發電廠生產過程控制系統報警的有效處置

張永強，隋兆全，鄭繼新，朱小青

（1.金川集團熱電有限公司，甘肅金昌 737100；2.金川集團二礦區，甘肅金昌 737100）

發電廠生產過程控制系統多采用分散控制系統（DCS）。發電廠生產過程報警是指生產過程控制系統在機組運行過程中對機、爐、電等工藝生產過程中的設備異常狀態或操作事件的觸發和記錄。控制系統報警信息一般分為兩大類：①系統信息報警。該類報警是對DCS 系統處理單元、通信網絡及設備、操作員站進行在線狀態診斷，當發生異常時發出的報警。②生產過程報警。此類報警是生產運行過程中的設備運行狀態、生產過程變量（工藝參數）異常情況的報警，如設備狀態反轉、參數超限、控制輸出越限等。

1 報警處置是否有效評價指標

（1）在生產工藝過程波動時是否清楚提醒操作人員做出正確操作。

（2）是否減少了因生產工藝過程故障而導致的停產。

（3）在生產工藝過程波動時，大量報警信息是否導致控制系統超載。

（4）是否實時幫助操作員及時發現問題。

（5）是否識別出非真實報警并進行篩分處理。

（6）能否及時發現實際需要維護的故障。

（7）是否有效分析出在生產工藝過程、控制和操作方面需要改進的地方。

2 發電廠報警設計

廣義的報警定義，指的是控制系統自身報警和生產過程報警。狹義的報警定義，指的是具體行業生產工藝過程的報警。具體到發電廠生產工藝過程報警，涉及從燃料入廠到將發電輸送到電網的整個過程的異常報警。按生產工藝先后為：輸煤、鍋爐、汽輪機、發電機、變壓、配電等。其中每一個生產工藝系統根據其配置的設備和輸出的不同，具有其自身的報警設計特點。如輸煤系統多以設備順序啟動、皮帶跑偏、堵煤等設備或裝置數字量信息報警設計為主；鍋爐、汽輪機系統以爐膛負壓、蒸汽溫度及壓力、轉速、振動等工藝過程或設備模擬量信息綜合報警設計為主；發電機、電動機、斷路器、變壓器、輸電線路等電氣系統以電壓、電流、過流保護、總差保護等電氣量信號報警設計為主。

3 生產過程報警存在的問題

3.1 報警顯示問題

某發電廠不同工藝系統的報警，組態于同一個報警畫面且不分報警優先級及顏色設置。當機組實際生產運行過程中發生鍋爐、汽輪機、電氣系統過程參數和設備異常，報警畫面顯示各個系統的報警信息雜亂無章。如：同一報警頁面顯示汽輪機系統報警信息的同時，顯示鍋爐或電氣系統報警信息。給不同專業操作人員對重要報警信息判斷與處置造成極大的麻煩。

3.2 報警噪聲問題

報警噪聲的產生是指因檢測信號自身異常或因綜合報警設置不當等，導致的系統或設備報警信息的誤報或聲、光、報文等報警信息重復觸發。如，某電廠引風機運行中因軸承溫度或振動探頭安裝不牢靠，產生松動而導致檢測值頻繁越限等；110 kV 斷路器綜合報警信息頁面同時顯示“斷路器跳位”“斷路器合位”“母線電壓失壓”“母線電壓未失壓”“磨煤機事故跳閘”光子牌亮等報警信息，但實際現場設備處于正常停運狀態，為正常狀態顯示。此類綜合報警始終處于聲、光報警觸發狀態而無法消除。報警噪聲對操作人員是一個干擾，這樣的報警噪聲多了，將嚴重分散操作人員專注力，并影響正常操作。

3.3 報警泛濫問題

報警泛濫指報警設置過于繁雜或設限范圍較小，導致大量不需要操作人員響應的報警被觸發。包括：因維護問題過程中造成越限報警；系統因波動或擾動等不正常狀態時發生偏離正常范圍的報警；操作員采取措施后仍然消除不掉的報警；短時間單一事件觸發的大量重復報警等。報警的泛濫導致操作人員產生響應疲勞，不斷疊加安全隱患。

3.4 報警確認問題

目前大多控制系統因報警設置過多、過繁、不合理等問題，一個運行值下來要觸發數以千計的報警信息。操作人員每天面對各類繁雜的重要的、不重要的聲、光、報文等報警信息，嚴重影響其正常判斷與操作。久而久之，操作人員形成或關閉報警音響，或視而不見，或隨手確認的習慣。由此，錯過關鍵報警信息處置而導致工藝系統或設備發生事故。

3.5 報警處置執行力問題

操作人員對報警觸發的根源以及應采取的措施不清楚。生產過程中工藝系統或設備觸發報警后，未采取及時有效的措施。往往一個報警觸發后，操作人員缺乏處置執行力，造成工藝系統或設備報警后狀態不斷惡化，最終造成事故發生。如引風機自動控制狀態下，因爐膛燃燒擾動導致負壓劇烈波動，導致其軸承溫度或振動異常爬升趨近報警值時，操作人員應及時采取自動切手動控制措施，再對風煤比進行細調等措施。

4 報警的有效處置

4.1 報警的科學設置和觸發

科學的報警設置和觸發，包括報警限值及報警聲光、顏色、優先級等。

生產過程參數或設備報警限值主要依據廠家設備的設計和制造參數來設定，可設置低低報、低報；高報、高高報等，具體根據設備實際負荷變化范圍、材料或工質的化學和物理特性及其變化速率等。如，設備的振動與溫度、轉速變化關系；蒸汽壓力與溫度的變化關系等。

報警聲光、顏色、優先級，主要根據參與生產過程控制系統或設備的重要性，和發生異常后的緊急性進行設置與觸發。對于重要且緊急的優先級最高，聲光同時觸發，且聲音急促、顏色醒目；對于重要而不緊急的，可只觸發聲音；對于不重要而不緊急的，可只觸發光字牌等。如鍋爐主蒸汽壓力和溫度變化，關系到汽輪機的做功效率；引風機及送風機的軸承溫度與振動變化關系到鍋爐負荷的穩定調整等，屬于重要且緊急的報警。

4.2 報警噪聲的有效抑制

報警噪聲的抑制：①提高生產過程中各工藝系統和設備檢測信號的穩定性。可采取設置報警死區、小信號消除、濾波等技術，或引進高性能、抗干擾性高的檢測元器件，并保證檢修質量。②利用同類歸并、異類分拆、與或邏輯判斷、準確定義等技術手段，合理、科學設置綜合類報警及單類報警，以減少無效噪聲。

4.3 報警的有效響應

工藝系統設備或參數運行過程中的異常報警響應分為：控制系統響應和操作人員響應。報警的有效響應，指控制系統和操作人員在接收到異常報警信息后采取及時、科學的處理措施，以保證工藝系統設備或參數運行在安全、規定范圍。

控制系統軟件設計和算法是否強大，以及控制系統硬件性能是否先進，決定著其實時進行自我診斷和報警信息報文顯示的有效性和及時性。良好的控制系統軟件設計和算法，加上高性能硬件，可以第一時間做到對自身電源系統、通訊系統、控制系統、操作系統軟件及硬件運行狀態、操作事件、報警信息的準確捕獲，并及時友好地提醒維護人員進行維護。合理的報警設置和報警有效管理是操作人員（具備必須的技能水平和業務素養）有效響應的基礎。

4.4 報警的有效確認

發電廠各工藝系統及相關設備在運行中會出現溫度、壓力、振動、電流等過程參數異常越限。崗位操作人員在生產操作過程中，每天要面對大量的報警信息需要確認。

（1）操作過程導致的報警信息的確認。目前發電廠控制系統基本都實現了工藝參數的自動控制，大多數報警信息是反應某一工藝系統或設備因微小外擾和內擾造成的暫態記錄，之后又會自動回到穩態。包括由操作人員手動操作的設備中，在將達到或已達到目標值時其工藝系統存在一定滯后或慣性，造成報警觸發。此類報警信息在工藝系統參數或設備在回到正常范圍達到穩態后，經操作員確認報警信息會自行消失。

（2）因自身機械或電氣問題導致的。如引風機、送風機等大型重要設備振動或負載低限報警，或因外網大幅波動導致的蒸汽超溫超壓報警。此時，操作人員必須及時確認并采取有效措施，將設備異常狀態或工藝異常參數控制在合理范圍。否則，及時采取手動停機措施，將損失降低到最小。

圖1所示是發生工業事故后報警信息、操作員操作、生產率對應曲線，表明操作人員在工業生產過程中參與得越多，大概率觸發報警信息量越大。當實時反應生產工藝過程的報警大量被觸發時，也就是發生事故的時候。

圖1 工業事故后報警信息、操作員操作及生產率曲線

因此，報警的有效確認要減少人為操作。所有不同類型的報警信息確認，均應在生產過程控制系統中使用信息特征選擇算法，通過軟件系統自動確認并觸發聯鎖保護。對于系統自動辨識確需人員介入的報警信息，通過語音或監視器給與清晰提示，提醒操作人員關注并進行有效處置。

4.5 報警信息的統計分析

對于龐雜的生產工藝系統來說，生產運行過程中不同的工藝系統會實時產生各類繁雜的報警信息。可建立報警信息實時采集數據庫，通過控制系統軟件針對信息特征選擇算法，將報警信息實時采集數據庫中各類信息，實時進行歸類、篩選、分析、顯示。操作人員或專業技術人員通過調研，從操作過程或專業技術角度做出決策，不斷完善報警信息系統。

4.6 報警的閉環管理

生產過程報警的閉環管理指報警從設置到處置、分析全過程管理。如圖2所示。

圖2 報警閉環管理過程流程圖

以上報警閉環管理各環節的合理、有效執行，決定著生產過程報警的最終有效性。其有效性依存關系是：合理的報警類型和越限設置，關系報警觸發的明晰度和準確度；明晰和準確報警觸發關系到操作員對報警信息的有效關注；報警信息被操作員有效關注后采取及時有效的處置措施；控制系統報警信息實時進行分類記錄。管理與維護人員對生產過程的歷史報警信息進行統計與數據分析，以發現生產過程中工藝系統或設備的異常狀態，用于指導和提高操作人員操作水平。由此，不斷降低生產過程的報警次數，使得生產過程處于更加穩定、良好的運行狀態。

5 結語

隨著國家對嚴重依賴能源的產業提出的不斷提高資源高效節約水平及“碳達峰，碳中和”要求，發電廠生產過程正不斷進行新工藝改造和新技術利用。為保證發電廠日益復雜的生產過程穩定、可靠的運行，如何對生產過程中產生的大量報警信息進行有效處理變得日益重要。