发电厂DEH控制系统频繁故障的原因分析及改进措施

【摘要】本文对某厂DEH系统应用中频繁故障（导致机组甩负荷、调门全关等异常）的原因进行了较为全面深入的分析，并对照引起故障的各项原因提出了改进措施。

【关键词】DEH;故障;原因分析;改进措施

0.前言

某电力公司装机容量为3×300MW，汽轮机为东方汽轮机厂生产的：N300-16.7/537/537-8型 亚临界中间再热双缸双排汽凝汽式汽轮机，DEH控制系统采用ABB贝利公司的Symphony控制系统，投产至今发生多次因DEH系统故障跳机事件，严重影响了机组的安全运行。

1.目前存在的问题

DEH-数字电液控制系统发展至今，系统硬件和逻辑设计已经比较完善，问题处理过程中主要从现场传感器以及软硬件的结合方面进行原因查找及分析，具体有以下几个方面：

1.1转速信号采集传输不稳定

转速信号是DEH控制系统得以正常工作的最重要的测量信号，该机组DEH系统转速传感器共设计安装8套，其中用于DEH系统控制的3套，由汽轮机保护模件TPS02卡进行处理后作为DEH系统转速，其转速信号采样周期为4ms，当汽机转速连续超过超速限制OPC限值达三个取样时段（共12ms）时超速限制保护输出；当汽机转速连续超过低压遮断、高压遮断限值达两个采样周期（共8ms）时遮断保护动作。汽轮机保护模件在如此短的时间间隔内难以精确判断出可靠的保护动作信号，同时从系统转速记录曲线中发现有转速随机突变情况，不排除DEH转速异常导致机组超速保护误动作。该机组DEH系统转速信号处理采用“3取中”，超速保护采用“3取2”，整台机组超速保护控制系统设计TSI超速一套，DEH系统超速一套，DEH系统超速保护功能又分为：（1）DEH逻辑判断超速：主要逻辑为转速信号坏质量或者中选后的转速与两个或两个以上转速的偏差大于10转/分（3取2逻辑）时超速保护动作。（2）汽轮机保护模件TPS02卡经内部运算后直接输出开关量信号，经“3取2”判断后动作机组跳闸继电器硬回路。汽轮机转速信号作为DEH系统控制的重要信号，其信号采集回路出现异常时变化速率极快，系统历史曲线很难记录到其突变情况，此时就会出现查不到原因的机组瞬间跳闸，动作后转速信号采集回路又恢复正常，很难确定原因。该机组DEH系统逻辑设计为当系统转速采样过程中出现各转速信号偏差大的情况时判断为转速故障，直接将转速输出值置为无穷大间接造成超速保护动作，机组跳闸。这种情况多发生在机组启动冲转升速过程中，但由于转速信号采集回路自身的不稳定，机组正常运行中偶尔也有发生。

1.2继电器及硬件回路可靠性差造成的误动

机组稳定运行，安全是前提，DEH作为机组最重要的控制系统在系统设计上应优先考虑保护功能，其次考虑控制和调节功能。有些保护为提高可靠性设计多重功能，在硬件可靠性差时反而人为增加了故障点。该机组在查找跳闸原因的过程中发现其超速保护功能硬回路就存在类似问题，以下为OSP和TRIP的输出控制回路简图：

图中左侧回路为超速保护跳闸控制硬回路，原设计为TB8(2,3)与TB8(5,6)或TB9(2,3)串联后再和TB9(5,6)形成多重控制功能。TB9(5,6)单接点动作直接跳机，其可靠性差时极易造成误动。

1.3跨控制器数据传输过程中出现的信号异常

DCS系统控制逻辑在组态后是以“1”、“0”的变化进行逻辑判断的，当两个控制器间进行数据交换时，如果数据传输异常，在一个控制器内运算为“1”的信号传输到另一个控制器后失真为“0”，就会造成逻辑判断错误而误动。该机组在查找跳闸原因的过程中发现其DEH系统控制逻辑中运行（RUN）信号就存在跨控制器传输，分析机组跳闸报警记录及历史数据记录发现记录情况与“RUN”信号消失后机组实际响应情况相似。该机组DEH控制逻辑设计为RUN”信号在机组正常运行情况下消失后会导致机组目标负荷值切换为“0”，引发所有调门关闭，间接造成汽包水位超限保护动作，锅炉MFT连跳汽机。通过仔细的查看和比对，机组DEH系统跨控制器传输信号很多，其中模拟量信号达81个，开关量信号达213个，这么多的控制信号通过跨控制器方式进行传输，一旦传输异常机组误跳的几率极高。另经测量DEH系统机柜控制总线电压较低，最低达2.8V，正常应为 4.2V以上，由此也说明DEH系统通讯负荷率较高，易造成数据传输的异常。

1.4控制器升级导致的软硬件不匹配

该机组DEH系统原设计控制器为BRC100，后升级改造为BRC300。在机组控制器升级前，机组运行相对比较稳定，多次异常跳机均发生在控制器升级后。在BRC100升级到BRC300之后，BRC300与汽轮机保护模件TPS02卡件的扩展总线通讯仍需适配，若通讯适配不合适也存在TPS02认为与BRC300通讯故障而导致TPS02转入自主转速保护控制，此情况可能导致BRC100升级至BRC300后出现阀门关闭等DEH系统控制异常。

2.改进措施

2.1针对转速信号采集传输不稳定的改进措施

（1）完善转速信号的屏蔽和接地，增加转速信号的可靠性。

（2）控制逻辑中增加转速监视功能，记录转速偏差及转速故障信号，在没有彻底解决转速信号不稳定问题的情况下，取消转速偏差大跳机功能。逻辑判断的DEH故障停机输出信号、转速故障信号等增加逻辑锁定功能来锁定故障点。

（3）对发现转速信号处理过程中有突变现象的汽轮机保护模件（TPS02卡）进行更换。

2.2针对继电器及硬件回路可靠性差的改进措施

超速保护功能硬回路中，TB8(2,3),TB8(5,6),TB9(2,3)来自于不同的三块汽轮机保护模件（TPS02卡），经认真分析，征得厂家技术人员同意后，将回路修改为上图：由原来的单点动作改为两并两串回路,从而有效的避免了单点误动造成的调门全关或机组跳闸，增强了保护跳闸回路动作的可靠性。但更进一步深入分析发现，TB9(2,3)和TB9(5,6)来自同一块汽轮机保护模件（TPS02卡），当卡件自身出现异常时TB9(2,3)和TB9(5,6)会同时动作，此方案仍存在误动的可能性。最终采用了将TB9(5,6)点去除不用，保留原设计的TB8(2,3)与TB8(5,6)或TB9(2,3)串联后动作功能。因此，一套完美的保护回路是难以设计出来的，只能根据实际应用情况及所选用硬件的自身性能而定。

2.3针对跨控制器数据传输过程中出现的信号异常的改进措施

a.针对DEH控制系统存在的跨控制器传输信号较多的问题，经过精简，将控制器间通讯信号减少到100个以下。同时，排查纠正14处DEH系统中以“DI/B”方式跨控制器传输信号的不正确引用，对模拟量例外报告死区进行完善，尽可能减少环路通讯负荷率，从而减少控制器信号传输错误的几率。

b.针对重要信号如”RUN”信号等，在不违背原逻辑的情况下，通过完善相应控制逻辑增加信号的可靠性，杜绝误动。改进方案即在跨控制器引用的”RUN”信号接收侧控制器逻辑中增加RS触发器锁定功能，复位信号采用源头”RUN”信号的复位信号，在不改变原逻辑设计初衷的情况下增强该信号的可靠性，杜绝了信号传输过程中短暂异常造成的机组跳闸。

2.4针对控制器升级后导致的软硬件不匹配的改进措施

为尽快解决问题，保证机组的可靠运行，将一台机组的控制器由BRC300换回BRC100，加强机组运行过程中相关信息的监测与记录分析，同时配合设备生产厂家就升级后可能造成的问题进行专项测试，建议在控制器升级之后对于TAS、TPS02卡等带有CPU的卡件进行相应的通讯适配调整，以避免升级后导致的软硬件不匹配。

3.改进措施实施后的效果

2009年前半年不到四个月的时间内两台机组由于DEH故障引起的跳闸达5次之多，以上改进措施实施后，从3月底到7月份，未再发生一次因DEH系统故障造成的机组跳闸，机组运行稳定，从根本上解决了DEH故障引起的机组异常跳闸难题。　[科]

【参考文献】

［１］肖大维.控制设备及系统.中国电力出版社.

［２］肖增弘,徐丰.汽轮机数字式电液调节系统.中国电力出版社.