火电厂汽机锅炉DCS 控制系统异常应急维护方法

邱 磊

（国电建投内蒙古能源有限公司，内蒙古鄂尔多斯 017000）

0 引言

传统火电厂的控制方式主要采用一对一现场控制方式，控制水平低，控制方式复杂，设备故障率高，自动投用率低，不适应当前复杂的火电厂作业需求和生产需求。所以，将传统控制方式转变为自动化、智能化、集成化的控制方式，对火电厂的可持续发展具有重要的现实意义。目前，在火电厂应用较为广泛的自动化系统包括锅炉FSSS（Furnace Safeguard Supervisory System，锅炉炉膛安全监控系统）、ETS（Emergency Stopping System，汽轮机危急遮断保护系统）和DCS（Distributed Control System，分散控制系统），其中DCS 控制系统具有操作简单、人机界面协调、数据处理能力强、扩展性高、可维修性高的优点，是火电厂提升机组控制效率的关键技术。在火电厂汽机锅炉，系统设备可以分为现场层、采集层、控制层和管理层4 个层次，各层次之间的配合直接影响火电厂的运行效率。DCS 控制系统能够发挥桥梁连接作用，实时传输不同层次之间的机组数据和运行工况，还能对核心系统、辅助系统进行运行监控，在故障发生的第一时间进行紧急制动和故障警报。对DCS控制系统异常的应急维护方法展开研究，旨在为火电厂汽机锅炉的安全稳定运行提供助力。

1 DCS 控制系统异常的背景

1.1 DCS 控制系统配置

布连电厂的DCS 控制系统配置主要体现在锅炉燃烧系统配置、汽水系统配置和FSSS 系统配置3 方面。由于布连电厂的汽轮锅炉I/O 点数和MOXOC 控制系统CPU 采用单独匹配机制，由2 组互相冗余的CPU 分别控制锅炉燃烧系统和锅炉汽水系统，并使用主备用双模块的方式，确保系统运行安全性和连续性。当主模块发生故障无法运行时，后备可以自动代替主模块运行，包括电源模块、通信模块、处理器模块等[3]。布连电厂的锅炉FSSS 系统采用独立PLC 系统进行控制，并对8 台给粉机控制系统、变频器控制信号灯进行冗余配置，进而确保信号传输的稳定性，再通过I/O 接口连接DCS 控制系统，将PLC 系统运行数据传输给DCS 控制系统进行集中控制。具体锅炉燃烧系统配置、锅炉汽水系统配置和锅炉FSSS 系统配置如表1～表3 所示。

表1 锅炉燃烧系统配置

表2 锅炉汽水系统配置

表3 锅炉FSSS 系统配置

1.2 DCS 控制系统异常分析

布连电厂的DCS 控制系统主要有36 对控制器（DPU）、870块I/O 模块、13 台上位机、16 台交换机和2803 台继电器5 部分组成。控制流程为上位机（操作员站、工程师站）发出信号→交换机→控制器（DPU）→I/O 模块→继电器→就地设备。受锅炉燃烧系统配置、锅炉汽水系统配置和锅炉FSSS 系统配置的冗余配置影响，在主备用模块切换控制的过程中，DCS 控制系统可能出现异常。根据布连电厂的实际运行数据显示，异常主要发生在上位机和控制器，其中上位机故障次数约占总故障次数的51.42%；控制器故障次数约占总故障次数的44.57%；其他故障（包括交换机、I/O 模块和继电器）次数约占总故障次数的4.01%。

2 DCS 控制系统应急维护方法

2.1 上位机故障

2.1.1 单台DCS 上位机故障

单台DCS 上位机故障时，对系统总体运行威胁较小，但需要热控人员将故障上位机与其他上位机断开连接，形成物理隔离，同时对其他上位机进行实时参数监测，避免故障扩散。

2.1.2 所有DCS 上位机故障

所有DCS 上位机故障可以分为两种情况，第一种是工程师站DCS 上位机正常运行，此时运行人员可以通过工程师站DCS上位机进行维护；第二种是工程师站DCS 上位机也出现故障，此时应当使用机组长（主值班员）、副值班员和巡检员三级应对机制。

（1）机组长（主值班员）应当通过DEH、MEH 画面监视汽轮机各项参数，其中机组负荷、振动、瓦温、背压、主机转速、小机转速、汽温、汽压等参数应当实时进行记录，并观察有误异常波动。

（2）副值班员通过汽轮机14.5 m 励磁小间检测电机负荷、机端电压、频率、励磁电压、励磁电流、高加液位等参数，并观察有无异常波动。

（3）巡检员分为4 组，第一组应在汽轮机6.9 m 处检测视小机转速、低加液位、主机润滑油泵等，并观察有无异常波动；第二组应在汽轮机处检测排汽装置、7#低加液位、闭式水泵、小机润滑油、密封油系统、定冷水系统等，并观察有无异常波动；第三组应在锅炉17 m 处检测给煤机煤量，并实时监测高压缸、中压缸进汽温度；第四组应在锅炉0 m 处检测送风机、一次风机、引风机运行情况，并观测四大风机动叶的波动状态以及炉膛运行状态，一旦发现异常则及时通知维护人员就地维修。

2.1.3 上位机严重故障

当上位机故障严重，不能在短时间恢复正常运行，并且已经出现故障扩散现象时，需要立即执行紧急制动，停止所有上位机运行，避免出现DCS、DEH 上位机出现集中故障的情况。再按照规定顺序检查各项设备，规定顺序为：锅炉灭火设备→空预器→送风机→引风机→电动门→气动门→大主机→轴封系统→主机油→小机油系统→密封油系统→厂用电→断路器。检查过程中单个环节出现异常应就地维修，多个环节集中异常应全面打闸停机，直至操作员站画面恢复正常。需要注意的是，维护完毕后应当确认运行设备、系统相关参数及保护联锁动作情况无误后再开始作业。

2.2 控制器（DPU）故障

2.2.1 一对控制器故障

当仅有一对控制器故障时，I/O 模块的所有指令会保持初始运行状态，进而导致监测点监测功能失效，此时操作人员无法获得准确的设备运行状态，需要巡检员对所关联设备就地进行监视，并联系热控专业人员处理。

2.2.2 全部控制器故障

当全部控制器均出现故障时，所有的设备监测、控制、调整指令均会失效，设备会保持当前执行的指令状态不变，非长指令的设备会出现停运。此时应当按照规定顺序检查各项设备，规定顺序为锅炉灭火设备→一次风机→送风机→引风机→阀门隔离状态→电动门→气动门→空预器→空预器入口→高中压主汽门→主机油→小机油系统→高、低压旁路快开→密封油系统→机润滑油压力和温度→顶轴油压力→除氧器液位→排汽装置液位→高低压加热器。若检查完毕后，发现需要紧急破坏真空，应立即破坏主机真空，检查关闭进入排汽装置的有压疏水。需要注意的是，维护完毕后应当检查10 kV、400 V 段、直流系统、UPS系统运行正常，检查启备变运行正常。

2.3 其他设备故障

2.3.1 交换机故障

交换机故障分为两种，一种是单台交换机故障，由于布连电厂采用双交换机的方式，单台交换机故障并不影响机组的整体运行，但需要DCS 控制系统进行自检监控，及时掌握交换机运行情况；另一种是2 个交换机同时故障，此故障较为严重，故障处理方式与全部控制器故障的处理方法相同。

2.3.2 I/O 模块故障

I/O 模块主要起连接通信作用，当单点位I/O 模块故障时，需要DCS 控制系统进行自检画面进行监控；当多点位I/O 模块故障时，故障处理方式与控制器故障处理相同。

2.3.3 继电器故障

继电器故障的主要表现为控制操作指令无法传递到就地设备，此时应立即进行制动，全面停止操作，并联系热控专业人员就地操作。