火电厂脱硫分散控制系统信号干扰故障分析

2019-10-10马亮付冉

综合智慧能源 2019年9期

马亮，付冉

(华电漯河发电有限公司，河南漯河 462000)

0 引言

分散控制系统(DCS)在火电厂生产控制中起着关键作用，其可靠性关系着机组的安全稳定运行。在影响DCS稳定运行的因素中，信号干扰是常见而又影响比较大的一种，并且故障原因查找比较困难[1]。本文通过实例讲述信号干扰从发生、应急处理、原因分析到后期整改的整个过程以及期间所做的工作。

1 故障描述

某火电厂安装2台330 MW亚临界汽轮发电机组，脱硫控制系统采用某国产DCS，2台机组共设计10台机柜，其中FGD01为电源柜，FGD02/03为#1机组设备，FGD04/05为#2机组设备，FGD06为电气和公用设备，FGD07—FGD10为远程柜。机柜布置及接地如图1所示。

图1 脱硫DCS机柜接地设计Fig.1 Desulfurization DCS panel grounding design

此次脱硫DCS共出现6次模拟量测点异常波动，前5次为事故，第6次为试验。其中第1次事故持续时间最长，约60 s，其他事故持续时间最短仅6 s，期间曾多次伴随有路灯闪烁和工业电视图像(工业电视机柜和DCS机柜安装在同一电子间内)抖动等异常现象，前5次事故集中在60 h内，第6次是验证试验。数次DCS模拟量数据异常波动未造成 I/O卡件损坏和脱硫系统非计划停运，具体故障过程如下。

(1)第1次波动。某日18:46，部分环保烟气排放连续监测系统(CEMS)参数、增压风机电流与电动执行机构位置反馈、浆液循环泵电流等大量模拟量测点发生大幅波动，波动时长约60 s，期间伴随有工业电视总电源漏电保护动作。第1次发生的典型测点波动如图2所示。

(2)第2次波动。次日04:26，大量模拟量测点再次发生波动，时长约6 s，期间1A，1B密封风机出口电动门配电柜内的380 V AC空气开关(以下简称空开)均跳闸，发现跳闸后均重新送电成功。07:36，2个空开再次跳闸，检查发现1A密封风机的动力电缆绝缘电阻异常，表明有接地现象，而1B未发现异常。将1A空开拉开，1B空开复位。第2次发生的典型测点波动如图3所示。

图2 第1次波动Fig.2 The first fluctuation diagram

图3 第2次波动Fig.3 The second fluctuation diagram

(3)第3次波动。次日20:12，大量模拟量测点第3次发生波动，时长约10 s。1B密封风机出口电动门配电柜内空开再次跳闸，检查动力电缆绝缘仍正常。最后将1A，1B风机出口电动门内配电空开均拉开，重新敷设电缆，由就地临时电源供电，期间再次出现工业电视图像抖动现象。

(4)第4次波动。第3天21:46，大量模拟量测点第4次发生波动，时长约6 s，期间再次出现工业电视图像抖动现象，并最终导致3台工业电视摄像头故障。检查发现摄像头与硬盘机之间的视频元件有击穿现象，怀疑视频信号线(双绞线)串入强电。

(5)第5次波动。第4天05:34，大量模拟量测点第5次发生波动，时长约14 s，期间伴随有路灯照明异常。热工人员随后将工业电视总电源由热控配电柜更换为电子间墙壁上的临时动力电源。

(6)第6次波动。第4天15:17—15:30，试验脱硫区域的路灯电源与数据波动之间的关系，将路灯开关全部拉下后再逐个送上，此时发现DCS数据波动，确认两者存在必然联系。在同一时间，高速数据采集仪监测到2个控制柜(FGD02/05)的直流模拟量输入(AI)通道24 V DC电压出现持续数秒的数值异常，卡件通道电压快速跳变，从正常的24 V DC阶跃跳变到33 V DC左右。

2 故障处理过程

2.1 电动门动力电缆检查

前3次故障后，热工人员重点排查了1A，1B密封风机出口电动门热控配电柜(同DCS机柜安装于同一电子间内)380 V AC动力电缆，发现1 A电动门动力电缆绝缘异常，怀疑强电干扰热工信号电缆。在将其电源临时改为就地临时电源后，再次发生模拟量波动现象，可排除其为干扰源。

2.2 DCS机柜接地系统检查

重点对DCS机柜接地系统进行检查，但由于机组正在运行、电缆竖井内电缆较多、电缆沟积浆严重(浆液具有较强腐蚀性)等原因，未找到机柜总接地线至接地极的接地总电缆。热工人员在检查、整理机柜间接地系统时，人手有轻微触电感觉，测得机柜接地电阻为68 Ω，远大于1 Ω的标准。在测量就近墙壁上的扁铁接地电阻(阻值<0.01 Ω)合格后，将机柜的总接地线与其可靠连接，原接地电缆机柜侧甩开并包扎良好。测量电缆竖井、接地扁铁、桥架支撑等处的接地电阻，阻值均符合相关规定。

2.3 6 kV系统检查

电气人员与热工人员共同检查6 kV电机电流历史记录并总结规律，重点排查了氧化风机、浆液循环泵等设备的6 kV动力电缆。通过电气高压绝缘试验等，基本排除6 kV电机动力电缆放电的可能。

2.4 路灯电源系统检查

总结规律发现，数据波动总是在照明系统投入后发生，说明路灯电源和DCS数据异常波动可能存在相关性。将路灯电源拉开，检查路灯电控柜，发现路灯电缆绝缘层有拉伤和铜线裸露现象，电缆沟里的路灯电缆有过流烧焦和断开现象。路灯供电为三相四线制零线接地系统，路灯总空开和分项空开(D32)配置容量均明显偏大，且未配置漏电保护。用摇表检测电控柜内零线端子排，存在接地情况。

3 原因分析[2-3]

3.1 路灯电源放电为干扰源

模拟量数据异常波动与路灯电源故障存在时间上的一致性。路灯电源电缆存在过流烧焦和零线接地故障，并且在停用路灯电源后的48 h内，故障没有复现。排除6 kV电机动力电缆绝缘异常、DCS电源品质差等因素，结合路灯电源与故障现象的高度关联性及自身存在的缺陷，推断其为干扰源。

3.2 电感性耦合为传播途径

此次故障期间，数据异常波动集中于特定类型的卡件和固定机柜。内/外供电方式的mA/V-TB通道(如压力变送器或电机电流信号)均大幅异常波动，而一般情况下容易受到干扰的热电阻信号(属低电平信号)从整体上看基本正常。DCS模拟量数据异常波动主要发生在FGD02/03/04/05机柜，检查卡件通道24 V DC电压均有接地现象。综合现场排查情况，应属于严重电磁干扰。

由于路灯绝缘下降出现放电，通过电磁感应(电感性耦合)影响附近布线的热工电缆，部分热工电缆在其金属屏蔽层产生感应电势。

3.3 接地电阻不合格导致抗干扰能力下降

脱硫DCS接地电阻测量值为68 Ω，阻值不符合相关规定，严重影响DCS抗干扰能力。因电缆屏蔽层在DCS侧单端接地，而DCS接地电阻又较高，通过电感性耦合在电缆金属屏蔽层产生的感应电势不能及时泄放，导致DCS的零电位发生变化，直接影响接地的mA/V-TB卡件通道24 V DC，表现为大量模拟量数据异常大幅波动。#2吸收塔所在的FGD04柜模拟量数据测点波动数量较多、波动幅度较大，与其作为系统汇总接地有一定关系。