关于降低Ovation远程IO故障率的研究

2020-12-24杨歌杨富荣

装备维修技术 2020年16期

杨歌杨富荣

摘要：随着电网、发电企业市场化改革的推进和深化过程中，对发电机组的稳定性要求越来越高。而DCS控制系统作为发电机组的“大脑”，在机组运行过程中起着至关重要的作用，同时也是保证机组稳定的前提。本文根据枣泉电厂DCS系统远程IO故障的现象，分析导致故障的根本原因，最终着眼于远程站控制柜电源冗余度不够及控制柜接地两个问题，提出解决控制器远程IO故障的方法，同时为公司控制故障研究提供借鉴，为机组稳定运行提供重要保障。

关键词：控制器;故障率;远程IO

1 引言

宁夏枣泉发电有限公司一期2×660MW机组采用艾默生旗下的Ovation控制系统，BOP系统DROP12/62控制器是控制输煤系统相关设备，控制系统主要由主控制系统，煤仓间远程站和T1远程站组成，BOP系统DROP12/62控制器从2017年12月双投至18年6月共7个月左右时间内，发生过8次故障，从现象分析来看，发生远程I/O电源失去3次，占比33%，发生远程通讯故障3次，占比33%，发生远程I/O通讯卡故障1次，占比17%，发生接地等其他问题一次，占比17%，这些故障严重影响了该控制器下设备的可靠运行。本文通过对BOP系统DROP12/62控制器远程IO故障现象的系统分析与检查，锁定导致故障的根本原因，提出并落实相关设备的改造方案，取得了良好的效果，为公司DCS系统远程IO故障研究提供范例和借鉴，为机组稳定运行提供了重要保障。

2 系统概况

枣泉电厂两台660MW机组于2017年12月顺利双投，DCS系统采用上海艾默生的OVATION DCS系统。枣电DCS系统分为四个部分，分别为#1机组、#2机组、公用系统和BOP（辅控）系统，频繁故障的控制器属于BOP DCS系统。BOP系统的CTRL12/62机柜有两个远程I/O控制柜，每一个远程I/O控制柜配置两块远程卡，远程光纤通讯线路与主柜控制器通讯为对应关系。

从图1可以看出，BOP系统DROP12/62控制器所在的CTRL12/62机柜有两个远程I/O，分别为煤仓间远程I/O和T1转运站远程I/O，每一个远程I/O配置两块远程卡，互为冗余，远程光纤通讯线路与主柜控制器通讯为对应关系。BOP系统DROP12/62控制器带着输煤#1、#2、#6、#7皮带机、叶轮给煤机、斗轮堆取料机等大量设备。若该控制器故障可能诱发设备误动、拒动，甚至有可能发生设备损坏、人身伤害等事故，严重降低了设备可靠性。

3降低控制器故障率主要内容

由于环境因素和现场工艺的原因，在BOP系统DROP12/62控制器下的两个远程站，存在电源单路和控制柜接地不符合要求等问题，本文降低Ovation远程IO故障率研究关注点是远程柜的电源冗余度不够与远程柜的接地对于控制器故障的影响[1]。

3.1远程柜电源冗余问题

对于BOP系统DROP12/62控制器需不间断电源进行供电，此时，需要考虑控制器电源的容错性，经热工人员现场检查发现，BOP系统12RIO2控制柜只有一路电源，该电源来自同一房间的输煤PC A段电源柜，该路电源进入控制柜后分两路，一路直接给DCS机柜主电源模块供电，另一路经小型UPS装置给DCS机柜辅助电源模块供电，一旦该路电源发生故障，12RIO2控制柜将会失电，同时将导致DROP12与DROP62控制器同时故障。在多次控制器故障处理过程中我们发现，当Qvation DCS系统的远程柜双路通讯均故障时，远程柜与本柜通讯信号将会出现跳变，通讯恢复后，跳变的信号将处于切除扫描的状态。由此可见，当远程柜失电，远程柜与本柜双路通讯同时故障时，远程柜与本柜的通讯信号处于不受控状态，信号的跳变可能会引起事故的发生，事实证明，确实有其他同类型机组出现过远程柜与本柜通讯故障引起的机组跳闸事故[2]。

3.2远程IO控制柜接地问题

Ovation DCS系统接地分为保护地、屏蔽地和逻辑地，对接地的要求较高，其中对DCS接地位置的要求主要有以下几点：

1、在 Ovation 系统的接地点附近不允许有强电设备的接地;

2、在 Ovation 系统接地点周围15 米内无防雷设备的接地;

3、在 Ovation 系统接地点周围8 米内无30KW 以上的高低压用电设备的接地;

4、当现场无法满足以上条件时，防雷保护地应通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地网相连;

5、电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离 10 米以上;

6、Ovation 设备至接地汇流铜排的接地电缆及汇流铜排至全厂接地网的接地电缆要尽可能的短[3]。

若接地系统不合格，接地系统并不能使产生的过载电流很好的导入大地，接地点存在电势，可能导致远程IO与本柜数据传输错误，从而导致远程IO卡件故障，因此控制柜的接地是否良好，很大程度上影响控制器的正常運行。经过排查发现，BOP系统12RIO2控制柜与输煤系统#1皮带钢架保护地共用接地点，不满足Ovation DCS系统对接地位置的要求中“DCS系统接地点附近不允许有强电设备的接地”

3.3接地方式选择

从表1可以看出，三种方式都适用于机柜接地，但专用接地网占地面积大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，不易在厂房内找到合适的位置，管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。所以，与电气网公用接地是最好的方法。

4降低控制故障率的具体实施

4.1对于远程IO控制柜电源的改造

针对BOP系统12RIO2控制柜单电源长期运行，且发生故障时无法保证DCS系统正常运行的情况，经过讨论决定对T1转运站电子间12RIO2机柜电源进行改造，从T1转运站PC电源B段引出一路，与12RIO-2柜内原本的一路UPS电源共同为机柜供电，提高电源可靠性[4]。改造完成后电源切换试验正常，系统报警正常。两路电源均失去，UPS可为机柜保证30min以上电源供应。改造结果满足《DL T 261-2012火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》中有关分散控制系统电源的要求[5]。

4.2接地改造

经过几次排查确定，我厂输煤T1转运站电子间DCS机柜接地存在与其他设备共用接地点的情况，经过对输煤T1转运站电子间DCS机柜接地点进行了更换，取消原接地线，重新使用接地电缆将DCS机柜引至电子间下方接地房间接地扁铁，取消该接地扁铁上所有接地线，将DCS接地线与之可靠连接。更改原来的专用接地网为电子间电气接地网，很大程度上解决了接地不良，接地断续等现象。

4.3改造结果分析

冗余电源改造后，供电正常，在机组检修期间，做电源切换试验，切换时间符合要求，故在正常运行中，一路电源发生故障后，另一路电源可以持续为控制器进行供电。将机柜接地引入电气网后，测量DCS机柜接地电阻为0.4Ω，满足要求，控制系统运行正常，未发生因远程站控制器故障而导致BOP系统DROP12/62控制器故障[6]，从而降低BOP系统DROP12/62控制器故障故障率发生。

5结语

针对BOP系统DROP12/62控制器故障发生，存在着很多“共性”，但是因为其环境的特殊性[7]，同时存在两个远程站，控制器故障的偶然性，势必在检查过程中出现各种问题。通过与运行人员沟通，记录故障发生前后运行操作对象，总结分析每次故障的相同点与不同点，通过分析确定最终的原因，找到问题的根本，并解决问题。总之，此次研究BOP系统DROP12/62控制器故障主要为远程站控制电源冗余问题及控制柜接地问题[8]，对于提出的两个问题，深入分析其内在联系，解决控制器之间的通讯问题，在对后续的培训开展提供了一手资料。同时热工人员通过对《降低Ovation远程IO故障率》这一课题的处理，总结出带远程站的控制器故障分析的一般方法，为公司控制器故障研究提供范例和借鉴，为机组稳定运行提供重要保障。

参考文献：

[1]蔡钧宇.发电厂DCS网络安全评估与防护.浙江电力（期刊），2019.11：109-112

[2]敬泽.DCS控制器的IP地址冲突故障及排除[J].东方电气评论，2019，33（02）：26-29

[3]史娅红. 网络攻击下CPS安全控制与通讯的协同设计研究[D].兰州理工大学，2019：90-91

[4]国家能源局.DL T774-2015火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程北京中国电力出版社，2016：30-60

[5]国家能源局.DL T261-2012火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则北京中国电力出版社，2012：25-30

[6]牛强，张俊龙.DCS控制系统故障的应急处理及预防[J].科技资讯，2019，17（30）：49-50

[7]于剑，余彪.火电厂DCS系统改造项目的过程管理及经验[J].安徽电力，2019，36（03）：49-51

[8]李磊.提高火电厂DCS系统安全性措施[J].安全，2018，39（11）：64-65

作者簡介：

杨歌（1990-），男，宁夏银川，本科，助理工程师，宁夏枣泉发电有限责任公司、宁夏自治区灵武市宁东镇能源化工基地灵州综合工业园区A区枣泉电厂设备管理部、自动化控制，联系电话：18309507325，邮箱：495795179@qq.com。

刘岩（1993-），男，吉林长春，本科，助理工程师，宁夏枣泉发电有限责任公司、宁夏自治区灵武市宁东镇能源化工基地灵州综合工业园区A区枣泉电厂设备管理部、自动化控制，联系电话：15009619637，邮箱：942386180@qq.com。