电厂分散控制系统控制器失电事故处理预案研究

余小敏，张　锷，祝广场

（华电电力科学研究院中南分院，湖北武汉430062）

电厂分散控制系统控制器失电事故处理预案研究

余小敏，张锷，祝广场

（华电电力科学研究院中南分院，湖北武汉430062）

控制系统中的电源系统是电厂控制系统中的一个非常重要的系统，是电厂分散控制系统能够长期稳定运行的基础。对于运行中的机组来说，分散控制系统的控制器如果发生失电故障往往会引起比较严重的后果。为了保证电厂的安全稳定运行，对电厂的分散控制系统制定应急预案，针对分散控制系统的失电情况采取相应的应对措施非常重要。本文针对某电厂三期工程DCS在调试和运行过程中出现的种种问题，结合OVATION控制系统的特点，介绍了某电厂三期DCS控制器失电事故预想，目的之一是掌握执行机构失去控制信号后的动作特性，二是检查软件设置和联锁保护设计是否有优化的空间，三是为异常处理和恢复提供参考。

DCS控制器；失电；事故预想

0　引言

电源系统是控制系统长期、稳定地保持正常工作能力的基础。但由于设计与硬件质量本身原因，因电源故障引起的火电机组非计划停运事故时有发生。作为热控系统的一个重要组成部分，控制器失电故障的预防和处理，直接影响机组的安全经济稳定运行，若有不慎，就有可能引起机组运行异常，甚至主设备损坏事故。吸取日本核电厂事故教训，做好控制系统控制器的事故处理预案，对防止控制器故障后的事件扩大有着重要意义。本文结合某电厂三期机组DCS配置，探讨其控制器失电故障的预防措施，提出针对性的建议。

1　某电厂三期配置情况

1.1OVATION系统结构

某电厂三期机组DCS选用了西屋公司的OVATION分散控制系统。图1为典型的OVATION系统结构图。

（1）OVATION系统的电源配置

每台机组OVATION系统配置两个电源分配柜，由两路UPS供电，负责OVATION系统各控制器机柜、远程I/O站、网络系统、操作员站、工程师站等设备的供电。

（2）控制器的故障切换

处于主控状态的控制器，直接处理I/O的读写，执行数据的获取和控制功能，同时监视备用控制器及网络的运行情况。处于备用状态的控制器诊断和监视主控制器的状态，通过检测主控制器的内存数据和接收主控制器发往OVATION网络的信息来维护数据的最新状态，以保证备用控制器实时跟踪主控制器。故障切换是指出现主控制器故障、主控制器与网络通讯故障以及主控制器与I/O通讯故障等异常时，原备用处理器读取I/O信息并接管过程控制，成为主控制器。

1.2三期DCS控制器分配

三期DCS控制器采用工艺系统结合控制功能的分配方式，局部工艺系统的全部控制任务集中在同一个控制器内完成。如果其中一个控制器出现失电、死机和脱网等故障，所属工艺系统的所有参数和设备状态将无法在画面监视，不利于异常情况的判断和处理。

三期DCS共配置30对控制器，发电机温度、锅炉本体温度和循泵房采用远程I/O站，分配如下：

DROP1/51~DROP6/56分别负责磨组A/B/C/D/E/F；DROP7/57负责FSS、RB；DROP8/58负责等离子点火、火检冷却风机、SOE；DROP9/59~ DROP10/60负责风烟系统；DROP11/61负责炉膛负压、一次风压、总风量；DROP12/62负责锅炉疏水放气；DROP13/63负责协调控制系统；DROP14/64负责主再热汽温控制、锅炉壁温；DROP15/65负责锅炉吹灰；DROP16/66负责锅炉启动系统、旁路系统；DROP17/67负责脱硝、空压机、燃油泵系统；DROP18/68负责高加及抽汽、DEH通讯；DROP19/69~DROP20/70负责凝结水及高低加系统；DROP21/71~DROP22/72负责循泵及开闭式泵系统；DROP23/73~DROP26/76负责ECS系统；DROP41/91~DROP44/94负责小机系统。

2　控制器失电故障及事故预想

2.1控制器失电故障

控制器失电是DCS最严重的故障。控制柜冗余电源中的任一路故障都会引起光字牌“DCS电源故障”报警。控制柜两路电源都失去时，主备控制器都停止运行，光字牌“控制器故障”报警，软报警窗口“DROPxx”报警，系统状态画面上这对控制器显示灰色。控制器所属信号全部变为坏品质，画面上参数保持在坏品质前的值，并显示为蓝色，开关量设备的显示将保持在原状态。其它控制器通过网络接收该控制器的信号保持在故障前的状态。控制器失电后，控制器失去保护和调节功能；由于失去辅助电源，控制器所属模拟量输出通道4-20mA信号失去，模拟量执行机构自身特性决定其处于保持、全开或全关状态；异常前处于激励状态的开关量输出通道将会突变，其所控制的相关设备的实际状态将会变化。

2.2控制器失电事故预想

鉴于该电厂一期机组曾发生过因控制器失电引起MFT的事件，针对这种极端工况进行事故预想，目的之一是掌握执行机构失去控制信号后的动作特性，二是检查软件设置和联锁保护设计是否有优化的空间，三是为异常处理和恢复提供参考。

控制器失电事故预想的重点是失电后的现象。由于该厂三期DCS按系统分配控制器，控制器失电后，所属系统、设备的状态和参数都不再刷新，因此在操作员站画面看不到相关故障现象，画面上的参数和状态可能会起到误导作用，需要到现场确认，并开展后续事故处理工作。

控制器恢复上电前需采取措施的重点是梳理相关联锁保护，缩短上电恢复时间。控制器恢复上电的初始化过程中，DO通道和AO通道处于不可控状态，因此不同控制器上电恢复前有不同的措施，以下几条适用于所有控制器。

（1）运转设备的停止命令解线。

（2）停运设备的启动命令解线。

（3）处于开启状态的阀门（挡板）的关闭命令解线。

（4）处于关闭状态阀门（挡板）的开启命令解线。

下面提出重要控制器失电时的事故预想：

2.2.1磨煤机组控制器故障事故预控DROP1/51（A）

2.2.1.1磨煤机组控制器故障（以磨煤机A投运为例）时，其模拟量控制回路中，给煤机停转，中心风调节挡板关闭，动态分离器停转，磨辊加载力最小，其余回路（例如冷风和热风调节挡板）处于保持状态。而开关量控制回路中，相关设备保持在原状态。

2.2.1.2处理建议：由于给煤机控制系统一般未设置最小给煤率功能，应到就地确认给煤机运行情况，如需紧急停运磨组，须到开关室和就地控制盘进行相关操作。

2.2.1.3恢复上电前的措施：在FSS控制器（DROP7）强制临界火焰失去MFT信号。恢复上电前的通用措施。

2.2.2DROP7/57（FSS、RB）

2.2.2.1该控制器无模拟量回路。控制器失电后，机组将直接MFT，并通过MFT继电器柜联跳相关设备。

2.2.2.2处理建议：因机组已MFT，控制器上电恢复前的准备工作无特殊要求。

2.2.3DROP8/58（等离子点火、火检冷却风机、SOE）

2.2.3.1（以未投运等离子点火器为例）该控制器的模拟量控制回路只有冷风加热器出口电动调节阀，保持原位。开关量控制回路中，相关设备保持在原状态。

2.2.3.2恢复上电前的措施

（1）在FSS控制器（DROP7）强制扫描冷却风失去MFT信号。

（2）恢复上电前的通用措施。

2.2.4DROP9/59（A侧风烟）

2.2.4.1该控制器无模拟量控制回路。开关量控制回路中，原处于运行状态的空预器导向轴承油泵将会自行停运，其余设备保持在原状态。

2.2.4.2恢复上电前的措施

（1）如果故障前密封风机A在运行状态，密封风机B处于备用状态，恢复前宜先手动启动密封风机B。

（2）空预器A紧急停止命令解线。

（3）空预器A电机跳闸（去FSS控制器）解线。

（4）空预器A跳闸（去脱硝控制器）解线。

（5）恢复上电前的通用措施。

2.2.5DROP11/61（炉膛负压、一次风压、总风量）

2.2.5.1模拟量回路中，送风机、引风机和一次风机的动叶保持不变，但炉膛负压、总风量和一次风母管压力失去调节功能，也无法在画面上监视炉膛负压和总风量等参数，同时总风量低MFT功能失去。开关量控制回路中，相关设备（燃烧器冷却风电动门和冷一、二次风联络门）保持在原状态。

2.2.5.2处理建议：DROP11/61失电后，宜直接手动停运送引风机，确认MFT动作，相关设备联跳正常。

2.2.5.3恢复上电前的措施：因机组已手动MFT，控制器上电恢复前的准备工作无特殊要求。

2.2.6DROP13/63（协调控制）

2.2.6.1该控制器主要是模拟量控制回路。控制器失电后送DEH的负荷和压力设定值将变为坏信号。所有给煤机转速控制将自行切至MANUAL，并维持当前煤量。两台小机转速将自行切至本地控制方式，并维持当前转速。

开关量控制回路中，相关设备保持在原状态。

2.2.6.2处理建议：该控制器失电后，FSS控制器（DROP7）中的给水流量、单台给煤机煤量（DROP1~6）和DEH中的负荷及主汽压力等信号的品质都还是好的。建议立即在DEH画面确认在负荷控制方式，并把负荷设定从CCS切至本地，不宜在压力控制方式下运行。机组的水、煤、负荷和压力控制都需手动控制。

2.2.6.3恢复上电前的措施

（1）在FSS控制器（DROP7）强制给水流量低MFT信号。

（2）负荷小于x%送汽机防进水系统的DO通道解线。

（3）由于其它控制器用到DROP13中的负荷、主汽压力等模拟量中间点参数的地方很多，控制器上电恢复时需在相关控制器逐个排查强制。

（4）恢复上电前的通用措施。

2.2.7DROP14/64（主再热汽温控制、锅炉壁温）

2.2.7.1模拟量控制回路中，所有过、再减温水调节阀暂时保持不变，但保持一段时间后可能自行全开。再热器和过热器调节挡板保持原位。所有锅炉侧汽壁温等参数变为坏信号，送协调控制器（DROP13）的“屏式过热器出口温度”和“屏式过热器出口温度设定值”变为坏信号。开关量控制回路中，相关设备保持在原状态。

2.2.7.2处理建议：把水煤比控制撤至手动控制。通过参考机侧汽温（DROP16），手动控制给水和煤量以控制汽壁温。如果IDAS壁温检测系统出现大面积超温，宜手动MFT。

2.2.7.3恢复上电前的措施

恢复上电前的通用措施。

2.2.8DROP15/65（锅炉吹灰）

2.2.8.1模拟量控制回路中，吹灰蒸汽调节阀暂时保持不变，但保持一段时间后可能自行全开。吹灰蒸汽减温水调节阀自行全关。开关量控制回路中，设备保持原状态。

2.2.8.2处理建议：宜立即到吹灰蒸汽调节阀及其减温水阀现场进行操作处理。就地手动退出正在运行的长吹，在检修人员的协助下，通过强制的方法退出正在运行的短吹（就地无退出按钮）。

2.2.8.3恢复上电前的措施

（1）就地关吹灰器隔离阀。

（2）吹灰器动力柜拉电。

2.2.9DROP16/66（锅炉启动系统、旁路）

2.2.9.1模拟量控制回路中，分离器贮水箱水位调节阀、主蒸汽管道疏水调节阀、暖管疏水调节阀、再热蒸汽管道疏水调节阀暂时保持不变，但保持一段时间后可能自行全开。凝结水杂用减温水调节阀自行全开，小机轴封汽减温水调节阀、主机轴封汽减温水调节阀保持原位，高低旁及减温水阀仍维持在关闭状态。开关量回路中，设备保持原状态。

2.2.9.2恢复上电前的措施

（1）在DROP7强制再热器保护。

（2）在DROP19强制凝汽器保护。

（3）汽机跳闸#11（去DROP21）和汽机跳闸#12（去DROP22）DO通道解线。

（4）恢复上电前的通用措施。

2.2.10DROP17/67（脱硝、空压机、燃油泵）

2.2.10.1模拟量控制回路中，SCR反应器入口加氨流量调节阀自行全关。开关量回路中，SCR反应器入口加氨前后关断阀自行全关，其它设备保持在原状态。

2.2.10.2恢复上电前的措施

（1）空压机切到就地控制。

（2）供油泵67A/B/C变频器急停DO通道解线。

（3）制氨系统紧急停止和制氨系统紧急消防DO通道解线。

（4）恢复上电前的通用措施。

2.2.11DROP18/68（高加及抽汽、与DEH通讯）

2.2.11.1模拟量回路中，高加紧急疏水阀暂时保持不变，但保持一段时间后可能自行全开。高加正常疏水阀暂时保持不变，但保持一段时间后可能自行全关。开关量回路中，#1~#3抽汽逆止阀自行全关，#1~#3抽汽管道疏水阀自行全开，其它设备保持在原状态。和DEH通讯中断。

2.2.11.2处理建议：按高加汽侧全部撤出进行处理。

2.2.11.3恢复上电前的措施

恢复上电前的通用措施。

2.2.12DROP19/69（凝泵A、变频器、辅助蒸汽、除氧器及抽汽、电泵）

2.2.12.1模拟量回路中，除氧器水位主调节阀、除氧器水位副调节阀、凝泵最小流量调节阀、冷再至辅汽调节阀、辅汽至除氧器启动加热调节阀暂时保持不变，但保持一段时间后可能自行全开。凝结水泵变频器降至最低速度。除氧器溢流阀调节阀保持原位。辅汽疏水扩容器至凝汽器气动调节阀自行全开。开关量回路中，#4抽汽疏水阀和辅汽系统疏水阀自行全开。其它设备保持在原状态。

2.2.12.2处理建议：因除氧器水位不可控，宜立即手动MFT，确认相关设备联跳正常。如果原来凝泵A在运行，到开关室停运凝泵。就地关闭冷再至辅助蒸汽调节阀和辅助蒸汽至除氧器启动加热用汽调节阀的前后隔离阀。

2.2.12.3恢复上电前的措施

恢复上电前的通用措施。

2.2.13DROP21/71（循泵A、开式泵A、闭式泵A）

2.2.13.1模拟量回路中，给水泵汽机A再热蒸汽管疏水阀控制指令自行全开。闭式水膨胀水箱水位调节阀保持原位。开关量回路中，#4段抽汽供小机A疏水阀自行全开，其它设备保持在原状态。

2.2.13.2恢复上电前的措施

（1）启动B系列的备用设备，例如循泵B、闭式泵B等。

（2）两台闭式水泵均停运或闭式水母管压力低（去另一台机组的DROP21）DO通道解线。

（3）恢复上电前的通用措施。

2.2.14DROP24/74（发变组系统、电气FECS通讯）

2.2.14.1该控制器无模拟量控制回路。开关量回路中，相关设备保持在原状态。和FECS通讯失去。

2.2.14.2恢复上电前的措施

在电气配合下，执行恢复上电前的通用措施。

2.2.15DROP41/91（小汽机A MEH）

2.2.15.1模拟量回路中，小机A高低压调门自行关闭。转速下降，但小机A并未跳闸。

该控制器无开关量回路。

2.2.15.2处理建议：立即手动跳闸小机A。由于小机跳闸状态无法送至DROP7，机组RB不会正确动作，需参考RB动作过程进行手动干预。

2.2.15.3恢复上电前的措施

（1）关闭小机A的高低压进汽隔离阀以及和主机有关联的阀门。

（2）恢复上电前的通用措施。

2.2.16DROP42/92（小汽机A ETS、汽泵A）

2.2.16.1小机A自行跳闸。汽动给水泵A给水再循环调节阀自行全开。其它设备保持原状态。

2.2.16.2处理建议：由于小机跳闸状态无法送至DROP7，机组RB不会正确动作，需参考RB动作过程进行手动操作。小机A跳闸后，小机和汽泵辅助系统不会联锁动作，需到就地进行相关操作。

2.2.16.3恢复上电前的措施

（1）关闭小机A的高低压进汽隔离阀以及和主机有关联的阀门。

（2）恢复上电前的通用措施。

3　结语

OVATION是主流的分散控制系统，某电厂三期DCS通过硬件配置、软件设置和逻辑保护设计的优化，具有较高的可靠性。本文针对OVATION系统的特点及某电厂的实际情况就控制器失电后的处理提出一些建议，仅供参考。

[1]艾默生过程控制（上海有限公司）OVATION系统手册[M].2016.

[2]DL/T774-2015，火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[S].

Research of the Precaution of DCS Controller on the Loss of Power Supply

YU Xiao-min，ZHANG e，ZHU Guang-chang
（Huadian Electric Power Research Institute，Zhongnan Branch，Wuhan 430062，China）

Powersystem isavery importantsystem in thecontrolsystem,which is thebasis of the smoothly running of controlsystem.The result isvery serious if the power system of the controlsystem ispower off.Thearticle describes the precaution ofDCScontrolleron the loss ofpowersupply ofpowerplantaccording to theproblemsarising from thecommissioning and running of the project.The purpose of this article can be summarized asbelow:1 learning the character of the actuator when itscontrolsignal is losed；2 checkingoutif itisavailable for theoptimizing of the software settingand protectingdesign; 3 providing the reference for the dealingand restoring oftrouble.

DCS controller；power off；precaution

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.006

TP273

B

2095-3429（2016）05-0024-04

余小敏（1978-），男，湖北荆州人，硕士，高级工程师，主要从事火电厂热工控制及保护方面的工作；张锷（1986-），男，湖北荆州人，硕士，工程师，主要从事火电厂热工控制及分散控制系统试验的工作；祝广场（1984-），男，河南周口人，硕士，工程师，主要从事火电厂热工控制及保护的工作。

2016-08-01

2016-09-22