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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 單相導軌開關電源

火電廠熱工控制系統相關問題的分析

發布日期：2022-07-16 點擊率：80

最近仔細看了由中國自動化學會編制的《發電廠熱工故障分析處理與預控措施第四輯》，主要分析了2019年火電機組155起涉及國內各主要發電集團的熱控相關故障典型案例。拋開這155起案例不談，在我們的火電機組，由熱工專業造成的機組非停占比還是非常大的。這里面的原因有很多，在此之前的很多文章中我都做了總結分析，無外乎設備和人為兩大方面。

關于設備原因，如果沒有人為因素的情況下，我們一般不會劃分為責任性事件或事故。設備原因一般由兩方面造成，一個方面是設備本身存在涉及缺陷、老化、故障等問題，另一方面是人為因素引起設備誤動或者拒動，一般這種情況我們在分析人的原因時候，也會在設備上增加防范措施。

設備本身的缺陷，我們可以從幾個方面進行分析。熱控專業的設備無外乎測量儀表、電動執行機構以及遠程控制系統(DCS、DEH、PLC等)。一般情況下，測量儀表是熱控專業日常消缺和維護的重點，但不是難點。尤其是在一些惡劣環境中的測量儀表，故障率往往很高。比如一次風流量計，由于測量的介質是風粉，流量計堵塞就成了家常便飯。目前國內很多機組在該類流量計增加了自動吹掃裝置，通過壓縮空氣對設備進行疏通。即便如此，流量計堵塞也還是時有發生，根本原因是測量的介質造成的，與設備本身的質量關系不大。因此，針對這一情況，增加吹堵裝置只是彌補措施，但是并不能完全避免問題的發生。

有一些問題是設備質量造成的，比如一些電動執行機構閥桿頻繁脫落，模擬量的調節門調節不靈敏、經常卡澀等問題。當然有人會說，這一情況也有可能是投用前閥門調試有問題。的確，熱控專業的很多問題往往不是單方面原因造成的，就像流量計堵塞的問題，有一些廠商的產品會考慮這類故障，在產品上進行優化和技改，有一些廠商則不會考慮這些問題。因此，在分析問題的時候，就要從多個角度出發，不能單純的只摁著一個方面改進，而忽視了其它因素。

一般情況下，電動執行機構閥桿脫落的情況比較少見，但是對于一些行程比較大、操作比較頻繁的執行機構，故障時有發生。再加上一個超臨界的機組，各種開關量、模擬量的電動執行機構可能多達上百個，哪怕每年1%的故障率，都會造成很大的麻煩。因此，即便單個產品的故障率很低，在全廠統籌考慮的話，故障的次數就會增加。

這一點尤其是在DCS系統中體現的比較明顯，而且往往被詬病的比較多。作為全廠控制的大腦，DCS系統要求穩定、安全、精確、靈敏，我總結了三個字就是“穩、準、狠”。目前我們的大機組基本實現了主輔一體化，也就是說現場所有的測點都基本接入到了DCS系統中，對于一臺2*660MW的機組，所有的實點可能就3~5萬個。對于如此規模的系統，每天1%的系統故障率，都會一場災難。尤其是對于一些參與了保護和聯鎖的測點，出現問題后往往會造成問題擴大化。

而對于DCS系統，不僅僅是維護測點這么簡單，本身這套系統就是一個組合體，其本身也存在自己的不穩定性。我在之前的文章中跟大家討論DCS系統的學習方法的時候，就對DCS系統的架構進行過分析。包含三個方面：電源、網絡和軟件硬件。大家日常在學習DCS系統的時候，更多的去了解軟件的組態方式，而忽略了其它方面，當然軟件的組態是DCS系統中最高大上也是最難的部分。但是，在日常維護過程中，對于一臺運行了三年以上的成熟機組，維護的重點往往在電源、網絡和硬件方面。

一般情況下，電源不會出現問題，正常設計兩套電源系統，具體到每一套盤柜，無論是工作電源還是查詢電源，也都是兩路供電，只是不同的DCS系統供電的模式有區別而已。從整體上看，我們一般通過UPS電源和廠用電同時給DCS系統供電，UPS電源作為工作電源，廠用電作為備用電源。有一些系統為了更安全起見，UPS電源也是切換后電源，通常由UPS電源和另一段的廠用電切換后提供。而大部分的DCS系統，工作電源模塊、查詢電源模塊也都是冗余配置，即便同一個電源模塊，甚至也可以接收兩路電源供電。總之，電源的冗余在DCS系統設計中基本上做到了全覆蓋，故障的幾率幾乎降到了最低。

但是還是會出現電源故障的情況，這里面就需要注意一個問題，電源冗余不等于電源正常。考量電源正常的一個重要的因素是電源切換過程中能否對DCS系統不產生干擾，也就是所謂的無擾切換。在過去幾年里，我幾乎每年都會遇到電源切換過程中，DCS系統失電的情況。DCS系統失電又分為多種情況，有的是個別模塊瞬間失電，造成DCS系統采集到的信號出現瞬間消失的情況。嚴重的會導致整個盤柜失電，所有信號瞬間消失又恢復。我還遇到個別盤柜主控單元初始化的情況，主要是主控單元掉電保護開關未設置，造成失電后數據清空。

上述三種情況，無論哪一種都可能導致設備故障甚至非停。當然電源故障還會引起一些小的問題，比如個別操作員站失電等，但是基本不會影響機組的正常運行。電源的安全穩定與否，與廠商的產品質量、安裝調試階段的按圖施工、電源架構的設計等等都有關系，但是上述原因在生產階段基本上無法改變了，因此后期的維護就變得異常重要。

關于電源系統，在日常維護過程中，主要做兩方面的工作。第一是日常巡檢要定期核對電源模塊的指示燈是否正常，有一些事故其實都是有征兆的，電源的冗余配置，一般不會造成系統的完全失電，出現完全失電往往是對最早出現的故障沒有發現。這是一個責任心的問題，巡檢的質量是影響設備安全運行的重要因素。第二是在設備檢修期間對電源系統做切換試驗以及電源電壓測量。如果設備已經存在問題，通過試驗和檢查一般會暴露出來，這也是我們最低限度的一個工作。當然很多公司要求會更嚴格一些，還會對電源接地等進行檢查，這些也都是很好的保障工作。

關于網絡系統的維護，相對電源就比較簡單，主要還是進行網絡的切換試驗。這里面需要注意的一個問題是，對于一些遠程柜，盡量避免用網線作為數據傳輸的手段，網線長度在大于100米之后，往往會出現丟包的情況，造成系統的不穩定。這一點，我在大機組沒有遇到過，但是在一些小機組，我確實遇到了遠程柜直接用網線連接的情況。此外，對于DCS系統，避免使用無線傳輸的手段。雖然5G技術很先進，但是對于當前的電廠系統，不建議采用無線傳輸的模式。在某寶上我看到一些變送器可以使用無線信號，一些DCS系統也有這樣的通訊模塊，但是不建議使用。

關于DCS系統硬件，我這里主要說的是CPU、IO模塊等。一般CPU是冗余配置，目前我用過的DCS系統中，無論是國產還是進口，很少有只配置一塊CPU的情況。但是，個別PLC系統會這樣設計，是不可取的。對于CPU的維護，主要是做好日常的巡檢，說白了就是注意狀態指示燈是否正常，其它能做的工作真的有限。一些低級的問題，比如一些掉電開關等的設置，這是DCS系統最基本的工作。在檢修階段，CPU的冗余切換試驗必須要做，一些模塊的通道測試也要做，尤其是參與保護的重要模塊通道。

這里需要補充一點，DCS系統的整體架構是在設計階段完成的，設計的合理與否將直接影響后期使用的安全狀況。在設計階段，我們要把握幾個原則。第一是分散原則，相同的設備要分配到不同的盤柜中，同一設備的相同的測點要分配到不同的模塊中。舉個例子，比如某機組有六臺磨煤機，也就是有六套制粉系統，那么這六套制粉系統的設備要分配到六個控制站，不要出現在同一控制站的可能，避免一個控制站故障造成多套制粉系統故障的問題。此外，設備的相同測點，比如#1磨煤機的六個軸承溫度測點，盡量分配到三個以上的溫度模塊，避免一個模塊故障造成所有測點故障的情況。

其次是冗余原則，這里包含兩個方面。第一是設備的測點設計盡量冗余，不要出現單點測量的情況，第二是模塊盡量留出15%以上的備用點。單點測量在熱工保護系統中是大忌，一般成熟的設備廠商對于大型的轉動設備，對于同一類型的測點，比如軸承溫度、振動等，都會避免單點測量的情況。但是，總是有例外，這幾年一些引進的機組，尤其是小機組，包括汽輪機在內，我都遇到了單點測量的情況，這是不可取的。關于模塊備用點的問題，相關規程也有規定，主要是為以后的維護和技改留出空間，當然也是盡量減少單個模塊的負荷，延長使用壽命。

整體上看，無論是現場的測量儀表、執行機構，還是DCS系統的網絡、電源和硬件，都存在一定的安全隱患，故障的幾率也要比機務專業的設備高，同時維護更為復雜。但是，一般情況下，并不是所有的熱控專業設備故障都會引起設備的異動。在日常的工作中，首先要對重要測點(參與保護和聯鎖的測點)加強巡檢，檢修階段做好設備的檢查和試驗。如果一旦出現異常，首先要做好異常原因的分析，在精確判斷故障之后，再去處理故障。熱控專業故障的處理，重要的是原因分析，處理過程中要防止事故的擴大化。
作者：貓不捉老鼠

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