靖遠(yuǎn)第二發(fā)電公司4臺(tái)200 MW機(jī)組于1998-2001年相繼進(jìn)行了熱控系統(tǒng)改造，采用橫河-西儀公司CENTUM-CS、CS-3000分散控制系統(tǒng)。系統(tǒng)投運(yùn)后提升了機(jī)組自動(dòng)化控制水平，但經(jīng)過(guò)各種不同工況的檢驗(yàn)，也暴露出在控制方式設(shè)計(jì)上存在許多不安全問(wèn)題。
1 磨煤機(jī)保護(hù)聯(lián)鎖問(wèn)題及改進(jìn)
1.1 磨煤機(jī)保護(hù)聯(lián)鎖存在的問(wèn)題
靖遠(yuǎn)第二發(fā)電公司200 MW機(jī)組鍋爐磨煤機(jī)采用FW公司D-10D型鋼球磨，該磨煤機(jī)出力大運(yùn)行要求高，為此設(shè)置了12項(xiàng)聯(lián)鎖保護(hù)條件，而在這些條件中存在著以下問(wèn)題：
(1) 為保護(hù)磨煤機(jī)耳軸大瓦不進(jìn)粉造成軸瓦損壞及煤粉的外漏，設(shè)有密封風(fēng)壓低8 kPa聯(lián)動(dòng)備用密封風(fēng)機(jī)，低6 kPa跳磨聯(lián)鎖。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)當(dāng)備用風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)成功時(shí)，磨煤機(jī)卻仍然跳閘。
(2) 磨煤機(jī)耳軸溫度高或電機(jī)軸承溫度高跳磨聯(lián)鎖，由于保護(hù)信號(hào)來(lái)自熱電阻測(cè)量的模擬信號(hào)，極易因熱阻短路、開(kāi)路故障、或外界干擾引起阻值突變等，反映出一個(gè)虛假溫度信號(hào)，造成保護(hù)誤動(dòng)跳閘。
(3) 磨煤機(jī)順控邏輯中為保證設(shè)備安全，在磨停止后需聯(lián)開(kāi)輔助風(fēng)、一次風(fēng)冷風(fēng)門、聯(lián)關(guān)熱風(fēng)門并開(kāi)啟惰化蒸汽，進(jìn)行磨內(nèi)蒸汽惰化，以防止磨煤機(jī)內(nèi)部發(fā)生爆燃，造成設(shè)備損壞。但在實(shí)際運(yùn)行中，其執(zhí)行的依據(jù)PV=0(停止反饋)信號(hào)，由于6 kV開(kāi)關(guān)切送電過(guò)程中要將二次插頭拔出，這就造成磨煤機(jī)停止信號(hào)消失。當(dāng)再次插入二次插頭，磨煤機(jī)停止信號(hào)恢復(fù)。信號(hào)的中斷--恢復(fù)造成聯(lián)鎖邏輯的再次執(zhí)行，使前面述及的風(fēng)門檔板誤動(dòng)作。這在正常運(yùn)行中將造成一次風(fēng)壓較大幅度的下降波動(dòng)，影響到另一臺(tái)磨煤機(jī)的安全穩(wěn)定。如發(fā)現(xiàn)、調(diào)整不及時(shí)，將使運(yùn)行磨煤機(jī)由于一次風(fēng)壓低保護(hù)動(dòng)作而跳閘。
1.2 改進(jìn)
針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)對(duì)密封風(fēng)系統(tǒng)全工況試驗(yàn)，找到了風(fēng)壓建立的準(zhǔn)確時(shí)間，并對(duì)控制邏輯進(jìn)行下述改進(jìn)；
(1) 充分考慮風(fēng)機(jī)啟動(dòng)帶負(fù)載的安全性，對(duì)備用聯(lián)動(dòng)成功風(fēng)機(jī)入口檔板延時(shí)1 s開(kāi)啟；對(duì)運(yùn)行風(fēng)機(jī)入口檔板在跳閘后采用延時(shí)60 s關(guān)閉。因兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出口設(shè)有機(jī)械自動(dòng)切換檔板，在跳閘風(fēng)機(jī)完全停運(yùn)后不會(huì)引起風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，以此來(lái)縮短風(fēng)壓低保持的時(shí)間。
(2) 修改磨煤機(jī)風(fēng)壓低跳閘時(shí)間，增加12 s延時(shí)，以躲過(guò)風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)成功后建立風(fēng)壓時(shí)間。
(3) 對(duì)于磨煤機(jī)耳軸溫度高或電機(jī)軸承溫度高跳磨誤動(dòng)問(wèn)題，考慮到溫度變化是一個(gè)連續(xù)的且在非事故情況下，其上升/下降幅度不會(huì)大于6 ℃/s的速率，所以采取如下軟件改進(jìn)措施(見(jiàn)圖1)，以消除誤動(dòng)。
VEL+、VEL-為測(cè)量信號(hào)上升、下降速率報(bào)警，設(shè)定為6 ℃/s，當(dāng)溫度變化速率超過(guò)此限值時(shí)，內(nèi)部測(cè)量?jī)x表將報(bào)警，封鎖保護(hù)輸出信號(hào)。在測(cè)量信號(hào)正常后10 s自動(dòng)恢復(fù)出口通道，確保溫度真正越限時(shí)保護(hù)能正確動(dòng)作。IOP+、IOP-為開(kāi)路、短路報(bào)警，當(dāng)出現(xiàn)此報(bào)警時(shí)，表明測(cè)量回路發(fā)生故障。如有越限信號(hào)，則為虛假信號(hào)，應(yīng)立即封鎖出口，以防誤動(dòng)。
(4) 對(duì)磨煤機(jī)停止信號(hào)進(jìn)行邏輯鎖定，杜絕由于開(kāi)關(guān)插頭操作或接觸不良造成反復(fù)觸發(fā)，引起相關(guān)風(fēng)門檔板聯(lián)鎖啟動(dòng)，如圖2所示。只有當(dāng)磨煤機(jī)停止?fàn)顟B(tài)消失，而運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)來(lái)時(shí)，才能解除鎖定。
經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)，有效避免了磨煤機(jī)的保護(hù)聯(lián)鎖誤動(dòng)、拒動(dòng)事件，為機(jī)組安全穩(wěn)定提供了保障。
2 小型轉(zhuǎn)機(jī)的聯(lián)鎖問(wèn)題及改進(jìn)
2.1 小型轉(zhuǎn)機(jī)的聯(lián)鎖問(wèn)題
受DCS開(kāi)關(guān)量點(diǎn)數(shù)的限制，對(duì)380 V小轉(zhuǎn)機(jī)采用的是單狀態(tài)反饋，只引入了運(yùn)行狀態(tài)，沒(méi)有停止?fàn)顟B(tài)。在轉(zhuǎn)機(jī)控制邏輯中設(shè)有轉(zhuǎn)機(jī)啟動(dòng)失敗或跳閘后復(fù)位啟動(dòng)指令的控制方式，利用指令與狀態(tài)的偏差報(bào)警ANS+(即指令在啟動(dòng)位，而狀態(tài)在停止位，內(nèi)部軟開(kāi)關(guān)儀表發(fā)ANS+報(bào)警)作為判斷跳閘、啟動(dòng)失敗的依據(jù)。此設(shè)計(jì)看似合理，但在實(shí)際運(yùn)行中由于單狀態(tài)反饋受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)可靠程度的影響，運(yùn)行狀態(tài)接觸不良信號(hào)消失后，即被認(rèn)定為停止，而誤發(fā)一個(gè)停止的指令，造成轉(zhuǎn)機(jī)跳閘，使設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定受到影響，甚至使事故擴(kuò)大。
2.2 改進(jìn)
(1) 取消380 V轉(zhuǎn)機(jī)反饋偏差報(bào)警、跳閘條件置位停指令的邏輯項(xiàng)，防止誤停設(shè)備。
(2) 對(duì)重要的風(fēng)機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)冷卻水泵、射水泵、密封風(fēng)機(jī)等，為避免其ANS+報(bào)警引起備用聯(lián)動(dòng)、聯(lián)鎖誤動(dòng)，造成系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)，增設(shè)停狀態(tài)反饋信號(hào)與ANS+報(bào)警共同確認(rèn)跳閘信號(hào)，以提高聯(lián)鎖動(dòng)作的準(zhǔn)確可靠性。
3 開(kāi)關(guān)量輸入卡安全可靠性的問(wèn)題及改進(jìn)
3.1 開(kāi)關(guān)量輸入卡問(wèn)題
靖遠(yuǎn)第二發(fā)電公司4臺(tái)200 MW機(jī)組于2001年全部完成DCS改造。其中SCS(順序控制系統(tǒng))、ECS(電氣控制系統(tǒng))功能主要完成的是開(kāi)關(guān)量控制，每臺(tái)機(jī)組開(kāi)關(guān)量點(diǎn)為760點(diǎn)左右，采用輸入卡件ADM11C型。該16通道輸入卡查詢電壓為4～5 V DC，在4臺(tái)機(jī)組中均多次發(fā)生信號(hào)采集點(diǎn)接觸電阻大或觸點(diǎn)不可靠，致使DCS因數(shù)據(jù)采集不能準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀況而跳閘、備用誤聯(lián)動(dòng)，甚至影響到順控及聯(lián)鎖的正確可靠執(zhí)行。
此外，由于ADM11C卡查詢電壓低，在現(xiàn)場(chǎng)抗沖擊性能較弱，極易因強(qiáng)感應(yīng)電干擾沖擊或線路接地情況而使相應(yīng)點(diǎn)損壞，甚至使整塊卡不能使用。
3.2 改進(jìn)
以前曾對(duì)問(wèn)題較為突出的個(gè)別點(diǎn)加裝了隔離繼電器，起到了防范作用，但不能解決所有問(wèn)題。在充分對(duì)DCS繼電器柜電源配置、容量及安裝空間進(jìn)行計(jì)算研究后，采用了以下方案：
(1) 每面繼電器柜對(duì)應(yīng)加裝由微型繼電器制作而成的隔離繼電器板。此繼電器板采用印刷電路板完成，利用現(xiàn)輸入卡端子板，不改變?cè)娎|接線，增設(shè)預(yù)制電纜連接現(xiàn)場(chǎng)至隔離繼電器信號(hào)，以此阻斷強(qiáng)電干擾沖擊的可能。
(2) 繼電器板采用本柜24 V冗余特性電源作為工作電源，從而達(dá)到提高查詢電壓和可靠性的目的。至現(xiàn)場(chǎng)采集電壓上升為24 V DC。
(3) 設(shè)置每塊繼電器板的掉電報(bào)警信號(hào)，使任一隔離板掉電均可發(fā)出光字信號(hào)，向操作人員提示。
采取上述措施后，不僅提高了設(shè)備自身的安全，也保證了DCS系統(tǒng)順控、保護(hù)聯(lián)鎖的正確可靠運(yùn)行。
4 給水泵輔助油泵邏輯問(wèn)題及改進(jìn)
4.1 給水泵輔助油泵邏輯問(wèn)題
(1) 給水泵輔助油泵在給水泵順控步序、聯(lián)鎖邏輯中，設(shè)計(jì)有給水泵投備用自動(dòng)聯(lián)啟動(dòng)輔助油泵，解除備用則自動(dòng)聯(lián)停油泵邏輯項(xiàng)。但在實(shí)際運(yùn)行的非正常工況下，與運(yùn)行緊急情況下的操作有不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。表現(xiàn)在給水泵事故聯(lián)動(dòng)或緊急啟動(dòng)時(shí)，由于給水泵啟動(dòng)指令發(fā)出則復(fù)歸本身備用標(biāo)志。在沒(méi)有啟動(dòng)成功情況下，邏輯判斷給水泵回路故障，便動(dòng)作聯(lián)跳油泵。而輔助油泵一旦跳閘，要想通過(guò)后備手段緊急重合一次，必須重新啟動(dòng)輔助油泵，這在事故處理上耽誤時(shí)間較長(zhǎng)。
(2) 給水泵再循環(huán)門也有與輔助油泵相同的問(wèn)題。解備聯(lián)關(guān)，投備聯(lián)開(kāi)。因而再循環(huán)門的狀態(tài)作為閉鎖條件也影響到給水泵的緊急啟動(dòng)。
4.2 改進(jìn)
鑒于以上原因，經(jīng)綜合考慮各種因素后對(duì)輔助油泵控制邏輯進(jìn)行修改：取消給水泵解備聯(lián)停油泵邏輯、再循環(huán)門解備聯(lián)關(guān)條件；保留投備自動(dòng)聯(lián)啟油泵，投備聯(lián)開(kāi)再循環(huán)門設(shè)置，從而達(dá)到了控制方式適應(yīng)事故處理的目的。
5 引風(fēng)機(jī)油站的控制問(wèn)題及改進(jìn)
5.1 引風(fēng)機(jī)油站的控制問(wèn)題
引風(fēng)機(jī)油站的運(yùn)行極不穩(wěn)定，由于油泵采用交流控制回路，其控制電源取自動(dòng)力電源A相，這樣就造成許多問(wèn)題的發(fā)生：
(1) 交流電源本身易因接地等原因造成掉電，作為控制電源安全性不是很高，一般使用機(jī)組不停電電源或UPS(不停電電源裝置)電源作為重要設(shè)備控制電源。而油站控制電源使用動(dòng)力電源A相，就地取材，忽視了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，漏水、漏油等能引起電源接地，易造成設(shè)備安全事故，給油站穩(wěn)定帶來(lái)隱患，進(jìn)而影響到引風(fēng)機(jī)運(yùn)行。
(2) 380 V動(dòng)力電源受系統(tǒng)沖擊或廠用電"備自投"切換影響，電源瞬間斷電，造成油泵控制返回，其時(shí)間大約2～3 s。這本是極為常見(jiàn)的電氣聯(lián)動(dòng)切換現(xiàn)象，而對(duì)引風(fēng)機(jī)油泵控制來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是災(zāi)難的發(fā)生。因?yàn)檗D(zhuǎn)機(jī)采用交流控制，是以啟動(dòng)、停止兩接點(diǎn)在DCS驅(qū)動(dòng)繼電器出口相串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)力接觸器靠自保持接點(diǎn)維持運(yùn)行，一旦控制掉電，接觸器返回后將無(wú)法使電動(dòng)機(jī)在來(lái)電后自啟動(dòng)。從而引起連鎖反應(yīng)，造成風(fēng)機(jī)跳閘等大面積事故發(fā)生。
(3) DCS對(duì)油泵的控制反饋信號(hào)為單狀態(tài)，即不是運(yùn)行狀態(tài)，就判斷為停止。這與第2節(jié)問(wèn)題相似，不同的是狀態(tài)的接觸不可靠，造成DCS判斷為設(shè)備跳閘，頻繁引起油泵誤聯(lián)動(dòng)。
5.2 改進(jìn)
(1) 對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。變交流控制方式為直流控制方式，DCS對(duì)油站的控制操作改為兩常開(kāi)接點(diǎn)控制合閘跳閘繼電器形式。合閘繼電器因具有失電延時(shí)返回特性，從而可有效防范交流控制電源瞬間切換消失，引起油泵停運(yùn)不能自啟動(dòng)的問(wèn)題。
(2) 至DCS的油壓信號(hào)改為UPS不停電電源進(jìn)行擴(kuò)展輸入，并設(shè)計(jì)安裝于電子間，改善工作環(huán)境質(zhì)量，使信號(hào)可靠性得到加強(qiáng)。
(3) DCS中油泵控制功能塊SIO-12單入雙出型，改選用SIO-22雙入雙出型，I/O模件定義增加一開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，使油泵控制完善，反饋狀態(tài)更為確切。同時(shí)修改跳閘聯(lián)動(dòng)邏輯，變"運(yùn)行"的"非"信號(hào)啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)邏輯為：運(yùn)行狀態(tài)故障"ANS+"報(bào)警加"停狀態(tài)"證實(shí)判斷為跳閘，再行聯(lián)動(dòng)備用，從而使由于一次設(shè)備原因引起的油泵誤聯(lián)得以杜絕。
6 結(jié) 論
靖遠(yuǎn)第二發(fā)電公司對(duì)DCS系統(tǒng)不斷地進(jìn)行完善優(yōu)化，并在聯(lián)鎖保護(hù)方面，進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性、可靠性改進(jìn)，解決了控制存在的事故隱患，穩(wěn)定了設(shè)備運(yùn)行，終使DCS更加適應(yīng)設(shè)備控制、運(yùn)行、事故處理需要，從而使分散控制技術(shù)在應(yīng)用上更加成熟。
