一起因現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備故障而引起機(jī)組跳閘的綜合分析

劉聰

摘要：介紹了某電廠2臺(tái)超超臨界機(jī)組的概況，以及西門子SPPAT3000系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，分析了由于某臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備故障而致使機(jī)組跳閘的具體原因，總結(jié)了由此暴露出的一系列問題，并對(duì)暴露出的問題提出了詳細(xì)的整改措施，以此避免此類事故的重復(fù)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：西門子SPPAT3000系統(tǒng)；CPU；現(xiàn)場(chǎng)總線；Profibus

1 機(jī)組及控制系統(tǒng)概況

某發(fā)電廠1、2號(hào)機(jī)組為660MW超超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，是“上大壓小”工程項(xiàng)目。1號(hào)機(jī)組于2015年12月進(jìn)入168運(yùn)行并成功投產(chǎn)，2號(hào)機(jī)組于2016年6月進(jìn)入168運(yùn)行并成功投產(chǎn)。機(jī)組控制系統(tǒng)采用西門子公司的SPPAT3000控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)采用的是西門子公司的Profibus總線技術(shù)。

2 故障現(xiàn)象

2016年8月14日03：26時(shí)，熱工值班人員接到值長(zhǎng)通知，1號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)凝結(jié)水系統(tǒng)、高加抽汽疏水系統(tǒng)、低加抽汽等系統(tǒng)畫面均出現(xiàn)壞點(diǎn)。熱工值班人員立即到集控室檢查情況，發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)AP123控制器CPU0和CPU1全部停運(yùn)故障報(bào)警，導(dǎo)致除氧器系統(tǒng)、高加、低加等系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)壞點(diǎn)、閥門無法操作。3：35時(shí)，機(jī)組因給水流量低，鍋爐MFT，機(jī)組跳閘。

3 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況并結(jié)合AP123 CPU診斷文件判斷：除氧器排汽電動(dòng)門（伯納德品牌執(zhí)行器，雙DP接口）接線盒進(jìn)水后Profibus接口板損壞，致使設(shè)備進(jìn)入未知的非正常工作狀態(tài)，具體表現(xiàn)為設(shè)備不停地發(fā)送無效報(bào)文并與主站（CP4435）不停地連接、斷開，致使與之相連的AP123雙側(cè)CP4435（6，10號(hào)主站）一直處于高負(fù)荷工作狀態(tài)；幾天之后的2016年8月13日7點(diǎn)32分，隨著故障不斷累積，最終導(dǎo)致主側(cè)CPU認(rèn)為無法獲得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)而停運(yùn)并切換到從側(cè)CPU以恢復(fù)通訊，但此設(shè)備為雙DP接口設(shè)備，同時(shí)接入雙側(cè)CPU的CP4435，從側(cè)CPU面臨相同的問題，造成切換失敗，雙側(cè)CPU停運(yùn)，而AP123控制下的“除氧器水位主電動(dòng)調(diào)閥”（ROTORK IQ10），在CPU停運(yùn)Profibus通訊中斷后，未能實(shí)現(xiàn)通訊中斷保位功能，直接將閥門關(guān)閉，導(dǎo)致1號(hào)機(jī)組因給水流量低跳機(jī)。

4 暴露問題

1）事故暴露出西門子DCS系統(tǒng)的安全檢測(cè)機(jī)制不完善，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備出現(xiàn)問題會(huì)引發(fā)CPU負(fù)荷率異常升高而主動(dòng)停運(yùn)CPU，未能及時(shí)偵測(cè)引起CPU負(fù)荷率升高的故障源，并作出可靠的隔離措施。

2）事故暴露出伯納德執(zhí)行器的總線通訊信息產(chǎn)生機(jī)制安全性不夠，在異常情況下產(chǎn)生的錯(cuò)誤信息會(huì)引起執(zhí)行器與DCS主站之間不斷重復(fù)執(zhí)行“連接中斷—重新連接—再中斷┄”的循環(huán)，使相應(yīng)主站累積大量無效信息，使CPU一直處于高負(fù)荷工作狀態(tài)，當(dāng)故障累積到一定程度時(shí)易造成CPU主動(dòng)停運(yùn)而引發(fā)事故。

3）目前單元機(jī)組的各Profibus總線網(wǎng)段還存在不少故障，總線調(diào)試單位在現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備全部投入運(yùn)行后未提交Profibus網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報(bào)告，設(shè)備維護(hù)部門也未制定完善的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)日常維護(hù)規(guī)則。

5 整改措施

1）催促伯納德公司完善其總線執(zhí)行器的通訊機(jī)制，使其通信機(jī)制符合Profibus DP總線規(guī)則。

2）加強(qiáng)總線設(shè)備巡檢，重點(diǎn)關(guān)注通訊異常的從站設(shè)備，DCS報(bào)警系列中頻繁報(bào)警的設(shè)備應(yīng)當(dāng)盡快檢查。

3）為防止DCS系統(tǒng)CPU停運(yùn)造成重要閥門誤關(guān)/開，請(qǐng)確保相應(yīng)的總線執(zhí)行器具有通訊中斷保位功能并經(jīng)過測(cè)試。

4）使用Profitrace Ⅱ軟件對(duì)全廠的總線網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行檢查，生產(chǎn)總線狀況報(bào)告，并根據(jù)報(bào)告提出相應(yīng)改進(jìn)措施，以改善總線網(wǎng)絡(luò)通訊狀況，確保機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到火力發(fā)電廠當(dāng)中，單一總線設(shè)備的故障會(huì)引起整個(gè)網(wǎng)段的通訊異常，進(jìn)而會(huì)引起DCS控制系統(tǒng)的異常，嚴(yán)重的則會(huì)導(dǎo)致跳機(jī)，對(duì)電廠的安全可靠運(yùn)行影響重大。因此，探索及完善對(duì)總線設(shè)備及網(wǎng)段的維護(hù)，是熱工人為保證機(jī)組安全運(yùn)行的一個(gè)重大課題。加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的日常維護(hù)，制定完善的檢修維護(hù)細(xì)則，是提高熱工設(shè)備安全可靠性的必要手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫秋生.一起控制系統(tǒng)故障造成跳閘事故的分析[J].電力安全技術(shù)，2012，14（11）：3234.