。
　　受DCS控制且在停机停炉后不应马上停运的设备，如空气预热器电机、重要辅机的油泵、火焰检测冷却风机等，必须采用脉冲信号控制，以避免当DCS失电引起停机停炉后，这些设备停运可能损坏重要辅机甚至主设备。