關于降低Ovation遠程IO故障率的研究

楊歌 楊富榮

摘要：隨著電網、發電企業市場化改革的推進和深化過程中，對發電機組的穩定性要求越來越高。而DCS控制系統作為發電機組的“大腦”，在機組運行過程中起著至關重要的作用，同時也是保證機組穩定的前提。本文根據棗泉電廠DCS系統遠程IO故障的現象，分析導致故障的根本原因，最終著眼于遠程站控制柜電源冗余度不夠及控制柜接地兩個問題，提出解決控制器遠程IO故障的方法，同時為公司控制故障研究提供借鑒，為機組穩定運行提供重要保障。

關鍵詞：控制器;故障率;遠程IO

1 引言

寧夏棗泉發電有限公司一期2×660MW機組采用艾默生旗下的Ovation控制系統，BOP系統DROP12/62控制器是控制輸煤系統相關設備，控制系統主要由主控制系統，煤倉間遠程站和T1遠程站組成，BOP系統DROP12/62控制器從2017年12月雙投至18年6月共7個月左右時間內，發生過8次故障，從現象分析來看，發生遠程I/O電源失去3次，占比33%，發生遠程通訊故障3次，占比33%，發生遠程I/O通訊卡故障1次，占比17%，發生接地等其他問題一次，占比17%，這些故障嚴重影響了該控制器下設備的可靠運行。本文通過對BOP系統DROP12/62控制器遠程IO故障現象的系統分析與檢查，鎖定導致故障的根本原因，提出并落實相關設備的改造方案，取得了良好的效果，為公司DCS系統遠程IO故障研究提供范例和借鑒，為機組穩定運行提供了重要保障。

2 系統概況

棗泉電廠兩臺660MW機組于2017年12月順利雙投，DCS系統采用上海艾默生的OVATION DCS系統。棗電DCS系統分為四個部分，分別為#1機組、#2機組、公用系統和BOP（輔控）系統，頻繁故障的控制器屬于BOP DCS系統。BOP系統的CTRL12/62機柜有兩個遠程I/O控制柜，每一個遠程I/O控制柜配置兩塊遠程卡，遠程光纖通訊線路與主柜控制器通訊為對應關系。

從圖1可以看出，BOP系統DROP12/62控制器所在的CTRL12/62機柜有兩個遠程I/O，分別為煤倉間遠程I/O和T1轉運站遠程I/O，每一個遠程I/O配置兩塊遠程卡，互為冗余，遠程光纖通訊線路與主柜控制器通訊為對應關系。BOP系統DROP12/62控制器帶著輸煤#1、#2、#6、#7皮帶機、葉輪給煤機、斗輪堆取料機等大量設備。若該控制器故障可能誘發設備誤動、拒動，甚至有可能發生設備損壞、人身傷害等事故，嚴重降低了設備可靠性。

3降低控制器故障率主要內容

由于環境因素和現場工藝的原因，在BOP系統DROP12/62控制器下的兩個遠程站，存在電源單路和控制柜接地不符合要求等問題，本文降低Ovation遠程IO故障率研究關注點是遠程柜的電源冗余度不夠與遠程柜的接地對于控制器故障的影響[1]。

3.1遠程柜電源冗余問題

對于BOP系統DROP12/62控制器需不間斷電源進行供電，此時，需要考慮控制器電源的容錯性，經熱工人員現場檢查發現，BOP系統12RIO2控制柜只有一路電源，該電源來自同一房間的輸煤PC A段電源柜，該路電源進入控制柜后分兩路，一路直接給DCS機柜主電源模塊供電，另一路經小型UPS裝置給DCS機柜輔助電源模塊供電，一旦該路電源發生故障，12RIO2控制柜將會失電，同時將導致DROP12與DROP62控制器同時故障。在多次控制器故障處理過程中我們發現，當Qvation DCS系統的遠程柜雙路通訊均故障時，遠程柜與本柜通訊信號將會出現跳變，通訊恢復后，跳變的信號將處于切除掃描的狀態。由此可見，當遠程柜失電，遠程柜與本柜雙路通訊同時故障時，遠程柜與本柜的通訊信號處于不受控狀態，信號的跳變可能會引起事故的發生，事實證明，確實有其他同類型機組出現過遠程柜與本柜通訊故障引起的機組跳閘事故[2]。

3.2遠程IO控制柜接地問題

Ovation DCS系統接地分為保護地、屏蔽地和邏輯地，對接地的要求較高，其中對DCS接地位置的要求主要有以下幾點：

1、在 Ovation 系統的接地點附近不允許有強電設備的接地;

2、在 Ovation 系統接地點周圍15 米內無防雷設備的接地;

3、在 Ovation 系統接地點周圍8 米內無30KW 以上的高低壓用電設備的接地;

4、當現場無法滿足以上條件時，防雷保護地應通過避雷器/沖擊波抑制器與公共接地網相連;

5、電焊地切勿與公共接地極及其接地網搭接在一起，二者應距離 10 米以上;

6、Ovation 設備至接地匯流銅排的接地電纜及匯流銅排至全廠接地網的接地電纜要盡可能的短[3]。

若接地系統不合格，接地系統并不能使產生的過載電流很好的導入大地，接地點存在電勢，可能導致遠程IO與本柜數據傳輸錯誤，從而導致遠程IO卡件故障，因此控制柜的接地是否良好，很大程度上影響控制器的正常運行。經過排查發現，BOP系統12RIO2控制柜與輸煤系統#1皮帶鋼架保護地共用接地點，不滿足Ovation DCS系統對接地位置的要求中“DCS系統接地點附近不允許有強電設備的接地”

3.3接地方式選擇

從表1可以看出，三種方式都適用于機柜接地，但專用接地網占地面積大，投資高，電纜及接地網鋼材耗量大，不易在廠房內找到合適的位置，管理、維護、測量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好。所以，與電氣網公用接地是最好的方法。

4降低控制故障率的具體實施

4.1對于遠程IO控制柜電源的改造

針對BOP系統12RIO2控制柜單電源長期運行，且發生故障時無法保證DCS系統正常運行的情況，經過討論決定對T1轉運站電子間12RIO2機柜電源進行改造，從T1轉運站PC電源B段引出一路，與12RIO-2柜內原本的一路UPS電源共同為機柜供電，提高電源可靠性[4]。改造完成后電源切換試驗正常，系統報警正常。兩路電源均失去，UPS可為機柜保證30min以上電源供應。改造結果滿足《DL T 261-2012火力發電廠熱工自動化系統可靠性評估技術導則 》中有關分散控制系統電源的要求[5]。

4.2接地改造

經過幾次排查確定，我廠輸煤T1轉運站電子間DCS機柜接地存在與其他設備共用接地點的情況，經過對輸煤T1轉運站電子間DCS機柜接地點進行了更換，取消原接地線，重新使用接地電纜將DCS機柜引至電子間下方接地房間接地扁鐵，取消該接地扁鐵上所有接地線，將DCS接地線與之可靠連接。更改原來的專用接地網為電子間電氣接地網，很大程度上解決了接地不良，接地斷續等現象。

4.3改造結果分析

冗余電源改造后，供電正常，在機組檢修期間，做電源切換試驗，切換時間符合要求，故在正常運行中，一路電源發生故障后，另一路電源可以持續為控制器進行供電。將機柜接地引入電氣網后，測量DCS機柜接地電阻為0.4Ω，滿足要求，控制系統運行正常，未發生因遠程站控制器故障而導致BOP系統DROP12/62控制器故障[6]，從而降低BOP系統DROP12/62控制器故障故障率發生。

5結語

針對BOP系統DROP12/62控制器故障發生，存在著很多“共性”，但是因為其環境的特殊性[7]，同時存在兩個遠程站，控制器故障的偶然性，勢必在檢查過程中出現各種問題。通過與運行人員溝通，記錄故障發生前后運行操作對象，總結分析每次故障的相同點與不同點，通過分析確定最終的原因，找到問題的根本，并解決問題。總之，此次研究BOP系統DROP12/62控制器故障主要為遠程站控制電源冗余問題及控制柜接地問題[8]，對于提出的兩個問題，深入分析其內在聯系，解決控制器之間的通訊問題，在對后續的培訓開展提供了一手資料。同時熱工人員通過對《降低Ovation遠程IO故障率》這一課題的處理，總結出帶遠程站的控制器故障分析的一般方法，為公司控制器故障研究提供范例和借鑒，為機組穩定運行提供重要保障。

參考文獻：

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[4]國家能源局.DL T774-2015火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程 北京 中國電力出版社，2016：30-60

[5]國家能源局.DL T261-2012火力發電廠熱工自動化系統可靠性評估技術導則 北京 中國電力出版社，2012：25-30

[6]牛強，張俊龍.DCS控制系統故障的應急處理及預防[J].科技資訊，2019，17（30）：49-50

[7]于劍，余彪.火電廠DCS系統改造項目的過程管理及經驗[J].安徽電力，2019，36（03）：49-51

[8]李磊.提高火電廠DCS系統安全性措施[J].安全，2018，39（11）：64-65

作者簡介：

楊歌（1990-），男，寧夏銀川，本科，助理工程師，寧夏棗泉發電有限責任公司、寧夏自治區靈武市寧東鎮能源化工基地靈州綜合工業園區A區棗泉電廠設備管理部、自動化控制，聯系電話：18309507325，郵箱：495795179@qq.com。

劉巖（1993-），男，吉林長春，本科，助理工程師，寧夏棗泉發電有限責任公司、寧夏自治區靈武市寧東鎮能源化工基地靈州綜合工業園區A區棗泉電廠設備管理部、自動化控制，聯系電話：15009619637，郵箱：942386180@qq.com。

趙洪?。?991-），男，吉林松原，本科，助理工程師，寧夏棗泉發電有限責任公司、寧夏自治區靈武市寧東鎮能源化工基地靈州綜合工業園區A區棗泉電廠設備管理部、自動化控制，聯系電話：18809596373，郵箱：714436255@qq.com。