周裕宏

(廣東粵電大埔發(fā)電有限公司，廣東 大埔 514200)

0 引言

為適應(yīng)構(gòu)建數(shù)字化、信息化電廠的需要，越來越多的火電廠開始普及和拓展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用范圍。使用現(xiàn)場(chǎng)總線通過上位系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，通過借助專業(yè)診斷工具進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)、故障查找等。盡管系統(tǒng)設(shè)備的制造廠商已經(jīng)從產(chǎn)品角度不斷致力于采取各種措施提高可靠性，但是基于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的高度復(fù)雜性和不確定性，仍有諸多因素可能造成現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)備的不穩(wěn)定，從而影響運(yùn)行監(jiān)控，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)機(jī)組跳閘等事故?？偩€故障一般比常規(guī)的電氣故障較難查找原因及解決，一旦出現(xiàn)故障往往難于在短時(shí)間內(nèi)捋清頭緒，從而影響問題的及時(shí)處理。下面結(jié)合某電廠現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(fieldbus control system，F(xiàn)CS)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障案例及其分析處理過程進(jìn)行介紹，并提出防范措施。

1 系統(tǒng)應(yīng)用情況介紹

某電廠1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組建設(shè)為2×660 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組?？刂葡到y(tǒng)采用西門子SPPPA-T3000 全廠一體化現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。全廠主控、輔控系統(tǒng)大范圍采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。全廠共設(shè)計(jì)配置PROFIBUS 通信主站183 對(duì)，設(shè)計(jì)PROFIBUS-DP 網(wǎng) 段183 個(gè)，PROFIBUS-PA 網(wǎng)段125 個(gè)；全廠共采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制設(shè)備2 645 臺(tái)(套)，總線設(shè)備類型包括電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電氣馬達(dá)保護(hù)裝置、低功率電機(jī)變頻器、電磁閥島，以及壓力、差壓、液位、流量、化學(xué)分析儀表等。

2 故障實(shí)例及檢查分析

(1) 總線鏈路故障誤發(fā)跳閘信號(hào)所引發(fā)的機(jī)組跳閘。

某日1 號(hào)爐脫硫系統(tǒng)吸收塔誤發(fā)“液位低低”信號(hào)，最終引發(fā)鍋爐MFT 動(dòng)作，機(jī)組跳閘。

事故所屬的吸收塔現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。事后檢查發(fā)現(xiàn)吸收塔第一層3 ～6 號(hào)除霧器沖洗門總線屏蔽壓片缺失使得B 路屏蔽線路虛接，使B 路鏈路產(chǎn)生干擾引起B(yǎng) 路153-2 不時(shí)發(fā)出瞬時(shí)故障；同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)A 路153-2 電源保險(xiǎn)金屬頭已有松動(dòng)、接觸不良而一直處于不穩(wěn)定的閃斷狀態(tài)，造成PA 鏈路通信異常，引起吸收塔液位測(cè)量值瞬間下降至1.9 m 而誤發(fā)“吸收塔液位低低”信號(hào)，最終引發(fā)機(jī)組跳閘。

事件原因除在網(wǎng)段設(shè)計(jì)分配方面存在不合理之處外，直接原因在于吸收塔第一層3 ～6 號(hào)除霧器沖洗門總線屏蔽壓片缺失，以及A 路153-2 電源保險(xiǎn)金屬頭松動(dòng)等總線設(shè)備的安裝、維護(hù)問題。重新加裝屏蔽壓片、以及更換電源保險(xiǎn)之后，問題得到解決。

針對(duì)該類型的異常事件，組織全面排查同類型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的總線、屏蔽等接線工藝，以及系統(tǒng)卡件電源保險(xiǎn)的完好情況等，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)處理、整改。另外重新優(yōu)化該總線網(wǎng)段的測(cè)點(diǎn)分配方式，將位于同一網(wǎng)段的吸收塔液位信號(hào)測(cè)點(diǎn)1，3 分開，將其中一個(gè)測(cè)點(diǎn)改接至其他網(wǎng)段，以免在同一網(wǎng)段異常時(shí)導(dǎo)致兩個(gè)“吸收塔液位低低”信號(hào)同時(shí)成立，引發(fā)事故。

(2) 從站設(shè)備內(nèi)部設(shè)置不合理引發(fā)機(jī)組跳閘。

某日2 號(hào)機(jī)組汽泵出口電動(dòng)門運(yùn)行中出現(xiàn)兩路通信同時(shí)故障，電動(dòng)門自動(dòng)關(guān)閉，引起給水泵小汽輪機(jī)跳閘，繼而引發(fā)機(jī)組跳閘。

圖1 吸收塔現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

汽泵出口電動(dòng)門為某品牌冗余總線型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該品牌執(zhí)行器的總線通信卡屏蔽接地功能設(shè)置有專門的撥碼開關(guān)，并設(shè)置有“PE”和“Filter”兩個(gè)選擇位，其中“PE”位的屏蔽端直接連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)殼體，“Filter”位則經(jīng)過相應(yīng)的過濾環(huán)節(jié)后接地，作為配合總線網(wǎng)段終端電阻需在執(zhí)行器內(nèi)設(shè)置時(shí)使用。由于總線網(wǎng)段的終端電阻均已統(tǒng)一設(shè)計(jì)在總線通信箱內(nèi)，因此正常運(yùn)行時(shí)撥碼開關(guān)應(yīng)置“PE”位置。而事后檢查發(fā)現(xiàn)該電動(dòng)門的屏蔽接地設(shè)置開關(guān)被撥至“Filter”位置，致使該執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩路通信不時(shí)出現(xiàn)閃斷。又因?yàn)樵搱?zhí)行機(jī)構(gòu)總線設(shè)置參數(shù)中的“Fail safe”(故障安全)選項(xiàng)設(shè)置為“Act. run to fail safe”(運(yùn)行至故障安全位置)，而其對(duì)應(yīng)默認(rèn)的故障安全位置為“0%close”(0 %，即關(guān)位置)，致使該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)兩路通信故障時(shí)閥門被自動(dòng)關(guān)閉。

事件直接原因是由于汽泵出口電動(dòng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)屏蔽設(shè)置撥碼開關(guān)被撥至“Filter”位，以及故障安全位置參數(shù)被設(shè)置為“0 % close”所致。將撥碼開關(guān)撥回至“PE”位置，以及將故障安全位置參數(shù)設(shè)置為“Disabled”(禁止)后，問題得到解決。

為防止再次出現(xiàn)因從站設(shè)備內(nèi)部設(shè)置不當(dāng)引發(fā)的異常事件，首先應(yīng)制訂完善的管理制度，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)作業(yè)時(shí)加強(qiáng)安全防范意識(shí)，作業(yè)前應(yīng)提前熟悉、掌握該類型設(shè)備的內(nèi)部開關(guān)、參數(shù)等各設(shè)置選項(xiàng)的實(shí)際意義，防止出現(xiàn)誤觸、誤碰、誤設(shè)置開關(guān)位置等不安全行為；同時(shí)組織全面排查同類型現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備內(nèi)部的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，發(fā)現(xiàn)有可能誘發(fā)錯(cuò)誤動(dòng)作方向的參數(shù)設(shè)置應(yīng)立即予以修改、糾正。

(3) 電磁干擾引起重要參數(shù)測(cè)量值跳變引發(fā)引風(fēng)機(jī)跳閘。

某日2 號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中突然跳閘，跳閘原因?yàn)椤皾櫥蛪毫Φ偷汀薄＝?jīng)熱工人員現(xiàn)場(chǎng)查詢得知：事件發(fā)生前2 號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)附近有作業(yè)組在處理其他缺陷時(shí)進(jìn)行了電焊工作。工作時(shí)將電焊機(jī)的外殼接地線接至2 號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)所屬總線網(wǎng)段的PA 電纜預(yù)埋管中，且電焊機(jī)的放置距離總線PA 電纜預(yù)埋管太近(約60 cm)。檢查DCS 歷史曲線顯示2 號(hào)爐B 引風(fēng)機(jī)潤滑油壓力測(cè)量值在電焊作業(yè)期間從0.32 MPa 開始逐步階躍跳變下降至0，與之同網(wǎng)段的液壓油壓力測(cè)量值亦從3.15 MPa開始以相同的變化特性下降至0 MPa。當(dāng)施工人員停止電焊作業(yè)后，潤滑油壓、液壓油壓等參數(shù)顯示均很快恢復(fù)正常。因此可以確定：由于現(xiàn)場(chǎng)電焊作業(yè)人員將電焊機(jī)的外殼接地錯(cuò)誤連接至PA 電纜預(yù)埋管處，且電焊機(jī)的放置位置與總線通信電纜距離過近，電焊作業(yè)產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾影響PA 網(wǎng)段引起相關(guān)參數(shù)測(cè)量異常而誤發(fā)跳閘信號(hào)，最終引發(fā)設(shè)備誤動(dòng)。

為防止重復(fù)發(fā)生類似的電磁干擾問題，制訂相應(yīng)的防范措施：現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)使用的電氣、電動(dòng)等工具嚴(yán)禁將接地線接至總線電纜預(yù)埋管及屏蔽接地點(diǎn)等處，電氣、電動(dòng)工具的放置位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離總線設(shè)備及其沿途電纜。

3 結(jié)束語

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以其全開放、全數(shù)字化、大幅簡(jiǎn)化的系統(tǒng)布線、以及為建設(shè)數(shù)字化電廠提供豐富的底層數(shù)據(jù)支撐等優(yōu)勢(shì)而在火電廠獲得越來越廣泛應(yīng)用。FCS 系統(tǒng)設(shè)備可能出現(xiàn)的故障類型、形式多種多樣，以上從現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的安裝維護(hù)、內(nèi)部參數(shù)設(shè)置、以及電磁干擾等幾個(gè)方面舉例進(jìn)行闡釋，并提出了處理方法及防范措施，為FCS 系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)工作提供一些解決問題的思路。