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DCS系统存在问题分析和处理措施

2008-07-07 09:44:25

    北仑发电厂二期3×600MW亚临界燃煤机组,仪控设备采用美国Bailey公司生产的INFI-90系统。3台机组分别于2000年7月8日、7月28日和9月28日通过168小时满负荷试运行移交商业运行。在二期INFI-90控制系统中,包括协调控制系统(CCS)、燃烧器管理系统(BMS)、程序控制系统(SCS)、数据采集系统(DAS)、汽机防进水系统(TWIP)。这些功能都是由多功能处理卡MFP03和相应的I/O子模件来实现的。所有的多功能处理器MFP03均采用1:1冗余配置。

    人机接口设备采用BAILEY公司OIS43,每台机组配有8个单独节点(NODE),以增加运行安全可靠性。

    以下是对二期DCS系统存在问题的分析和处理措施的总结。

    1、过程控制单元(PCU)电源系统故障分析处理

    INFI-90系统PCU柜内使用的是模件化电源系统MPSII,采用2N供电方式,一路是UPS供电,另一路是厂保安电源。任何一路电源的故障都不会影响到控制柜内模件正常工作。常见PCU柜电源系统故障情况如下:

    电源系统卡件有三种:系统电源卡IPSYS01、现场电源模件IPFLD125和电源监视模件IPMON01。IPSYS01系统电源卡主要提供5V、15V、-15VDC系统电压和25.5VDC I/O电压。该种卡件的损坏率较高, 5V、15V、-15VDC 25.5VDC的LED状态指示灯“变红”故障,须更换损坏卡件才能消除电源卡故障。也有5V、15V、-15VDC 25.5VDC的LED状态指示灯“绿闪”情况出现。主要原因是IPSYS01卡件的直流转换过电流引起,现场信号瞬间接地或I/O卡件内短路引起5V、15V、-15VDC 25.5VDC电源过流,使电源卡损坏。处理时先将新IPSYS01电源卡插入PCU柜相应电源槽内,依次拔出原PCU柜中的IPSYS01电源卡,观察“绿闪”IPSYS01电源卡上的指示灯消失,且IPMON01监视卡上所有LED灯均显示正常,说明故障电源卡已找到,更换损坏卡件,系统即能恢复正常。

    IPFLD125现场电源模件主要为开关量输入信号的提供125VDC电源。该种卡件在使用中故障率较IPSYS01低,开关量端子板上都装有0.25A的速熔熔丝,一般不会引起电源的过流现象。机组投运初期故障情况较少见,但随着时间推移,电源模件老化加上厂保安电源偶尔波动,都是引起IPFLD125现场电源模件上的PFC灯、125VDC灯红色故障报警的因素。

    IPMON01电源监视模件用于监视整个PCU柜电源系统运行状态,包括对IPSYS01及IPFLD125的工作情况、冷却风扇运转情况及机箱温度等的监视。运行中IPMON01卡件的常见故障主要是机箱温度高信号引起误报警,原因是卡件内的2个热敏电阻比较容易损坏。另外,卡件与MMU机架之间接触不良也往往会引起误报警。但IPMON01电源监视模件的PFI功能设置不当,可能会以因PCU供电电压瞬间波动或就地信号瞬间接地,引起PCU柜严重故障,甚至使机组MFT。如:2004年4月2日,5号机组正常运行负荷600MW时,硬报警盘出现“CCS CONTROL CARD TROUBLE”报警,随后在运行人员来不及处理的情况下,机组即跳闸; SOE上提示 “CCS LOSS OF POWER(SOE) MFT”。事件发生的根本原因是由于PCU1 的系统电源瞬间电压下降,引发监视卡的PFI动作,导致PCU1的所有卡件停止工作。另一次是在停运的#3机组PCU柜做UPS和保安电源切换模拟试验时,因IPMON01电源监视模件故障,UPS电源无法无扰切至保安电源,造成PCU柜全部卡件失电故障。避免以上严重故障的措施,一是维持PCU柜供电电压稳定,使5V、15V、-15VDC和25.5VDC的上下波动范围分别控制在200mV、300 Mv、1.5V以内,二是屏蔽IPMON01电源监视模件的电源故障中断PFI功能。
   
    PCU柜内5VDC系统电源电压不正常。电源系统底板上5VDC电压测量值一般在5.10~5.20VDC之间,但进入卡件时很多柜子的电压却在5V以下,三号机曾有三个控制柜的电压跌至4.76VDC左右,引起部分I/O卡不能正常工作。经检查发现电源底板与旁边的电源母线之间的连接电缆存在较大的压降,认为是由于电缆的多芯铜线时间一久表面氧化与线鼻子之间接触不良引起的。处理方法是在机组大修期间对所有5VDC电缆的铜线与线鼻子之间进行焊接处理,使所有的铜线与线鼻子焊接在一起,经检测考验,效果比较理想,压降可保持在0.01~0.02VDC之间。

    2、模件故障的分析处理

    DCS控制卡件分MFP03多功能处理器模件和I/O模件及NPM/NIS通讯模件。MFP03多功能处理器模件均采用1:1冗余配置。

    (1)常见MFP03的故障包括可恢复的模件故障和不可恢复模件损坏的硬故障

    主要有以下几种: MFP03状态指示灯变红表示该MFP03故障,一般可根据 MFP03面板上的指示灯故障代码从BAILEY公司提供的手册中查找到故障原因及处理方法。通常按MFP03面板上的复位按钮即能恢复正常,但如果无法复位,则需进行模件初始化,仍无法恢复正常工作的MFP需更换卡件。MFP03状态指示灯绿闪情况出现时有二种可能:一种为该模件处于组态方式,在操作员站OIS上或EWS上将其切至执行方式即能恢复正常。另一种为EAROM故障引起的,PCU柜里可看到作为主模件的MFP03状态指示灯绿闪但仍运行正常,冗余模件工作正常,此现象是由于MFP的CPU电池电量不足或NVRAM出错引起,不会影响到机组的正常运行,只是不能在线组态或修改参数,故一般机组运行期间不作处理,可利用机组停机机会对MFP03状态指示灯绿闪的卡件初始化或更换CPU电池。

    (2)控制总线和I/O扩展总线的故障

    机组停机大修过程中,发现#4机组PCU40柜总有一路CONTROL WAY 故障,其A路CONTROL WAY的电压由4.3VDC下跌至2.6VDC,逐块拔出与CONTROL WAY直接有关联的网络处理卡INNPM01和多功能处理卡MFP03检查,发现是由PCU40 MODULE 6的MFP03故障引起,更换该卡件后正常。此类故障较隐蔽,检查卡件面板上状态显示一切正常,EWS上检查PCU40柜中的卡件也均工作正常。这要求机组在运行的情况下更换MFP03卡件时一定要慎重,最好先对卡件进行测试,测量一下MFP03在工作时CONTROL WAY的电压值是否正常,以免引起整个PCU柜故障的严重后果。I/O扩展总线故障往往是由上下机架之间的扁平连接线松动引起,导致部分I/O模件与主模件失去通讯。如#3机组BCS系统同一个PCU柜里的磨煤机控制DSI02、DSO04 I/O模件CRT上红色报警,使对应磨煤机跳闸。有时还会出现I/O模件上个别点检测不到通讯数据,但其它数据仍可以正常工作,PCU柜检查这些I/O模件状态正常的现象。为此,我们利用停机检修机会将#3机组易松动的I/O扩展总线由扁平线式改为紧固的插槽式。

    (3)NPM/NIS通讯模件无法无扰切换问题

    每个PCU柜有二对互为冗余的网络处理模件,当主通讯模件故障而无法无扰切换至备用时,操作员控制站会出现对应PCU柜所有参数失去,如是控制窗口则全部变白色,此时操作员不能慌张,应立刻利用M/A硬手操站操作和监视相关参数,仪控人员应立刻恢复PCU柜NPM/NIS通讯模件运行。今后机组有停机检修机会,应尽量安排NPM/NIS通讯模件冗余切换试验,确保万无一失。

    (4)其它模件检测到模件状态坏质量时,应根据系统逻辑,在作好安措情况下,更换卡件。若DI卡件单独一个通道故障时,在不影响系统运行情况下,建议停机后更换。

    3、DCS系统控制柜接地问题和部分模拟量信号漂移问题

    由于INFI-90系统抗无线电干扰的能力比较差,BAILEY公司对所有的模拟量输入通道加装了隔离器,这也引发了新的问题。部分热电偶和热电阻通道容易引起电荷积累,使送到INFI-90系统的温度信号发生漂移,而且这种漂移很不规则。曾经有二次由于三号机的送风机B马达线圈温度信号向上漂移而导致风机跳闸。这些漂移信号在端子板上拆线后再重新接上往往就能恢复正常。开始时认为是端子柜接地不好或者I/O屏蔽接线不好引起,但检查结果一切正常。通过以下几方面整改,部分模拟量信号漂移问题得到了较好改善。

DCS系统部分TU柜的RAI01卡屏蔽接地错误。BAILEY专家要求RAI01卡应为屏蔽端SH接地,而事实上DCS端子卡上许多是GROUND直接接地。
DCS系统的接地方式不符合BAILEY公司的要求。BAILEY公司要求DCS的保护接地和屏蔽接地应该在柜内相连后通过电源接地线连接到给DCS供电的隔离变压器上,再通过隔离变压器与接地网相连。
BAILEY公司的专家认为我厂部分温度信号的就地接线存在一些问题,诸如:中间转接柜多、热电偶补偿导线使用线鼻子等等。
供DCS柜的UPS增加了一路20KVA的隔离变压器,用于PCU柜单独供电。
    4、操作员站(OIS)故障分析处理

    北仑电厂二期每台机组都配备8台OIS43,在系统运行过程中,OIS的故障的发生率较高,主要有:

    4.1   OIS死机

    OIS死机现象经常会发生,死机现象有以下几种:

    (1) 全部或部分控制画面不会刷新甚至无法切换到另外的控制画面,控制指令无法发出,但鼠标还能正常工作。这种现象往往是由于CRT上控制画面打开过多,操作过于频繁引起的,处理方法为用鼠标打开VMS系统下拉式菜单,RESET应用程序,约7~8分钟后系统一般能恢复正常。

    (2) 全部控制画面都不会刷新,CRT画面凝固不动,键盘和鼠标均不能正常工作。这种现象往往是由OIS的VMS操作系统故障引起的,也有硬件故障的可能。对于这种故障,只能关掉OIS电源,检查各部分连接情况后再重新上电。如仍不能正常启动,则需要重装VMS操作系统;如果故障诊断为硬件故障,则需更换相应的硬件。

    (3) CRT黑屏。该现象的出现有三种能:一是CRT屏幕老化故障,更换新的显示屏后正常,另一种可能是由于VMS操作系统主机故障或主机的通讯接口卡件故障引起,属硬故障,需更换相应的硬件。第三种故障情况是由OIS电源箱内的滤波器爆裂引起的CRT黑屏,这种故障较易判断,因为发生时不仅使这些OIS退出运行,而且在发生故障时声音很响,也常使电厂大UPS切至旁路,可通过更换可靠电源滤波器解决该问题。

    4.2 OIS电源冗余问题

    操作员站的电源系统只有UPS一路供电,不提供冗余配置,如果单台机组UPS电压有大的波动,将威胁所有的操作员站安全运行,使机组失去监视手段。尽管这种情况二期机组从未出现过,但我们还是将三台机组各取二台OIS改由另外机组UPS交叉供电。

    5、M/A硬手操站(IISAC01)故障分析

    M/A硬手操站是当INFI-90系统出现故障时提供给操作员的后备控制手段,我厂二期每台机组均配备了24个这样的M/A硬手操站。在INFI-90系统的逻辑设计中,每一个M/A硬手操站在CAD图中都有一个软的M/A功能块与之相对应。通过对软M/A功能块内参数的设置与硬的M/A站建立通讯,在正常情况下,软、硬M/A站的输出值互相跟踪,使切换做到无扰。

    机组运行过程中M/A硬手操常出现以下几种故障:

    (1)同一个MFP03下的多个手操站同时切至旁路方式

    这种故障往往是由于与MFP03连接的IMCIS12卡件与NTMP01多功能处理器端子单元无法通讯,导致通过串行口RS-485连接的IMCIS02与软M/A站之间出现故障引起的。现象为多个手操站同时切至旁路,“PCU MOD STATUS”软报警反复多次出现,引起IMMFP03/IMMPI01主/备多功能处理卡红色报警,OIS上不能对相应的设备进行操作,但硬手操站上能操作。处理时只要对串行线的接头逐个进行紧固,系统即可恢复正常。以上故障排除后,使硬手操指令与OIS上指令相一致,系统切至OIS控制,确保系统投运正常。

    (2)单个硬手操站切至旁路

    出现这种故障时,首先要检查相应的MFP03工作是否正常,其次再检查控制设备输出信号是否正常。如果都正常,则把OIS上的输出指令与手操站上输出指令一致,再将手操站切至旁路后再恢复至自动,系统就能恢复正常。这种现象的发生往往是由于指令输出回路曾经断路或发生过其它故障,使系统自动切至手操站控制,当系统恢复正常后,控制方式不能自动切回引起的。
   
    5.3 硬手操站面板显示模糊

    由于手操站面板指示采用辉光显示,一段时间运行后面板数字显示模糊,应定期对模糊面板进行更换。

    6、其它问题的处理

    (1)INFI-90卡件对灰尘和静电比较敏感,对环境温度和湿度要求较高,所以电子室应严格控制室温和湿度。如果卡件上积灰较多,易引起卡件上的部分通道不能正常工作。尽量安排停机时对卡件的清灰工作,清灰过程中,应使用绝缘垫和防静电护腕,以防不必要的卡件损坏。

    (2)卡件的更新换代比较快,新订来备品虽然可以通用,但跨片设置不同,这给电厂仪控人员更换卡件带来一定的麻烦。

    (3)机组投运以来,根据运行实际需要对二期SOE系统进行了整理和扩容、对例外报告量程和描述进行了清理,对软报警的定值、报警级别进行了整理,并开通了OIS声音报警。  

    (4)控制系统逻辑组态在机组投运后,也根据运行要求作了许多修改,除非必须在运行中要改的逻辑进行在线修改,一般逻辑修改均安排停机后离线修改下载。

    7、结束语

    INFI-90分散型控制系统可以有效满足电厂各系统控制的需要,通过对实际应用中不断暴露出的一些主要故障的分析,及时加以总结,便于今后相关仪控维护人员及时发现问题并作出准确的判断,采取正确的对策,可大大减轻维护人员的工作量,避免处理DCS系统故障时的机组误动事件;同时在故障处理时也必须严格按厂家规范执行,这样才能保证机组长周期安全稳定运行,使机组产生可观的社会效益和经济效益。 
 

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