火電廠現場總線控制系統故障分析及處理

周裕宏

(廣東粵電大埔發電有限公司，廣東 大埔 514200)

0 引言

為適應構建數字化、信息化電廠的需要，越來越多的火電廠開始普及和拓展現場總線技術的應用范圍。使用現場總線通過上位系統對現場設備進行參數調整，通過借助專業診斷工具進行系統維護、故障查找等。盡管系統設備的制造廠商已經從產品角度不斷致力于采取各種措施提高可靠性，但是基于工業生產現場的高度復雜性和不確定性，仍有諸多因素可能造成現場總線系統設備的不穩定，從而影響運行監控，嚴重時甚至引發機組跳閘等事故。總線故障一般比常規的電氣故障較難查找原因及解決，一旦出現故障往往難于在短時間內捋清頭緒，從而影響問題的及時處理。下面結合某電廠現場總線控制系統(fieldbus control system，FCS)在生產過程中出現的故障案例及其分析處理過程進行介紹，并提出防范措施。

1 系統應用情況介紹

某電廠1 號、2 號機組建設為2×660 MW超超臨界燃煤發電機組。控制系統采用西門子SPPPA-T3000 全廠一體化現場總線控制系統。全廠主控、輔控系統大范圍采用了現場總線技術。全廠共設計配置PROFIBUS 通信主站183 對，設計PROFIBUS-DP 網 段183 個，PROFIBUS-PA 網段125 個；全廠共采用現場總線控制設備2 645 臺(套)，總線設備類型包括電動執行機構、氣動調節閥、電氣馬達保護裝置、低功率電機變頻器、電磁閥島，以及壓力、差壓、液位、流量、化學分析儀表等。

2 故障實例及檢查分析

(1) 總線鏈路故障誤發跳閘信號所引發的機組跳閘。

某日1 號爐脫硫系統吸收塔誤發“液位低低”信號，最終引發鍋爐MFT 動作，機組跳閘。

事故所屬的吸收塔現場總線控制系統網絡結構如圖1 所示。事后檢查發現吸收塔第一層3 ～6 號除霧器沖洗門總線屏蔽壓片缺失使得B 路屏蔽線路虛接，使B 路鏈路產生干擾引起B 路153-2 不時發出瞬時故障；同時檢查發現A 路153-2 電源保險金屬頭已有松動、接觸不良而一直處于不穩定的閃斷狀態，造成PA 鏈路通信異常，引起吸收塔液位測量值瞬間下降至1.9 m 而誤發“吸收塔液位低低”信號，最終引發機組跳閘。

事件原因除在網段設計分配方面存在不合理之處外，直接原因在于吸收塔第一層3 ～6 號除霧器沖洗門總線屏蔽壓片缺失，以及A 路153-2 電源保險金屬頭松動等總線設備的安裝、維護問題。重新加裝屏蔽壓片、以及更換電源保險之后，問題得到解決。

針對該類型的異常事件，組織全面排查同類型現場設備的總線、屏蔽等接線工藝，以及系統卡件電源保險的完好情況等，對發現的問題及時處理、整改。另外重新優化該總線網段的測點分配方式，將位于同一網段的吸收塔液位信號測點1，3 分開，將其中一個測點改接至其他網段，以免在同一網段異常時導致兩個“吸收塔液位低低”信號同時成立，引發事故。

(2) 從站設備內部設置不合理引發機組跳閘。

某日2 號機組汽泵出口電動門運行中出現兩路通信同時故障，電動門自動關閉，引起給水泵小汽輪機跳閘，繼而引發機組跳閘。

圖1 吸收塔現場總線系統網絡結構

汽泵出口電動門為某品牌冗余總線型電動執行機構，該品牌執行器的總線通信卡屏蔽接地功能設置有專門的撥碼開關，并設置有“PE”和“Filter”兩個選擇位，其中“PE”位的屏蔽端直接連接執行機構殼體，“Filter”位則經過相應的過濾環節后接地，作為配合總線網段終端電阻需在執行器內設置時使用。由于總線網段的終端電阻均已統一設計在總線通信箱內，因此正常運行時撥碼開關應置“PE”位置。而事后檢查發現該電動門的屏蔽接地設置開關被撥至“Filter”位置，致使該執行機構兩路通信不時出現閃斷。又因為該執行機構總線設置參數中的“Fail safe”(故障安全)選項設置為“Act. run to fail safe”(運行至故障安全位置)，而其對應默認的故障安全位置為“0%close”(0 %，即關位置)，致使該電動執行機構出現兩路通信故障時閥門被自動關閉。

事件直接原因是由于汽泵出口電動門執行機構屏蔽設置撥碼開關被撥至“Filter”位，以及故障安全位置參數被設置為“0 % close”所致。將撥碼開關撥回至“PE”位置，以及將故障安全位置參數設置為“Disabled”(禁止)后，問題得到解決。

為防止再次出現因從站設備內部設置不當引發的異常事件，首先應制訂完善的管理制度，在現場設備維護作業時加強安全防范意識，作業前應提前熟悉、掌握該類型設備的內部開關、參數等各設置選項的實際意義，防止出現誤觸、誤碰、誤設置開關位置等不安全行為；同時組織全面排查同類型現場總線設備內部的各項參數設置，發現有可能誘發錯誤動作方向的參數設置應立即予以修改、糾正。

(3) 電磁干擾引起重要參數測量值跳變引發引風機跳閘。

某日2 號爐B 引風機運行中突然跳閘，跳閘原因為“潤滑油壓力低低”。經熱工人員現場查詢得知：事件發生前2 號爐B 引風機附近有作業組在處理其他缺陷時進行了電焊工作。工作時將電焊機的外殼接地線接至2 號爐B 引風機所屬總線網段的PA 電纜預埋管中，且電焊機的放置距離總線PA 電纜預埋管太近(約60 cm)。檢查DCS 歷史曲線顯示2 號爐B 引風機潤滑油壓力測量值在電焊作業期間從0.32 MPa 開始逐步階躍跳變下降至0，與之同網段的液壓油壓力測量值亦從3.15 MPa開始以相同的變化特性下降至0 MPa。當施工人員停止電焊作業后，潤滑油壓、液壓油壓等參數顯示均很快恢復正常。因此可以確定：由于現場電焊作業人員將電焊機的外殼接地錯誤連接至PA 電纜預埋管處，且電焊機的放置位置與總線通信電纜距離過近，電焊作業產生強電磁干擾影響PA 網段引起相關參數測量異常而誤發跳閘信號，最終引發設備誤動。

為防止重復發生類似的電磁干擾問題，制訂相應的防范措施：現場作業使用的電氣、電動等工具嚴禁將接地線接至總線電纜預埋管及屏蔽接地點等處，電氣、電動工具的放置位置應盡量遠離總線設備及其沿途電纜。

3 結束語

現場總線技術以其全開放、全數字化、大幅簡化的系統布線、以及為建設數字化電廠提供豐富的底層數據支撐等優勢而在火電廠獲得越來越廣泛應用。FCS 系統設備可能出現的故障類型、形式多種多樣，以上從現場總線設備的安裝維護、內部參數設置、以及電磁干擾等幾個方面舉例進行闡釋，并提出了處理方法及防范措施，為FCS 系統設備維護工作提供一些解決問題的思路。