DCS典型故障原因分析與防范對策

一、前 言
DCS在國內(nèi)大型火力發(fā)電機組上應用始于上世紀八十年代后期，到目前為止只有十幾年的運行經(jīng)驗。華能國際電力股份有限公司整套引進350MW機組，投資建設的南通、上安、大連、福州電廠是國內(nèi)最早應用DCS的電廠。
隨著火力發(fā)電機組自動化水平的不斷提高，單元機組DCS系統(tǒng)的功能范圍不斷擴大。近兩年新建和改造機組的單元控制室內(nèi)除用于緊急停機、停爐用的后備手操外，其余操作全部依賴于DCS。因而，由于DCS本身故障引起的跳機現(xiàn)象時有發(fā)生。所以，如何提高DCS的可靠性作為一個重要課題擺在了從事熱工自動化工作的各位人士的面前。
由于工作關(guān)系，有機會到過三十多家火電廠收資、交流或驗收，接觸到應用DCS的100～700MW單元機組近八十臺，幾乎覆蓋了國內(nèi)應用過的所有類型的DCS，對各種類型的DCS發(fā)生的故障有較多的了解，無論是進口DCS，還是國產(chǎn)DCS

，盡管在原理、結(jié)構(gòu)上迥異，包含的子系統(tǒng)也不一樣多，但都或多或少地出現(xiàn)過一些相類似的故障，通過對典型故障進行深入細致地分析，找出故障的真正原因，舉一反三，制定出防范措施，并正確地實施，可以很好地防止此類DCS故障的重復發(fā)生。本文列舉了幾個典型的DCS故障案例，供從事熱工技術(shù)管理及檢修人員參考。
二、案例1：控制器重啟引發(fā)機組跳閘
2.1 事件經(jīng)過
2001年11月1日，A電廠4號機組停機前有功負荷270MW，無功96MVar，A、B勵磁調(diào)節(jié)器自動并列運行，手動50Hz柜跟蹤備用。
14時26分，事故音響發(fā)出，發(fā)電機出口開關(guān)、勵磁開關(guān)跳閘，"調(diào)節(jié)器A柜退出運行"、"調(diào)節(jié)器B柜退出運行"等報警信號發(fā)出，機組解列。對ECS控制系統(tǒng)檢查、試驗，發(fā)現(xiàn)#14控制器發(fā)生故障已離線，與之冗余的＃34控制器發(fā)生重啟，更換了#14和＃34控制器主機板后，機組重新啟動，不久，發(fā)變組與系統(tǒng)并列。
2.2 原因分析
根據(jù)歷時數(shù)據(jù)分析，13時31分，#14控制器硬件故障而離線運行，熱備用的#34控制器自動由輔控切為主控。14時26分，#34控制器由于通訊阻塞引起"WATCHDOG"誤判斷，致使控制器重啟。由于控制器控制勵磁調(diào)節(jié)器的方式為長信號，沒有斷點保護功能，#34控制器重啟后，不能自動回到斷點前的狀態(tài)，導致A、B調(diào)節(jié)器自動退出運行，手動50Hz柜自動投入。由于發(fā)電機失磁，發(fā)電機端電壓下降，導致廠用電源電壓降低，手動50Hz柜輸出電壓繼續(xù)降低，手動50Hz柜投入后發(fā)電機沒有脫離失磁狀態(tài)，直至切除勵磁裝置，造成發(fā)電機失磁保護動作，發(fā)電機出口開關(guān)跳閘。

#14控制器和#34控制器控制發(fā)變組設備，包括廠用電切換的備自投繼電器接點BK，#34控制器重啟后，BK自動復位，繼電器接點斷開，BK投到退出位置，造成6KV電源開關(guān)6410、6420開關(guān)自投不成功。

2.3 防范措施

將故障控制器更換。后來制造廠確認這一批主板晶振存在問題，同意免費更換，利用停機機會更換4號機組所有控制器主板。
增加任一控制器、I/O卡、通訊卡離線報警功能。
程序內(nèi)部"WATCHDOG"的時間設置太短，易造成誤判斷，對所有控制器進行軟件升級。
調(diào)節(jié)器AQK、BQK方式開關(guān)和廠用電備自投BK開關(guān)組態(tài)圖增加斷點保護功能，防止控制器自啟動后，勵磁調(diào)節(jié)器和廠用電自投開關(guān)退出運行。
檢查ECS系統(tǒng)的所有組態(tài)，對存在以上問題的邏輯進行修改。
聯(lián)系調(diào)節(jié)器廠家，使調(diào)節(jié)器內(nèi)部可以作到運行狀態(tài)自保持，將控制器控制調(diào)節(jié)器的方式改為短脈沖信號控制。
在ECS內(nèi)增加手動50Hz柜輸出電壓自動跟蹤功能。
三、案例2：在線傳代碼致使機組解列

3.1 事件經(jīng)過

2002年7月12日，B電廠＃5機組監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)機組負荷從552MW迅速下降，主汽壓力突升，汽輪機調(diào)門開度，由原來的20%關(guān)閉到10%并繼續(xù)關(guān)閉，高調(diào)門繼續(xù)迅速關(guān)閉至0%，機組負荷降低至5MW，運行人員被迫手動緊急停爐，汽輪機跳閘，發(fā)電機解列。

3.2 原因分析

DCS與汽輪機控制系統(tǒng)分別由兩家國外公司制造，兩系統(tǒng)差異較大，通訊問題沒有很好地解決，存在一些難以消除的缺陷。熱控人員在DCS工程師站上向負責DCS與汽輪機控制系統(tǒng)通訊的PLC傳送通訊代碼時，DCS將汽輪機閥位限制由正常運行中的120%修改為0.25%，造成汽機1、2、3號調(diào)門由20%關(guān)閉至0%，機組負荷由552MW迅速降至5MW。

3.3 防范措施

機組運行期間，禁止DCS傳代碼工作。
機組停運期間，DCS傳代碼時，應經(jīng)運行班長同意，并做好安全措施。
將DCS操作員站對汽輪機控制系統(tǒng)操作員站畫面進行操作的功能閉鎖，但在DCS操作員站上仍能監(jiān)視到汽輪機控制系統(tǒng)的信息。
四、案例3：DCS工作站時鐘混亂引發(fā)DCS失靈

4.1事件經(jīng)過

2001年 8月3日，C電廠2號機組負荷200MW，#1至#9控制器處于控制方式，#51至#59控制器處于備用方式。8時23分，各控制器依次發(fā)NTP報警，歷史站報警窗口顯示如下：

Aug 3 08：23：50 drop7 ＜7＞ NTP：too many recvbufs allocated（30）
Aug 3 08：23：50 drop4 ＜7＞ NTP：too many recvbufs allocated（30）
………

8時26分，#2控制器脫網(wǎng)，#52控制器切為主控；11時05分，#52控制器脫網(wǎng)；13時39分，#7控制器脫網(wǎng)，#57控制器切為主控，在#7控制器向#57控制器切換瞬間，由該控制器控制的A、B磨煤機跳閘；15時11分，#9控制器脫網(wǎng)，#59控制器切為主控，在#9控制器向#59控制器切換瞬間，由該控制器控制的E磨煤機跳閘；15時51分，#1控制器脫網(wǎng)，#51控制器切為主控，在#1控制器向#51控制器切換瞬間，由該控制器控制的A引風機動葉被強制關(guān)閉。

15時22分，重啟操作員站drop213（備用時鐘站），NTP報警未消失；15時35分，重啟歷史站，NTP報警未消失；15時59分，重啟工程師站（主時鐘站），NTP報警基本消失；16時09分，重啟歷史站，16時30分，系統(tǒng)恢復正常。
4.2 原因分析


NTP軟件的作用就是維持網(wǎng)絡時鐘的統(tǒng)一，主時鐘設置在工程師站上，備用時鐘設置在操作員站上。控制器脫網(wǎng)原因為主時鐘與備用時鐘不同步造成系統(tǒng)時鐘紊亂，從而造成NTP報警導致控制器脫網(wǎng)。

NTP故障的原因有兩種可能，一種是主頻為400MHz工作站，不同于1號機組的270MHz(SUN公司在400MHz工作站上對操作系統(tǒng)有較大改進)工作站，2號機組所用的1.1版本軟件在400MHz工作站上未測試過，不能確保1.1版本軟件在此配置上不出問題。另一種是主時鐘與備用時鐘不同步，在8月3日控制器脫網(wǎng)后，曾發(fā)現(xiàn)Drop214的時鐘比其它站快了2秒, 當時Drop214的畫面調(diào)用速度較慢，經(jīng)重啟后正常，并且NTP時鐘報警是在系統(tǒng)運行73-75天左右才出現(xiàn)的，估計是系統(tǒng)時鐘偏差積累到一定程度后導致主、備時鐘不同步，而引起系統(tǒng)時鐘紊亂，最終導致控制器脫網(wǎng)。
NTP時鐘故障使控制器脫網(wǎng)，處理不及時會使報警的控制器依次脫網(wǎng)，從而導致整個控制系統(tǒng)癱瘓。
4.3 防范措施
根據(jù)本次故障現(xiàn)象，制造商將軟件由1.1版本升級為1.2版本。
為確保控制系統(tǒng)可靠運行，定期重啟主時鐘和備用時鐘站。
D電廠5號機組在2002年試運期間曾發(fā)生DCS時鐘與GPS時鐘不同步，引發(fā)DCS操作員站失靈事件。由于網(wǎng) 上傳送的數(shù)據(jù)均帶時間標簽，時鐘紊亂后會給運行機組帶來嚴重后果，基本情況與C電廠2號機組類似。采取的措施是暫時斷開GPS時鐘，待軟件升級和問題得到根本解決后，再恢復GPS時鐘。
五、案例4：CABLETRON集線器總通訊板故障導致MFT誤動
5.1 事件經(jīng)過
2002年 1月1日，E電廠1號機組負荷250MW，#51至#59控制器處于控制方式，#1至#9控制器處于備用方式，A、B、C、E、F磨煤機運行。18時57分，所有磨煤機跳閘（直吹爐），MFT動作，機組跳閘。
5.2 原因分析
經(jīng)分析，確認是DCS集線器的總通訊板故障，導致連在其上的所有控制器同時發(fā)生切換，在控制器向備用控制器切換過程中，#57、#58、#59控制器PK鍵信號誤發(fā)（這三個控制器屬FSSS系統(tǒng)），即CRT上"磨煤機跳閘按鈕"的跳閘和確認指令同時發(fā)出，使所有磨煤機跳閘，導致MFT動作。
5.3 防范措施
CABLETRON集線器屬于早期產(chǎn)品，目前在市場上購買備件已比較困難，采用CISCO集線器來取代CABLETRON集線器。
六、案例5：冗余控制器失靈造成機組跳閘
6.1 事件經(jīng)過
2003年3月23日，F(xiàn)電廠＃3機組停機前電負荷115MW，爐側(cè)主汽壓9.55MPa，主汽溫537℃，主給水調(diào)節(jié)門開度43%，旁路給水調(diào)節(jié)門開度47%（每一條給水管道均能滿足100%負荷的供水），汽包水位正常；其它各參數(shù)無異常變化。
監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)鍋爐側(cè)部分參數(shù)顯示異常，各項操作均不能進行，同時爐側(cè)CRT畫面顯示各項自動已處于解除狀