一起鍋爐儀控系統故障的深入思考

劉俊明，尚緒方，李豐凱，吳培振，劉文河

（萊鋼能源動力廠,山東萊蕪 271104）

1 引言

萊鋼能源動力廠型鋼區3#130 t/h鍋爐為江西鍋爐廠設計的中溫中壓自然循環單汽包鍋爐，自2005年運行至今已9年。2014年2月8日下午，儀控人員在處理一組煤氣調節閥卡澀故障時鍋爐多個不相關的電動閥門突然出現開、關信號頻閃、部分調節閥反饋失靈、負荷、水位、負壓等參數出現大幅波動、鍋爐自動調節退出等的現象，雖經運行人員及時處理未對生產造成影響，但事件本身的風險較高，為防止同類險兆事故再次發生，現對該故障進行深入探討，以起到警示作用。

2 過程回顧

2.1 故障檢測

2014年2月8日下午，鍋爐運行人員接班后發現3#鍋爐高氣調節閥部分反饋不準確，給鍋爐負荷等參數調整帶來困難，隨即聯系儀控人員到現場進行維修。儀控人員到達現場根據鍋爐值班人員的描述及再次確認對高氣調節閥進行逐只維修，此前3#鍋爐各參數均維持在正常運行狀態。

（1）當儀控人員維修一角二層高氣調節閥時，發現該閥門執行器已跳電，隨之進行了送電工作；該閥門送電后，鍋爐運行值班人員發現3#鍋爐工藝監控畫面中：轉爐煤氣一次、二次電動閥開關信號頻閃（閥門處于關閉狀態，現場確認未執行開關動作）；

（2）鍋爐運行值班人員立即通知現場維修的儀控人員，到值班室進行確認后，認為轉氣閥門開關信號頻閃，屬于電氣信號問題，未做處理，需聯系電氣解決，約1分鐘后，轉氣閥門頻閃信號不再閃爍，此時給水旁路一二次電動閥開關信號頻閃（閥門處于關閉狀態，現場確認未執行開關動作）。

2.2 信號波動分析

（1）上述現象發生后爐膛中火焰發生變化，爐膛燃燒惡劣，鍋爐負荷由125 t/h降至109 t/h，爐膛含氧量由2%增至8%，送風機電流有6.5 A增至10 A左右，引風機電流增加，反饋頻率增至40 Hz以上，接近50 Hz。

（2）鍋爐給水量在150~90 t/h之間波動，自動調節退出，給水調節、減溫水調節設定與反饋不符，汽包顯示水位偏差較大；鍋爐運行值班人員根據上述參數進行緊急調整鍋爐負荷、水位、負壓、煤氣等參數，穩定燃燒。

（3）調整煤氣閥門過程中，儀控人員發現一角二層高氣調節閥執行器再次跳電，相應上述異常現象基本消失，僅存在給水調節、減溫水調節設定與反饋不符、鍋爐西側水位較其余兩支偏差較大等問題，告知儀控人員。隨后儀控人員檢查發現1#給水調節現場執行器的反饋與電腦畫面無法對應。測量反饋電流及檢驗AI通道電阻，發現該AI模板存在通道擊穿現象，隨即對該AI模板進行了更換后，上述故障現象消失，鍋爐恢復正常。

3 現象分析

經鍋爐、電氣、儀控人員查閱鍋爐各參數歷史趨勢，經分析匯總后結論如下。

3.1 接地與通訊檢查

（1）3#鍋爐儀控系統接地經檢測正常。

（2）該故障現象涉及故障排查點多而雜，曾懷疑為通訊故障或為小動物損壞通訊電纜，但檢查通訊電纜無損壞跡象，且在未做通訊處理后又恢復正常，故基本排除PLC內部通訊故障。

3.2 現場儀表檢查

（1）在解除了一角二層高氣執行器控制反饋信號線后，送電。測量其閥位反饋電流信號中混入了220 V交流電壓 (正常情況是純4~20 mA電流信號)，控制信號中混入了220 V交流電壓。經過分析，該交流成分進入到整套PLC控制系統中，造成全套PLC系統失真紊亂，是造成以上所有事故的根本原因。在當天下午事故過程中，該角執行器再次跳電后各現象隨之消失。

（2）在對現場一角二層高氣調節閥執行器經儀控人員拆解檢查發現，內部控制線路板、排線等部分熱熔損壞。該故障點是PLC系統總混入220 V交流電壓的直接原因。

3.3 故障深入分析

（1）給水調節、減溫水調節設定與反饋仍然不準確，更換模板后正常的原因分析：舊模板經拆下做試驗后，確定舊模板各個通道沒有實質的損壞。反饋不準主因是混入220 V的高電流導致基準零位混亂，造成部分通道假擊穿的現象。判斷若是不更換該模板，其應存在長時間放電運行時，可緩慢自行恢復正常的可能性。

（2）鍋爐負荷由125 t/h降至109 t/h原因：模板混入大電流后，導致信號紊亂，送風機得到擋板開全信號，由40%開全至100%，送風量突然大幅增加（此時爐膛含氧量大幅增加）導致爐膛正常燃燒受破壞，送風由助燃作用變為爐膛冷卻，爐膛溫度降低，導致負荷降低；相應引風機因處于負壓自動控制狀態，為保持爐膛負壓，不停的增加頻率，增加引風量，導致電流變化等情況相應出現。

（3）鍋爐給水量變化原因：因鍋爐負荷突然變化，鍋爐給水自動調節執行，導致水量突然變化，直至自動不能滿足調整退出。

4 事件思考

4.1 故障分析

通過對故障流程梳理及分析，我們可以總結故障現象流程如下：

一角二層高氣調節閥執行器內部線路燒毀→一角二層高氣調節閥執行器跳電→儀控人員對該執行器送電，串入220 V大電流→轉氣、給水電動閥信號頻閃、送風機擋板自動開大等問題→鍋爐負荷、水位、負壓等相應變化→鍋爐運行人員煤氣閥門等調整→一角二層高氣調節閥執行器再次跳電，故障現象消失。

4.2 故障處理

（1）該次發生故障的執行器為某公司生產，屬于比較落后執行器，價格便宜，但可靠性低，尤其是線路設計及連鎖保護方面存在缺陷，建議在條件許可時盡量擇機組織更換先進、連鎖保護級別高的執行器。

（2）儀控人員以后處理類似故障時，需首先查明跳電原因方可重新送電；本次故障中如果送電前能夠檢查出執行器內部線路板熔毀短路，對其更換后再送電即可避免本次險兆事故的出現。

（3）儀控人員需深入研究公用模板（通道）的隱患處理方案或措施，即使220V交流電壓的情況下，保證PLC系統的穩定性，避免類似故障發生。

（4）鍋爐運行值班人員再遇類似故障時，首先退出各自動控制，盡量保持汽溫、汽壓、水位等參數的平穩，如各參數確實難以保持時，務必保證鍋爐水位，防止發生缺水或滿水事故，保證設備安全。