PDF《热工 DCS保护误动、 拒动原因分析及对策》

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029 热工 DCS保护误动、 拒动原因分析及对策 曹冬梅, 林永君 (华北电力大学 控制与计算机工程学院, 保定 071003) 摘要:本文对热工 DCS保护误动及拒动原因进行了分析和总结, 并提出了防止热工保护误动及拒动应采取的措施或对策, 例如通过优化逻辑组态、 采用技术成熟、 可靠的热控元件、 尽可能地采用冗余设计等.并从 DCS系统的硬件和软件等方面, 总结应用经验, 从实践出发, 阐述了一些如何防止 DCS失灵的措施. 关键词: 热工保护;

误动;

原因;

对策 中图分类号: TK323 文献标志码: B Analysis and counterm easures resist on thermal protection malfunction of DCS CAO Dong m e,i L IN Y ong jun ( Control and Computer Engineering , North Ch ina E lectric Pow erUn iversity, Baod ing

071003 , Ch ina) Abstrac: t In this paper , we analysised and summ arized the thermal protec tion m alfunction of DCS . A lso , we proposed ther mal protecti on to preventm alfunc tion and refuse tom ove of the device . For example , by optm i izing the logical config uration , using mature technol ogy, and reliable ther mal control components , using redundant design and so on . And fro m the DCS system hardware and soft w are , etc . w e su mmarized the experience and descri bed a nu m ber of m easures to prevent the failure of DCS . Key words : ther mal protection ;

malfunc tion ;

analysis and countermeasures

0 引言 随着电力系统生产和管理技术的不断提高, 为适 应电力市场改革发展的需要, DCS系统逐步应用到各 个电厂, 成为电厂生产发电的核心控制设备.在主、 辅设备发生某些可能引发严重后果的故障时, 及时采 取相应的措施加以保护, 从而软化故障, 停机待修, 避 免发生重大的设备损坏和人身伤亡事故.但在主辅 设备正常运行时, 保护系统因自身故障而引起动作, 造成主辅设备停运, 称为保护误动, 并因此造成不必 要的经济损失;

在主辅设备发生故障时, 保护系统也 发生故障而不动作, 称为保护拒动, 并因此造成事故 的不可避免和扩大.随着 DCS 控制系统的成熟发 展, 热工自动化程度越来越高, 凭借其巨大的优越性, 使机组的可靠性、 安全性、 经济性运行得到了很大的 提高.但热工保护误动和拒动的情况还时有发生. 如何防止 DCS系统失灵和热工保护误动、 拒动成为 火力发电厂日益关注的焦点.因此, 如何做好防止 DCS系统失灵和保护拒动, 从而引发事故的措施是非 常重要的.为此我们在多年的 DCS应用基础上, 总 结了一些经验, 从实践出发, 阐述了一些如何防止 DCS失灵和热工保护拒动的措施.

1 热工 DCS保护误动、 拒动原因 1)设计、 安装、 调试存在缺陷 多机组因热控设备系统设计、 安装、 调试存在质 量缺陷导致机组热工保护误动或拒动.例如:

1997 年12月16日, 秦皇岛电厂发生的锅炉严重缺水重大 事故, 虽然原因是多方面的, 但其中汽包水位变送器 环境温度 (温度补偿设计定值

50 , 实际

130 )的影 响造成了测量误差, 水位虚高 108mm, 使汽包低水位 保护拒动;

锅炉 A 炉水循环泵在测量系统故障的情 况下, 又未采取替代措施而失去了保护作用, 由于采 用三取三的保护逻辑, 因而在炉水循环破坏的情况 下, B、 C 炉水循环泵差压低跳泵, A 泵只发差压低报 警而未能跳泵, 导致 M FT未动作, 最终造成水冷壁大 面积爆破的重大事故. 2)人为因素 因人为因素引起的保护误动大多是由于热工人 仪器仪表用户 人才培养

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1 欢迎光临本刊网站 http : / /www. eic. co m. cn 员走错间隔、 看错端子排接线、 错强制或漏强制信号、 万用表使用不当等误操作等引起.例如, 通辽电厂热 工人员在 2005年 2月 18日 9时 51分54秒处理 3号 锅炉炉膛负压高时, 误吹了参与保护的取样点, 同时 保护 3取 2的压力开关的一个接点又不好用, 从而造 成灭火保护动作.

2 防止 DCS系统失灵的一些措施 防止 DCS系统失灵, 可以从硬件和软件两个方面入 手, 有针对性的采取措施, 将因 DCS系统发生故障或受 外界影响, 而失去控制的程度降至最低.硬件方面存在 着两个重点: DCS 系统电源和网络通讯, 因为这两个因 素可能导致整个 DCS系统失灵.

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1 DCS电源切换问题 DCS系统应该是由独立两路冗余电源供电, 而两 路冗余电源之间的切换方式, 可能成为产生问题的根 源, 这也往往是被忽略的地方.因为一般的电源切换 电路是由两个继电器组成, 每个继电器分别带一半负 荷.但这种方式存在着一个隐患, 假如其中一路电源 发生电压波动, 使两路电源之间出现环流, 则可能导 致DCS系统失电. 对于电源切换问题, 可以通过以下切换回路进行 更可靠的切换, DCS 电源供电系统原理图如图

1 所示. 图1DCS电源供电系统图 上图的电源切换原理是, 第一路电源作为本路负载 的主供电电源,第二路电源作为本路负载的辅助供电电 源.任一时刻只要主供电电源存在时, 都将以主电为主 进行供电, 这样的电源切换回路比较可靠.另一路负载 切换回路原理与此相同, 只是第二路电源作为主供电 源.如果条件允许的情况下, DCS两路电源都由 UPS供电, 因为 UPS输出电压比较稳定, 不会发生波动.

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2 网络通讯连接方式 目前大部分 DCS 系统都采用星型拓扑结构, 作 为通讯用的网络交换机, 就成为整个 DCS 网路的通 讯中枢, 所以交换机也采用冗余方式, 而且选择质量 好的交换机是很重要的, 但从连接方式采取有效措 施, 将可能减少危险因素.在一般的情况下, 常常把 主DPU 站连接至同一台交换机, 而把副 DPU 站连接 至同一台交换机, 当连接主 DPU 站的交换机故障时, 这台交换机上的所有主 DPU 站将与其副 DPU 站发 生切换.副DPU 站是在主 DPU 站故障状况下备用 的, 尽管各 DCS厂家都号称无扰切换, 但这样的切换 发生的少一些还是比较可靠的.因此, 可以把主、 副DPU站交叉开, 连接至同一台交换机, 即同一台交换 机上既有主 DPU 站, 也有副 DPU 站, 当交换机故障 时, 主、 副DPU 站发生切换的数量就会减少.

3 防止热工保护误动、 拒动的措施

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1 增强 DCS系统的抗干扰能力 增强 DCS系统的抗干扰能力, 是关系到整个系 统可靠运行的关键.从系统接地、 电缆的抗干扰、 信 号的防干扰等方面入手, 能有效的提高系统的抗干扰 能力. 首先, DCS系统应正确的选择接地点, 完善接地 系统.应采用直接一点接地的接地方式, 接地线采用 截面大于 22mm

2 的铜导线, 总母线使用截面大于 60mm

2 的铜排.接地极的接地电阻小于

2 , 接地极 最好埋在距建筑物 10- 15m 远处, 而且 DCS系统接 地点必须与强电设备接地点相距 10m以上. 其次, 信号电缆应选用铜带铠装屏蔽电力电缆, 从而降低了动力线生产的电磁干扰.不同类型的信 号分别由不同电缆传输, 信号电缆应按传输信号种类 分层敖设, 严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力 电源和信号, 避免信号线与动力电缆靠近平行敖设, 以减少电磁干扰. 信号电缆的屏蔽层应统一单点接地.信号在接 入DCS系统前, 在信号线与地间并接电容, 以减少共 模干扰;

在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰.

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2 合理配置后备硬手操 对于重要的回路, 还应采用后备硬手操盘, 在DCS失灵的情况下, 通过人工操作手操盘, 直接作用 于驱动就地设备的硬件, 避免运行设备失控.

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3 增加系统硬件故障声光报警功能 软件方面应增加 DPU 故障切换和卡件故障声光 报警功能, 因为设备巡检都是定时的, 在某一巡检间 隔内发生 DPU 故障切换或卡件故障是很难发现的, 而且有些卡件还出现时好时坏的情况, 更难以发现. 如发现不及时, 将可能导致 DCS 某一功能失灵或停 机停炉的危险.

4 防止 DCS内部热工保护回路拒动的一些 经验 热工保护作为 DCS的一项重要的功能, 得到了很好 人才培养 仪器仪表用户 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 EIC Vo.l

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1 85 的应用, 如两大功能 ETS 、 FSSS等.同时如何防止 DCS 系统的热工保护拒动, 也将是一项我们不断摸索的重要 工作.这里提出以下几点建议, 以供大家参考.

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1 多途径实现停运主要设备 软硬件故障的主要原因是信号处理卡、 输出模 块、 设定值模块、 网络通讯等故障引起.例如 2009年 2月 17日07时53分, 通辽电厂 3号锅炉

1 、

2 、 3号磨 煤机同时跳闸, 造成负荷从

176 MW 减至

135 MW.事 隔十天,

2009 年 2月 27日19时55分54秒, 3号锅 炉 2号磨煤机运行中再次跳闸.两起事件的主要原 因就是 3号机 DCS系统 DO 板件误发信号.根本原 因是日立 - 3000系统抗干扰能力差, 系统硬件存在 先天缺陷. 因此要实现软硬结合, 双管齐下, 从不同的路径 实现保护功能.保护控制信号停运某一台就地设备 从三条途径去实现: 一条途径是保护控制信号启动跳 闸继电器, 跳闸继电器接点接入设备的停运控制回 路, 停止设备运行;

第二条途径是启动跳闸继电器的 同时, 将停运该就地设备的信号送至相应的设备控制 DPU, 由相应的设备控制 DPU 发指令停运该设备;

第三条途径是跳闸继电器动作后, 将已跳闸信号送 至相应的设备控制 DPU, 由控制 DPU 发指令停运设 备.这样的做法是从不同的角度, 实现停运设备, 防止了因某一回路故障, 而无法及时停运设备的事 故发生.

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2 继电器接点类型的选用 M FT跳闸继电器的控制接点如采用常开接点, 在DCS失电的情况下, 将造成拒动.对此, 跳闸设备 时如用常闭接点, DCS失电时, 仍可正常动作.两者 比较, 后种方案对机组比较安全, 但增加了误动的可 能, 大家可以根据情况权衡利弊.如果改进一下, M FT 继电器的控制接点仍采用常开接点, 同时再增 加一套直接启动 M FT 继电器的硬手操开关, 在DCS 失电时, 还可人工启动 M FT 继电器.需要特别指 出, 启动继电器的电源, 应该是额外提供的两路以 上直流电源.这样的方案比较可靠, 既保证了不会 因接线的松动引起误动, 又保证了在 DCS失电的情 况下不会拒动.同理, 重要的设备都应采取这种方 式, 增加后备硬手操开关, 防止因 DCS 失电保护 拒动.

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3 重要回路应采用冗余配置 重要的保护应采用多卡、 多回路冗余配置, 在其 中一条回路出现问题时, 能保证保护功能不会失效. 如汽轮机超速保护, 可以配置两块以上测速卡, 每块 测速卡在检测到汽轮机转速达到定值时, 都能单独启 动跳闸回路, 它们是 ........