機組CCS 系統自動退出原因分析及防范措施

孫曉鋒

（廣東粵電靖海發電有限公司，廣東揭陽 515223）

0 引言

作為機組的核心大腦部分，協調控制系統對于機組的安全運行非常重要。某電廠1#機為600 MW 超臨界機組，機組DCS控制系統采用的是北京ABB 貝利控制有限公司的Symphony 系統，本文將針對該廠1#機組協調控制系統自動退出的情況，通過查找相關CCS（Coordinated Control System，協調自動控制系統）控制曲線，對事件的原因進行分析，并提出一系列防范措施，以確保機組控制系統安全穩定運行。

1 事件經過

（1）2014 年1 月13 日6:10，1#機組CCS（協調控制系統）自動退出，機組自動切至鍋爐主控自動模式，汽機控制切至DEH就地自動方式。檢查汽機主控自動切除原因為，沒有CCS 方式請求（圖1）。

圖1 1#機組CCS 自動退出曲線

（2）3 月12 日11:22:39，1#機組CCS 切除、AGC 退出，當時機組負荷602.9 MW、主汽壓24.13 MPa。汽機控制手動參考在11:22:37 由86 突然降為0，11:22:38 后手動參考值又恢復為86，右側主汽門/高壓調節門/左右側中壓聯合調門均往下關后又恢復正常。

2 原因分析

機組控制方式主要有3 種，分別是鍋爐自動、汽機自動和協調控制。其中，鍋爐自動方式是指機組主汽壓力由鍋爐主控自動控制，汽機主控手動控制機組負荷；汽機自動方式是指機組主控壓力由汽機主控自動控制，鍋爐主控手動控制機組負荷；當兩者都投入自動方式時，即CCS 方式控制。

只有在DEH（汽輪機數字式電液控制系統）側投入自動的方式下，才允許運行人員投入汽機主控自動。汽機主控切手動的條件有：①主汽壓力壞質量；②負荷參考壞質量；③DEH 側退出CCS 方式。DEH 側自動退出CCS 方式的條件有：①RB 動作；②目標負荷壞質量；③汽機主控指令壞質量；④發電機出口斷路器跳閘；⑤DEH 手動模式；⑥高、低負荷限制；⑦主汽壓力低保護；⑧沒有CCS 請求。

2.1 自動退出的原因是“沒有CCS 自動請求”信號

以事件1 為例，此次CCS 自動退出的原因是沒有CCS 自動請求。在沒有CCS 自動請求信號的情況下，DEH 側的CCS 投入自動切除，最終導致CCS 方式下的汽機主控自動切至手動，而CCS 方式自動退出。

“沒有CCS 自動請求”信號主要是指，DEH 側的自動控制指令與汽機主控的指令偏差大于10。汽機主控指令是指機組給定負荷與機組實際負荷的偏差的PID 計算值或運行人員手動方式下的給定值，DEH 側指令是指DEH 側投入CCS 方式接受到的汽機主控指令或本地手/自動方式下指令，該信號通過硬接線送至汽機主控用的控制器里。“沒有CCS 自動請求”信號主要是防止汽機主控投自動時，指令突變而引起DEH 側的調門大幅波動而不利于機組的正常運行。查看曲線及報警信息記錄，發現存在以下可能原因：

（1）在CCS 方式控制下，機組穩定運行，機組目標負荷設定在325 MW（實際負荷為325 MW），汽機主控指令為66，DEH側跟蹤汽機主控指令，二者值一致。此次出現“沒有CCS 自動請求”的信號，由于DEH 側指令送至汽機主控的控制器的信號無法直接監視，因此從邏輯分析可能是由于DEH 側的指令送至汽機主控用的控制器的通道存在干擾或控制器運算錯誤導致。但是汽機主控輸出指令在切除自動前，數值有突變，主要表現在該指令在正常運行時為66，而在6:10:29 時，數值突變到64，送至AO/L 的數值為64.00H（H 表示數值達到報警值）。汽機主控的達到高限報警，只有在PID 計算超出高限（100）后才會出現H 報警，但是AO/L 只記錄到64。

（2）通過查找控制邏輯，分析汽機主控PID 的計算回路。它主要有2 個回路組成：機組負荷設定經三階濾波后送至前饋；負荷設定經三階濾波與實際負荷的偏差疊加一次調頻量送至PID進行比例和積分計算。PID 計算達到100 的可能主要有實際負荷有波動，因給定負荷經三階濾波后波動的可能性極小。但負荷偏差也有AO/L 的監控，沒有發現突變的情況，因此邏輯上無法分析PID 計算達到100 的可能性。

（3）汽機主控輸出達到100 后送至DEH 的指令，在DEH 側也有AO/L 例外報告監控，也沒有記錄到突變的數據，因“沒有CCS 自動請求”是在記錄汽機主控指令的上個周期值與DEH 指令的偏差，因此PID 計算卻有100 的話會送至DEH 側，DEH 接受到的指令會有記錄（因協調控制用的控制器計算周期為750 ms，而DEH 邏輯用的控制器計算周期為150 ms，此時已計算有5 個周期），但現有的數據記錄均無法證明PID 的計算值達到100。

（4）目標負荷壞質量，導致DEH 側的CCS 投入自動切除，最終導致CCS 方式下的汽機主控自動切至手動，沒有CCS 自動請求，從而導致自動退出CCS 方式。

目前1 號機汽機主控送至DEH 側的有兩路CCS DEMAND信號，且兩路CCS DEMAND 指令信號為好質量點，輸出的CCS DEMAND 為兩路的平均值。當出現以下情況時，控制邏輯將出現目標負荷壞質量：①當任意一路CCS DEMAND 信號突變或異常時，且兩路CCS DEMAND 指令信號為好質量點，當CCS DEMAND 指令1 與CCS DEMAND 指令2 的偏差超過0.75 時，延時2 s，出現汽機主控指令壞質量；②當兩路CCS DEMAND指令信號均為壞質量點，出現汽機主控指令壞質量，輸出的CCS DEMAND 平均值將會出現跟蹤當前值。

當CCS DEMAND 指令突變的時候，某一個指令可能在DCS控制器1 個掃描周期250 ms 真實出現突變或異常，而由于操作員站曲線分辨率的關系，導致無法在曲線中看出CCS DEMAND指令突變。但是根據現場經驗以及通過查看曲線及報警信息記錄，當時CCS DEMAND 指令的確有變化。根據目標負荷壞質量的分析，可以基本上確定當時應該出現任意一路CCS DEMAND信號出現突變，這個是最可能發生的原因。

2.2 CCS 切除的原因是沒有自動請求信號來

以事件2 為例，通過查找各個曲線以及控制邏輯，發現CCS切除的原因為沒有CCS 自動請求信號來，而該信號是汽機主指令與手動參考值的偏差若大于10 時，CCS 自動請求信號消失；然后發現手動參考值在11:22:37 由86 突然降為0，11:22:38 后手動參考值又恢復為86。對于該手動參考值，前面經過切換塊來的信號汽機指令DEMAND 并未出現1 s 的波動，且目標指令以及目標設定均是在手動參考變為0 才變為0，并于11:22:39 恢復為86。經過曲線及邏輯分析發現，右側主汽門指令于11:22:37 由98.15 突然變為-1.5，于11:22:39 恢復為98.15。經過對主汽門指令的檢查，讓右側主汽門的指令突降為-1.5，則只有3 種條件之一：①安全油壓低跳閘信號來（三取二）；②汽機跳閘（邏輯判斷來）；③主汽門嚴密性試驗。但是根據邏輯以及曲線查詢，這3 路信號沒有來。

針對閥門手動參考值突降為0 且主汽門指令突降為-1.5，這兩個信號共同存在的條件就是安全油壓低信號來（三取二）或者汽機跳閘（邏輯判斷來，排除此種可能）。針對這兩路信號，根據曲線均未發現該信號出現，但是閥門手動參考值突降為0 且主汽門指令突降為-1.5 卻的確出現，以下為原因分析：

（1）對于廣東粵電靖海發電有限公司的1#、2#機組DCS 系統運行至今，曾經出現過信號翻轉，信號通信的原因引起模擬量數值突變或者不變的情況，此次閥門手動參考值突降為0，而前面的閥門指令DEMAND 在歷史曲線中未曾變化（由于該DEMAND 上環點在另一個控制器記錄，可能曲線無法記錄下來變化情況，目前DEH 邏輯中有的點引了幾路上環點，可能引起信號記錄不全或信號突變）。

（2）由于ABB 系統對于信號歷史記錄功能不完善，記錄不了短暫時間（毫秒級）的歷史曲線。由于手動參考值突降為0 且主汽門指令突降為-1.5，這兩個信號共同存在的條件就是安全油壓低信號來（三取二），即邏輯中可能曾經出現過100～250 ms的油壓波動，雖然經過檢查3 個安全油壓的上環點以及三取二后的安全油壓建立信號上環點均正常，邏輯中可能存在變化但是歷史曲線無法記錄，所以無法針對此現象進行記錄和分析。

（3）判斷是否卡件出現故障原因引起。認真查看了DEH 柜的卡件狀態，BRC 并未切換，且通信模件正常、伺服閥正常，卡件狀態歷史記錄也正常，柜外溫濕度正常，柜內未出現異常現象。

3 防范措施

（1）針對汽機主控送至DEH 側的指令的兩路CCS DEMAND信號，增加上網點，這樣可在PGP 監控畫面進行實時監視。

（2）增加一路汽機主控至DEH 側的指令的CCS DEMAND信號3，確保有3 路信號，通過三取中控制邏輯判斷，且機組檢修期間更換原兩路CCS DEMAND 指令所在所有的兩塊AI、兩塊AO 卡件，提高信號的可靠性。

（3）針對DEH 邏輯中一些重要的參數（例如并網信號/安全油壓建立信號等等），需要增加其上環點，方便以后事件原因分析，并對一些重要的參數，還需要加脈沖信號記錄確保該信號一旦出現便可記錄下來，并在小修中增加此類上環點以及標簽。

（4）在機組檢修期間對該這兩路通道進行測試，看是否滿足抗干擾的要求，同時重新拉抗干擾能力較強的雙屏蔽控制電纜，增強重要控制信號的抗干擾能力。

（5）1#機組已經運行了十幾年，DCS 系統卡件屬于電子產品，已超過電子產品使用最長年限（8 年），DCS 系統設備已經老化。近年來DEH 系統及DCS 系統卡件出現異常的情況逐漸增多，因此建議熱控對1#、2#機組DCS 系統設備進行升級或更換，尤其是DEH、MCS、FSSS 等重要系統，以確保機組的安全穩定運行。

4 總結

協調控制系統作為機組的核心大腦部分，對于機組的安全運行非常重要。本文通過對1 號機組協調控制系統自動退出的原因進行分析，并提出相關的防范措施，并利用機組檢修機會對進行了實施，通過加裝CCS DEMAND 信號指令上環點進行監視，同時對控制電纜進行通道測試，滿足通道精度要求，尤其是在2015 年增加了一路CCS DEMAND 信號3 之后，截至目前1#、2#號機組再未出現類似異常現象，大大增強了信號指令的可靠性及準確性，確保機組的安全穩定運行。