火电厂现场总线控制系统故障分析及处理

周裕宏

(广东粤电大埔发电有限公司，广东 大埔 514200)

0 引言

为适应构建数字化、信息化电厂的需要，越来越多的火电厂开始普及和拓展现场总线技术的应用范围。使用现场总线通过上位系统对现场设备进行参数调整，通过借助专业诊断工具进行系统维护、故障查找等。尽管系统设备的制造厂商已经从产品角度不断致力于采取各种措施提高可靠性，但是基于工业生产现场的高度复杂性和不确定性，仍有诸多因素可能造成现场总线系统设备的不稳定，从而影响运行监控，严重时甚至引发机组跳闸等事故。总线故障一般比常规的电气故障较难查找原因及解决，一旦出现故障往往难于在短时间内捋清头绪，从而影响问题的及时处理。下面结合某电厂现场总线控制系统(fieldbus control system，FCS)在生产过程中出现的故障案例及其分析处理过程进行介绍，并提出防范措施。

1 系统应用情况介绍

某电厂1 号、2 号机组建设为2×660 MW超超临界燃煤发电机组。控制系统采用西门子SPPPA-T3000 全厂一体化现场总线控制系统。全厂主控、辅控系统大范围采用了现场总线技术。全厂共设计配置PROFIBUS 通信主站183 对，设计PROFIBUS-DP 网 段183 个，PROFIBUS-PA 网段125 个；全厂共采用现场总线控制设备2 645 台(套)，总线设备类型包括电动执行机构、气动调节阀、电气马达保护装置、低功率电机变频器、电磁阀岛，以及压力、差压、液位、流量、化学分析仪表等。

2 故障实例及检查分析

(1) 总线链路故障误发跳闸信号所引发的机组跳闸。

某日1 号炉脱硫系统吸收塔误发“液位低低”信号，最终引发锅炉MFT 动作，机组跳闸。

事故所属的吸收塔现场总线控制系统网络结构如图1 所示。事后检查发现吸收塔第一层3 ～6 号除雾器冲洗门总线屏蔽压片缺失使得B 路屏蔽线路虚接，使B 路链路产生干扰引起B 路153-2 不时发出瞬时故障；同时检查发现A 路153-2 电源保险金属头已有松动、接触不良而一直处于不稳定的闪断状态，造成PA 链路通信异常，引起吸收塔液位测量值瞬间下降至1.9 m 而误发“吸收塔液位低低”信号，最终引发机组跳闸。

事件原因除在网段设计分配方面存在不合理之处外，直接原因在于吸收塔第一层3 ～6 号除雾器冲洗门总线屏蔽压片缺失，以及A 路153-2 电源保险金属头松动等总线设备的安装、维护问题。重新加装屏蔽压片、以及更换电源保险之后，问题得到解决。

针对该类型的异常事件，组织全面排查同类型现场设备的总线、屏蔽等接线工艺，以及系统卡件电源保险的完好情况等，对发现的问题及时处理、整改。另外重新优化该总线网段的测点分配方式，将位于同一网段的吸收塔液位信号测点1，3 分开，将其中一个测点改接至其他网段，以免在同一网段异常时导致两个“吸收塔液位低低”信号同时成立，引发事故。

(2) 从站设备内部设置不合理引发机组跳闸。

某日2 号机组汽泵出口电动门运行中出现两路通信同时故障，电动门自动关闭，引起给水泵小汽轮机跳闸，继而引发机组跳闸。

图1 吸收塔现场总线系统网络结构

汽泵出口电动门为某品牌冗余总线型电动执行机构，该品牌执行器的总线通信卡屏蔽接地功能设置有专门的拨码开关，并设置有“PE”和“Filter”两个选择位，其中“PE”位的屏蔽端直接连接执行机构壳体，“Filter”位则经过相应的过滤环节后接地，作为配合总线网段终端电阻需在执行器内设置时使用。由于总线网段的终端电阻均已统一设计在总线通信箱内，因此正常运行时拨码开关应置“PE”位置。而事后检查发现该电动门的屏蔽接地设置开关被拨至“Filter”位置，致使该执行机构两路通信不时出现闪断。又因为该执行机构总线设置参数中的“Fail safe”(故障安全)选项设置为“Act. run to fail safe”(运行至故障安全位置)，而其对应默认的故障安全位置为“0%close”(0 %，即关位置)，致使该电动执行机构出现两路通信故障时阀门被自动关闭。

事件直接原因是由于汽泵出口电动门执行机构屏蔽设置拨码开关被拨至“Filter”位，以及故障安全位置参数被设置为“0 % close”所致。将拨码开关拨回至“PE”位置，以及将故障安全位置参数设置为“Disabled”(禁止)后，问题得到解决。

为防止再次出现因从站设备内部设置不当引发的异常事件，首先应制订完善的管理制度，在现场设备维护作业时加强安全防范意识，作业前应提前熟悉、掌握该类型设备的内部开关、参数等各设置选项的实际意义，防止出现误触、误碰、误设置开关位置等不安全行为；同时组织全面排查同类型现场总线设备内部的各项参数设置，发现有可能诱发错误动作方向的参数设置应立即予以修改、纠正。

(3) 电磁干扰引起重要参数测量值跳变引发引风机跳闸。

某日2 号炉B 引风机运行中突然跳闸，跳闸原因为“润滑油压力低低”。经热工人员现场查询得知：事件发生前2 号炉B 引风机附近有作业组在处理其他缺陷时进行了电焊工作。工作时将电焊机的外壳接地线接至2 号炉B 引风机所属总线网段的PA 电缆预埋管中，且电焊机的放置距离总线PA 电缆预埋管太近(约60 cm)。检查DCS 历史曲线显示2 号炉B 引风机润滑油压力测量值在电焊作业期间从0.32 MPa 开始逐步阶跃跳变下降至0，与之同网段的液压油压力测量值亦从3.15 MPa开始以相同的变化特性下降至0 MPa。当施工人员停止电焊作业后，润滑油压、液压油压等参数显示均很快恢复正常。因此可以确定：由于现场电焊作业人员将电焊机的外壳接地错误连接至PA 电缆预埋管处，且电焊机的放置位置与总线通信电缆距离过近，电焊作业产生强电磁干扰影响PA 网段引起相关参数测量异常而误发跳闸信号，最终引发设备误动。

为防止重复发生类似的电磁干扰问题，制订相应的防范措施：现场作业使用的电气、电动等工具严禁将接地线接至总线电缆预埋管及屏蔽接地点等处，电气、电动工具的放置位置应尽量远离总线设备及其沿途电缆。

3 结束语

现场总线技术以其全开放、全数字化、大幅简化的系统布线、以及为建设数字化电厂提供丰富的底层数据支撑等优势而在火电厂获得越来越广泛应用。FCS 系统设备可能出现的故障类型、形式多种多样，以上从现场总线设备的安装维护、内部参数设置、以及电磁干扰等几个方面举例进行阐释，并提出了处理方法及防范措施，为FCS 系统设备维护工作提供一些解决问题的思路。