OVATION分散控制系統(tǒng)接地故障及處理

1、OVATION分散控制系統(tǒng)接地故障及處理費(fèi)章勝 （ 淮滬煤電公司田集發(fā)電廠，安徽省淮南市，郵編：232082）摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，大型火力發(fā)電廠的集控程度越來(lái)越高，對(duì)分散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求，而DCS控制系統(tǒng)最容易出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)就是系統(tǒng)接地的可靠性，接地不可靠能夠造成系統(tǒng)抗干擾能力下降、信號(hào)測(cè)量不準(zhǔn)、控制出現(xiàn)偏差、燒毀卡件甚至系統(tǒng)崩潰。本文就淮滬煤電有限公司田集電廠2×600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)控制系統(tǒng)接地故障引發(fā)的問(wèn)題及處理過(guò)程進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng) 接地 干擾 CG PG1引言淮滬煤電有限公司田集電廠為2×600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，三

2、大主機(jī)由均采用上海三大動(dòng)力設(shè)備廠引進(jìn)制造。1、2號(hào)主機(jī)DCS系統(tǒng)和脫硫DCS 系統(tǒng)采用了上海西屋控制系統(tǒng)有限公司的OVATION 1.7版分散控制系統(tǒng)。1、2號(hào)機(jī)組分別在2007年7月26日和2007年10月15日機(jī)組相繼投產(chǎn)，投產(chǎn)后DCS系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，但也發(fā)生過(guò)幾起接地系統(tǒng)故障引起控制系統(tǒng)異常，所幸異常處置及時(shí)得當(dāng)未造成事故。2 OVATION控制系統(tǒng)故障分析2.1批量模擬量輸入點(diǎn)顯示壞值2007年11月10日07:39:33，2號(hào)機(jī)組升負(fù)荷期間，突然給水自動(dòng)切手動(dòng)，CCS出系，接著運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)爐膛煙氣壓力、給水和減溫水系統(tǒng)、鍋爐疏水系統(tǒng)、輔汽的DCS監(jiān)控畫面模擬量點(diǎn)均出現(xiàn)紫色報(bào)警，點(diǎn)品

3、質(zhì)為“BAD”（壞值）。立即通知熱控專業(yè)，熱控人員對(duì)顯示壞值的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行初步匯總，發(fā)現(xiàn)所有顯示壞值的測(cè)點(diǎn)都接在控制器Drop9/59下的#1、#2分支上，測(cè)點(diǎn)類型均為“AI”型。隨即打開Drop9/59控制機(jī)柜檢查，Drop9/59柜內(nèi)卡件#1、#2分支上的所有AI卡件的“ERROR”指示燈點(diǎn)亮，卡件上通道指示燈均為紅色，控制器I/O接口模塊O1指示燈閃爍。根據(jù)指示燈分析問(wèn)題是在#1、#2分支上，隨即對(duì)卡件進(jìn)行了如下檢查：(1) 檢查通訊：檢查9號(hào)控制器#1、#2分支的數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線連接正常，接口處緊固無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，數(shù)據(jù)線無(wú)破損。(2)就地檢查顯示壞值測(cè)點(diǎn)的變送器，型號(hào)均為EJA430A，重慶橫河

4、川儀生產(chǎn)，變送器顯示屏顯示64.3%，用萬(wàn)用表串入回路測(cè)量電流信號(hào)，模擬量信號(hào)為3.118 mA DC左右，小于變送器零位電流 4 mA，測(cè)量變送器正負(fù)接線端子直流電壓為9.12 VDC，解除變送器的接線，直接測(cè)量卡件來(lái)的電源電壓為9.32 V DC，遠(yuǎn)低于正常模擬量卡件供電電壓22.8 VDC。(3)在Drop9/59機(jī)柜檢查控制柜的主/輔電源模塊輸出電壓為24.4/ 24.3V DC，電源模塊工作正常，到#1分支AI卡件測(cè)量，卡件輸出電壓卻只有9.36 V DC，疑為卡件負(fù)載太大降低了電壓，拆除分支上所有卡件的外接線，卡件輸出電壓仍為9.36 V DC。(4)檢查1、#2分支的接地電阻發(fā)現(xiàn)

5、控制器機(jī)柜地CG對(duì)地電阻為0.5 ，而電源地PG端對(duì)地電阻高達(dá)12.75 M，PG端對(duì)地直流電壓為12.8 V DC。PG與CG接觸不良，PG與CG緊固銅排在電源分配板右上角，工作不便，機(jī)組正處于升負(fù)荷期間，于是采取臨時(shí)措施，從Drop9/59的2號(hào)擴(kuò)展柜的PG引出端用多股銅芯線與CG短接，AI卡件輸出電壓恢復(fù)到22.4 V DC，故障消除。在OVATION分散控制系統(tǒng)接地分兩種接地，即CG接地和PG接地，CG的全稱為“cabinet GROUND”，翻譯中文為“機(jī)柜接地”；PG的全稱為“Power GROUND”，翻譯中文為“電源接地”。 CG接地原則是每個(gè)接地簇的機(jī)柜地單點(diǎn)連接到DCS系統(tǒng)

6、的專用接地網(wǎng)上，如下圖所示。所有控制器分支（Brance）的PGND端子互相串聯(lián)在一起，在電源分配板右上角用電位接地環(huán)將CG與PG接通。PG和CG端對(duì)地都應(yīng)導(dǎo)通，卡件輸出電壓低的原因?yàn)殡娫捶峙浒迳螾G和機(jī)柜地接觸不良造成PG對(duì)地電阻大，形成了較大的接觸電壓，電源模塊對(duì)分支卡件的供電被PG分壓，造成卡件的供電不足，致使就地的變送器無(wú)法正常工作，造成了系統(tǒng)運(yùn)行的故障。2008年2月10日15:39:42,1號(hào)機(jī)Drop14/64，2008年3月9日15:39:42，2號(hào)機(jī)Drop5/55發(fā)生了類似的事件，均采取了同樣的處置措施。2008年4月30日， 2號(hào)機(jī)組調(diào)停后，分別對(duì)Drop9/59和Dro

7、p5/55電源分配板上的電位接地環(huán)檢查發(fā)現(xiàn)： 電源分配板上CG與PG的連接鏍柱下分別壓了一顆螺帽，由于未壓緊電源分配板，兩顆螺帽不平衡，造成電位接地環(huán)與鏍柱之間接觸不良，接觸電阻增大。圖1：OVATION控制系統(tǒng)的典型接地圖 圖2：電源模塊和分配板圖3：電源分配板CG與PG連接示意圖2.2批量模擬量輸入點(diǎn)顯示不準(zhǔn)2008年4月17日13:15:49，2號(hào)機(jī)組凝結(jié)水泵出口壓力、凝結(jié)水精處理出口壓力的幾個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量值比實(shí)際工況值偏小，而且?guī)讉€(gè)測(cè)點(diǎn)是同時(shí)下降。運(yùn)行和汽機(jī)專業(yè)檢查就地凝結(jié)水泵工作正常，凝結(jié)水泵出口就地壓力表顯示為3.2 MPa,認(rèn)為變送器測(cè)量值偏差。于是將幾臺(tái)顯示異常的變送器拆回到標(biāo)準(zhǔn)室

8、進(jìn)行校驗(yàn)，變送器的各項(xiàng)指標(biāo)都是合格，將變送器回裝到系統(tǒng)，顯示依然為1.02MPa，偏低。為了確定管道內(nèi)的壓力，我們將變送器拆除，安裝上0.25級(jí) 0-6 MPa,的精密壓力表，測(cè)量出管道壓力位3.22 MPa，可是合格的變送器測(cè)量值卻偏低近1 MPa。就地測(cè)量變送器的正負(fù)接線端子電壓為12.2 V DC，就地SIEMENS變送器銘牌上標(biāo)明的工作電壓為10.5-55 V DC，電壓雖然偏低但還在變送器的工作電壓范圍內(nèi)，拆除該變送器供電DCS卡件的接線，測(cè)量卡件的供電電壓也只有12.4 V DC。有了上述機(jī)組接地系統(tǒng)故障處理的經(jīng)驗(yàn)，很快就發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題的所在，依然還是PG與CG的接地不良造成的，對(duì)電源

9、分配板的接地進(jìn)行處理后，測(cè)量顯示正常。通過(guò)這次故障處理，我們發(fā)現(xiàn)了變送器的銘牌標(biāo)注的正常工作電壓與實(shí)際不符合，決定在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)我廠常用的幾種變送器進(jìn)行電壓變壓試驗(yàn)。我廠常用的變送器品牌有橫河川儀EJA智能變送器、SIEMENS智能變送器、ROSEMOUNT 3051系列變送器，在每個(gè)品牌中各選一臺(tái)新出廠的變送器，用標(biāo)準(zhǔn)壓力臺(tái)對(duì)變送器打壓，打壓點(diǎn)分別為變送器工作量程的0%、25%、50%、75%、100%。待壓力穩(wěn)定后將變送器的工作電壓從30VDC逐漸將到0VDC，再?gòu)? VDC逐漸恢復(fù)到30VDC，試驗(yàn)結(jié)果證明，低電壓時(shí)，變送器存在極限穩(wěn)定工作電壓，且在極限穩(wěn)定工作電壓值與變送器的工作量程狀態(tài)

10、有聯(lián)系，不同品牌的變送器極限穩(wěn)定工作電壓不同。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1。表1：變送器極限穩(wěn)定工作電壓統(tǒng)計(jì)表序號(hào)變送器品牌型號(hào)，量程生產(chǎn)廠家極限穩(wěn)定工作電壓(V DC)0%工作量程25%工作量程50%工作量程75%工作量程100%工作量程1EJA430AEAS4A-22DC,0-3MPa重慶橫河川儀有限公司8.4 10.0 11.4 12.8 14.4 2SIEMENS7MF4033，0-1.6MPa西門子（中國(guó)）有限公司10.5 11.6 12.7 13.9 15.2 3ROSEMOUNT3051型，0-1MPa北京遠(yuǎn)東羅斯蒙特儀表公司7.0 8.6 10.2 11.8 13.3 3 系統(tǒng)安全運(yùn)行

11、保障措施以上兩起事故發(fā)生后，雖然未造成重要輔機(jī)跳閘機(jī)組跳閘和機(jī)組跳閘的嚴(yán)重后果，但也是機(jī)組運(yùn)行的重大安全隱患，廠里和部門領(lǐng)導(dǎo)高度重視，要求熱控專業(yè)要切實(shí)做好預(yù)防措施，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。查閱西屋公司控制系統(tǒng)資料，控制系統(tǒng)的接地要求有以下幾點(diǎn)：（1）機(jī)柜在安裝時(shí)要加裝絕緣墊，機(jī)柜和地之間的電阻要大于5兆歐；（2）控制系統(tǒng)必須單點(diǎn)接地；（3）每個(gè)控制器作為一個(gè)接地簇，控制器內(nèi)所有PG全部串聯(lián)，通過(guò)電源分配板上與CG連接，特別注意有的控制器擴(kuò)展柜多，有兩個(gè)電源分配板，此時(shí)也只能在一個(gè)電源分配板上PG和CG連通，不可以形成回路。每個(gè)接地簇中的機(jī)柜接地匯流排也要串在一起，最后由主控柜接到DCS專用的接地

12、箱上。（4）機(jī)柜與接地樁之間的電纜要盡量的短，接地電阻不能大于1。根據(jù)西屋公司提供的系統(tǒng)接地原則，再結(jié)合我廠生產(chǎn)的實(shí)際情況，為了保障機(jī)組的安全運(yùn)行，采取了以下技術(shù)措施和管理措施：3.1技術(shù)措施一3.1.1 在機(jī)組停運(yùn)期間檢查，檢查并緊固機(jī)柜接地線與機(jī)柜連接螺栓，使CG接地電阻小于0.5;3.1.2 在機(jī)組停運(yùn)期間檢查，檢查機(jī)柜CG接地線DCS接地網(wǎng)銅排連接螺栓是否松動(dòng)，并加彈簧墊片重新緊固；3.1.2在機(jī)組停運(yùn)期間檢查電源分配板上CG與PG的連接鏍柱電位接地環(huán)下壓了螺帽加墊片，并壓緊電源分配板，電位接地環(huán)與鏍柱之間加墊片緊固，減小接觸電阻，使PG接地電阻小于10。3.2技術(shù)措施二3.2在DCS

13、畫面上增加控制器電源監(jiān)視畫面4500，方便熱控人員對(duì)DCS控制柜電源模塊進(jìn)行監(jiān)視，監(jiān)視畫面如下圖4所示，監(jiān)視電源信號(hào)從控制系統(tǒng)的各個(gè)站點(diǎn)信息內(nèi)A2寄存器中取址，將寄存器中的值賦到顯示畫面上。 圖4：控制器電源監(jiān)視畫面3.3管理措施一建立DCS系統(tǒng)工作日志及故障記錄制度，每天對(duì)DCS系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況檢查，并如實(shí)填寫DCS系統(tǒng)工作日志及故障記錄檢查內(nèi)容包括控制器主輔、通訊、電源狀況以及個(gè)站的運(yùn)行狀況記錄，同時(shí)還包括DCS系統(tǒng)組態(tài)修改記錄、點(diǎn)強(qiáng)制記錄以及軟、硬件維護(hù)記錄。保證DCS的安全穩(wěn)定運(yùn)行。3.4管理措施二 建立機(jī)組控制器接地檢查記錄制度，每逢機(jī)組停運(yùn)期間，對(duì)機(jī)組控制器主輔電源模件工作狀態(tài)、C

14、G對(duì)地電阻、PG對(duì)地電阻、CG對(duì)地電壓、PG對(duì)地電壓檢查并如實(shí)填寫# 機(jī)組控制器接地檢查記錄表，對(duì)不符合規(guī)范的地方進(jìn)行檢查、整改。3.5 按照控制系統(tǒng)的接地要求對(duì)#1、#2機(jī)組進(jìn)行普查，對(duì)不符合規(guī)范的地方進(jìn)行整改。4 結(jié)束語(yǔ)接地系統(tǒng)的可靠性直接影響了分散控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行，很多令人費(fèi)解的故障現(xiàn)象都是由接地問(wèn)題引起的，然而每個(gè)DCS系統(tǒng)的接地要求也不盡相同，系統(tǒng)的接地環(huán)節(jié)眾多，中間很容易存在安全隱患，本文通過(guò)發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題來(lái)討論系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，供大家共同探討。參 考 文 獻(xiàn)1 OVATION系統(tǒng)硬件培訓(xùn)手冊(cè) 艾默生控制系統(tǒng)（上海）有限公司 20072 OVATION UNIX-Config 培訓(xùn)教材 艾默生控制系統(tǒng)（上海）有限公司 20073 靜鐵巖 熱工控制系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)(Ovation控制系統(tǒng)) 中國(guó)電力出版社， 20084