一起锅炉仪控系统故障的深入思考

刘俊明，尚绪方，李丰凯，吴培振，刘文河

（莱钢能源动力厂,山东莱芜 271104）

1 引言

莱钢能源动力厂型钢区3#130 t/h锅炉为江西锅炉厂设计的中温中压自然循环单汽包锅炉，自2005年运行至今已9年。2014年2月8日下午，仪控人员在处理一组煤气调节阀卡涩故障时锅炉多个不相关的电动阀门突然出现开、关信号频闪、部分调节阀反馈失灵、负荷、水位、负压等参数出现大幅波动、锅炉自动调节退出等的现象，虽经运行人员及时处理未对生产造成影响，但事件本身的风险较高，为防止同类险兆事故再次发生，现对该故障进行深入探讨，以起到警示作用。

2 过程回顾

2.1 故障检测

2014年2月8日下午，锅炉运行人员接班后发现3#锅炉高气调节阀部分反馈不准确，给锅炉负荷等参数调整带来困难，随即联系仪控人员到现场进行维修。仪控人员到达现场根据锅炉值班人员的描述及再次确认对高气调节阀进行逐只维修，此前3#锅炉各参数均维持在正常运行状态。

（1）当仪控人员维修一角二层高气调节阀时，发现该阀门执行器已跳电，随之进行了送电工作；该阀门送电后，锅炉运行值班人员发现3#锅炉工艺监控画面中：转炉煤气一次、二次电动阀开关信号频闪（阀门处于关闭状态，现场确认未执行开关动作）；

（2）锅炉运行值班人员立即通知现场维修的仪控人员，到值班室进行确认后，认为转气阀门开关信号频闪，属于电气信号问题，未做处理，需联系电气解决，约1分钟后，转气阀门频闪信号不再闪烁，此时给水旁路一二次电动阀开关信号频闪（阀门处于关闭状态，现场确认未执行开关动作）。

2.2 信号波动分析

（1）上述现象发生后炉膛中火焰发生变化，炉膛燃烧恶劣，锅炉负荷由125 t/h降至109 t/h，炉膛含氧量由2%增至8%，送风机电流有6.5 A增至10 A左右，引风机电流增加，反馈频率增至40 Hz以上，接近50 Hz。

（2）锅炉给水量在150~90 t/h之间波动，自动调节退出，给水调节、减温水调节设定与反馈不符，汽包显示水位偏差较大；锅炉运行值班人员根据上述参数进行紧急调整锅炉负荷、水位、负压、煤气等参数，稳定燃烧。

（3）调整煤气阀门过程中，仪控人员发现一角二层高气调节阀执行器再次跳电，相应上述异常现象基本消失，仅存在给水调节、减温水调节设定与反馈不符、锅炉西侧水位较其余两支偏差较大等问题，告知仪控人员。随后仪控人员检查发现1#给水调节现场执行器的反馈与电脑画面无法对应。测量反馈电流及检验AI通道电阻，发现该AI模板存在通道击穿现象，随即对该AI模板进行了更换后，上述故障现象消失，锅炉恢复正常。

3 现象分析

经锅炉、电气、仪控人员查阅锅炉各参数历史趋势，经分析汇总后结论如下。

3.1 接地与通讯检查

（1）3#锅炉仪控系统接地经检测正常。

（2）该故障现象涉及故障排查点多而杂，曾怀疑为通讯故障或为小动物损坏通讯电缆，但检查通讯电缆无损坏迹象，且在未做通讯处理后又恢复正常，故基本排除PLC内部通讯故障。

3.2 现场仪表检查

（1）在解除了一角二层高气执行器控制反馈信号线后，送电。测量其阀位反馈电流信号中混入了220 V交流电压 (正常情况是纯4~20 mA电流信号)，控制信号中混入了220 V交流电压。经过分析，该交流成分进入到整套PLC控制系统中，造成全套PLC系统失真紊乱，是造成以上所有事故的根本原因。在当天下午事故过程中，该角执行器再次跳电后各现象随之消失。

（2）在对现场一角二层高气调节阀执行器经仪控人员拆解检查发现，内部控制线路板、排线等部分热熔损坏。该故障点是PLC系统总混入220 V交流电压的直接原因。

3.3 故障深入分析

（1）给水调节、减温水调节设定与反馈仍然不准确，更换模板后正常的原因分析：旧模板经拆下做试验后，确定旧模板各个通道没有实质的损坏。反馈不准主因是混入220 V的高电流导致基准零位混乱，造成部分通道假击穿的现象。判断若是不更换该模板，其应存在长时间放电运行时，可缓慢自行恢复正常的可能性。

（2）锅炉负荷由125 t/h降至109 t/h原因：模板混入大电流后，导致信号紊乱，送风机得到挡板开全信号，由40%开全至100%，送风量突然大幅增加（此时炉膛含氧量大幅增加）导致炉膛正常燃烧受破坏，送风由助燃作用变为炉膛冷却，炉膛温度降低，导致负荷降低；相应引风机因处于负压自动控制状态，为保持炉膛负压，不停的增加频率，增加引风量，导致电流变化等情况相应出现。

（3）锅炉给水量变化原因：因锅炉负荷突然变化，锅炉给水自动调节执行，导致水量突然变化，直至自动不能满足调整退出。

4 事件思考

4.1 故障分析

通过对故障流程梳理及分析，我们可以总结故障现象流程如下：

一角二层高气调节阀执行器内部线路烧毁→一角二层高气调节阀执行器跳电→仪控人员对该执行器送电，串入220 V大电流→转气、给水电动阀信号频闪、送风机挡板自动开大等问题→锅炉负荷、水位、负压等相应变化→锅炉运行人员煤气阀门等调整→一角二层高气调节阀执行器再次跳电，故障现象消失。

4.2 故障处理

（1）该次发生故障的执行器为某公司生产，属于比较落后执行器，价格便宜，但可靠性低，尤其是线路设计及连锁保护方面存在缺陷，建议在条件许可时尽量择机组织更换先进、连锁保护级别高的执行器。

（2）仪控人员以后处理类似故障时，需首先查明跳电原因方可重新送电；本次故障中如果送电前能够检查出执行器内部线路板熔毁短路，对其更换后再送电即可避免本次险兆事故的出现。

（3）仪控人员需深入研究公用模板（通道）的隐患处理方案或措施，即使220V交流电压的情况下，保证PLC系统的稳定性，避免类似故障发生。

（4）锅炉运行值班人员再遇类似故障时，首先退出各自动控制，尽量保持汽温、汽压、水位等参数的平稳，如各参数确实难以保持时，务必保证锅炉水位，防止发生缺水或满水事故，保证设备安全。