機(jī)組CCS 系統(tǒng)自動(dòng)退出原因分析及防范措施

孫曉鋒

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東揭陽(yáng) 515223）

0 引言

作為機(jī)組的核心大腦部分，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)于機(jī)組的安全運(yùn)行非常重要。某電廠1#機(jī)為600 MW 超臨界機(jī)組，機(jī)組DCS控制系統(tǒng)采用的是北京ABB 貝利控制有限公司的Symphony 系統(tǒng)，本文將針對(duì)該廠1#機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)自動(dòng)退出的情況，通過(guò)查找相關(guān)CCS（Coordinated Control System，協(xié)調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)）控制曲線，對(duì)事件的原因進(jìn)行分析，并提出一系列防范措施，以確保機(jī)組控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 事件經(jīng)過(guò)

（1）2014 年1 月13 日6:10，1#機(jī)組CCS（協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）自動(dòng)退出，機(jī)組自動(dòng)切至鍋爐主控自動(dòng)模式，汽機(jī)控制切至DEH就地自動(dòng)方式。檢查汽機(jī)主控自動(dòng)切除原因?yàn)椋瑳](méi)有CCS 方式請(qǐng)求（圖1）。

圖1 1#機(jī)組CCS 自動(dòng)退出曲線

（2）3 月12 日11:22:39，1#機(jī)組CCS 切除、AGC 退出，當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷602.9 MW、主汽壓24.13 MPa。汽機(jī)控制手動(dòng)參考在11:22:37 由86 突然降為0，11:22:38 后手動(dòng)參考值又恢復(fù)為86，右側(cè)主汽門(mén)/高壓調(diào)節(jié)門(mén)/左右側(cè)中壓聯(lián)合調(diào)門(mén)均往下關(guān)后又恢復(fù)正常。

2 原因分析

機(jī)組控制方式主要有3 種，分別是鍋爐自動(dòng)、汽機(jī)自動(dòng)和協(xié)調(diào)控制。其中，鍋爐自動(dòng)方式是指機(jī)組主汽壓力由鍋爐主控自動(dòng)控制，汽機(jī)主控手動(dòng)控制機(jī)組負(fù)荷；汽機(jī)自動(dòng)方式是指機(jī)組主控壓力由汽機(jī)主控自動(dòng)控制，鍋爐主控手動(dòng)控制機(jī)組負(fù)荷；當(dāng)兩者都投入自動(dòng)方式時(shí)，即CCS 方式控制。

只有在DEH（汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)）側(cè)投入自動(dòng)的方式下，才允許運(yùn)行人員投入汽機(jī)主控自動(dòng)。汽機(jī)主控切手動(dòng)的條件有：①主汽壓力壞質(zhì)量；②負(fù)荷參考?jí)馁|(zhì)量；③DEH 側(cè)退出CCS 方式。DEH 側(cè)自動(dòng)退出CCS 方式的條件有：①RB 動(dòng)作；②目標(biāo)負(fù)荷壞質(zhì)量；③汽機(jī)主控指令壞質(zhì)量；④發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘；⑤DEH 手動(dòng)模式；⑥高、低負(fù)荷限制；⑦主汽壓力低保護(hù)；⑧沒(méi)有CCS 請(qǐng)求。

2.1 自動(dòng)退出的原因是“沒(méi)有CCS 自動(dòng)請(qǐng)求”信號(hào)

以事件1 為例，此次CCS 自動(dòng)退出的原因是沒(méi)有CCS 自動(dòng)請(qǐng)求。在沒(méi)有CCS 自動(dòng)請(qǐng)求信號(hào)的情況下，DEH 側(cè)的CCS 投入自動(dòng)切除，最終導(dǎo)致CCS 方式下的汽機(jī)主控自動(dòng)切至手動(dòng)，而CCS 方式自動(dòng)退出。

“沒(méi)有CCS 自動(dòng)請(qǐng)求”信號(hào)主要是指，DEH 側(cè)的自動(dòng)控制指令與汽機(jī)主控的指令偏差大于10。汽機(jī)主控指令是指機(jī)組給定負(fù)荷與機(jī)組實(shí)際負(fù)荷的偏差的PID 計(jì)算值或運(yùn)行人員手動(dòng)方式下的給定值，DEH 側(cè)指令是指DEH 側(cè)投入CCS 方式接受到的汽機(jī)主控指令或本地手/自動(dòng)方式下指令，該信號(hào)通過(guò)硬接線送至汽機(jī)主控用的控制器里?！皼](méi)有CCS 自動(dòng)請(qǐng)求”信號(hào)主要是防止汽機(jī)主控投自動(dòng)時(shí)，指令突變而引起DEH 側(cè)的調(diào)門(mén)大幅波動(dòng)而不利于機(jī)組的正常運(yùn)行。查看曲線及報(bào)警信息記錄，發(fā)現(xiàn)存在以下可能原因：

（1）在CCS 方式控制下，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定在325 MW（實(shí)際負(fù)荷為325 MW），汽機(jī)主控指令為66，DEH側(cè)跟蹤汽機(jī)主控指令，二者值一致。此次出現(xiàn)“沒(méi)有CCS 自動(dòng)請(qǐng)求”的信號(hào)，由于DEH 側(cè)指令送至汽機(jī)主控的控制器的信號(hào)無(wú)法直接監(jiān)視，因此從邏輯分析可能是由于DEH 側(cè)的指令送至汽機(jī)主控用的控制器的通道存在干擾或控制器運(yùn)算錯(cuò)誤導(dǎo)致。但是汽機(jī)主控輸出指令在切除自動(dòng)前，數(shù)值有突變，主要表現(xiàn)在該指令在正常運(yùn)行時(shí)為66，而在6:10:29 時(shí)，數(shù)值突變到64，送至AO/L 的數(shù)值為64.00H（H 表示數(shù)值達(dá)到報(bào)警值）。汽機(jī)主控的達(dá)到高限報(bào)警，只有在PID 計(jì)算超出高限（100）后才會(huì)出現(xiàn)H 報(bào)警，但是AO/L 只記錄到64。

（2）通過(guò)查找控制邏輯，分析汽機(jī)主控PID 的計(jì)算回路。它主要有2 個(gè)回路組成：機(jī)組負(fù)荷設(shè)定經(jīng)三階濾波后送至前饋；負(fù)荷設(shè)定經(jīng)三階濾波與實(shí)際負(fù)荷的偏差疊加一次調(diào)頻量送至PID進(jìn)行比例和積分計(jì)算。PID 計(jì)算達(dá)到100 的可能主要有實(shí)際負(fù)荷有波動(dòng)，因給定負(fù)荷經(jīng)三階濾波后波動(dòng)的可能性極小。但負(fù)荷偏差也有AO/L 的監(jiān)控，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)突變的情況，因此邏輯上無(wú)法分析PID 計(jì)算達(dá)到100 的可能性。

（3）汽機(jī)主控輸出達(dá)到100 后送至DEH 的指令，在DEH 側(cè)也有AO/L 例外報(bào)告監(jiān)控，也沒(méi)有記錄到突變的數(shù)據(jù)，因“沒(méi)有CCS 自動(dòng)請(qǐng)求”是在記錄汽機(jī)主控指令的上個(gè)周期值與DEH 指令的偏差，因此PID 計(jì)算卻有100 的話會(huì)送至DEH 側(cè)，DEH 接受到的指令會(huì)有記錄（因協(xié)調(diào)控制用的控制器計(jì)算周期為750 ms，而DEH 邏輯用的控制器計(jì)算周期為150 ms，此時(shí)已計(jì)算有5 個(gè)周期），但現(xiàn)有的數(shù)據(jù)記錄均無(wú)法證明PID 的計(jì)算值達(dá)到100。

（4）目標(biāo)負(fù)荷壞質(zhì)量，導(dǎo)致DEH 側(cè)的CCS 投入自動(dòng)切除，最終導(dǎo)致CCS 方式下的汽機(jī)主控自動(dòng)切至手動(dòng)，沒(méi)有CCS 自動(dòng)請(qǐng)求，從而導(dǎo)致自動(dòng)退出CCS 方式。

目前1 號(hào)機(jī)汽機(jī)主控送至DEH 側(cè)的有兩路CCS DEMAND信號(hào)，且兩路CCS DEMAND 指令信號(hào)為好質(zhì)量點(diǎn)，輸出的CCS DEMAND 為兩路的平均值。當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)，控制邏輯將出現(xiàn)目標(biāo)負(fù)荷壞質(zhì)量：①當(dāng)任意一路CCS DEMAND 信號(hào)突變或異常時(shí)，且兩路CCS DEMAND 指令信號(hào)為好質(zhì)量點(diǎn)，當(dāng)CCS DEMAND 指令1 與CCS DEMAND 指令2 的偏差超過(guò)0.75 時(shí)，延時(shí)2 s，出現(xiàn)汽機(jī)主控指令壞質(zhì)量；②當(dāng)兩路CCS DEMAND指令信號(hào)均為壞質(zhì)量點(diǎn)，出現(xiàn)汽機(jī)主控指令壞質(zhì)量，輸出的CCS DEMAND 平均值將會(huì)出現(xiàn)跟蹤當(dāng)前值。

當(dāng)CCS DEMAND 指令突變的時(shí)候，某一個(gè)指令可能在DCS控制器1 個(gè)掃描周期250 ms 真實(shí)出現(xiàn)突變或異常，而由于操作員站曲線分辨率的關(guān)系，導(dǎo)致無(wú)法在曲線中看出CCS DEMAND指令突變。但是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)以及通過(guò)查看曲線及報(bào)警信息記錄，當(dāng)時(shí)CCS DEMAND 指令的確有變化。根據(jù)目標(biāo)負(fù)荷壞質(zhì)量的分析，可以基本上確定當(dāng)時(shí)應(yīng)該出現(xiàn)任意一路CCS DEMAND信號(hào)出現(xiàn)突變，這個(gè)是最可能發(fā)生的原因。

2.2 CCS 切除的原因是沒(méi)有自動(dòng)請(qǐng)求信號(hào)來(lái)

以事件2 為例，通過(guò)查找各個(gè)曲線以及控制邏輯，發(fā)現(xiàn)CCS切除的原因?yàn)闆](méi)有CCS 自動(dòng)請(qǐng)求信號(hào)來(lái)，而該信號(hào)是汽機(jī)主指令與手動(dòng)參考值的偏差若大于10 時(shí)，CCS 自動(dòng)請(qǐng)求信號(hào)消失；然后發(fā)現(xiàn)手動(dòng)參考值在11:22:37 由86 突然降為0，11:22:38 后手動(dòng)參考值又恢復(fù)為86。對(duì)于該手動(dòng)參考值，前面經(jīng)過(guò)切換塊來(lái)的信號(hào)汽機(jī)指令DEMAND 并未出現(xiàn)1 s 的波動(dòng)，且目標(biāo)指令以及目標(biāo)設(shè)定均是在手動(dòng)參考變?yōu)? 才變?yōu)?，并于11:22:39 恢復(fù)為86。經(jīng)過(guò)曲線及邏輯分析發(fā)現(xiàn)，右側(cè)主汽門(mén)指令于11:22:37 由98.15 突然變?yōu)?1.5，于11:22:39 恢復(fù)為98.15。經(jīng)過(guò)對(duì)主汽門(mén)指令的檢查，讓右側(cè)主汽門(mén)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(hào)來(lái)（三取二）；②汽機(jī)跳閘（邏輯判斷來(lái)）；③主汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)。但是根據(jù)邏輯以及曲線查詢，這3 路信號(hào)沒(méi)有來(lái)。

針對(duì)閥門(mén)手動(dòng)參考值突降為0 且主汽門(mén)指令突降為-1.5，這兩個(gè)信號(hào)共同存在的條件就是安全油壓低信號(hào)來(lái)（三取二）或者汽機(jī)跳閘（邏輯判斷來(lái)，排除此種可能）。針對(duì)這兩路信號(hào)，根據(jù)曲線均未發(fā)現(xiàn)該信號(hào)出現(xiàn)，但是閥門(mén)手動(dòng)參考值突降為0 且主汽門(mén)指令突降為-1.5 卻的確出現(xiàn)，以下為原因分析：

（1）對(duì)于廣東粵電靖海發(fā)電有限公司的1#、2#機(jī)組DCS 系統(tǒng)運(yùn)行至今，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)信號(hào)翻轉(zhuǎn)，信號(hào)通信的原因引起模擬量數(shù)值突變或者不變的情況，此次閥門(mén)手動(dòng)參考值突降為0，而前面的閥門(mén)指令DEMAND 在歷史曲線中未曾變化（由于該DEMAND 上環(huán)點(diǎn)在另一個(gè)控制器記錄，可能曲線無(wú)法記錄下來(lái)變化情況，目前DEH 邏輯中有的點(diǎn)引了幾路上環(huán)點(diǎn)，可能引起信號(hào)記錄不全或信號(hào)突變）。

（2）由于ABB 系統(tǒng)對(duì)于信號(hào)歷史記錄功能不完善，記錄不了短暫時(shí)間（毫秒級(jí)）的歷史曲線。由于手動(dòng)參考值突降為0 且主汽門(mén)指令突降為-1.5，這兩個(gè)信號(hào)共同存在的條件就是安全油壓低信號(hào)來(lái)（三取二），即邏輯中可能曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)100～250 ms的油壓波動(dòng)，雖然經(jīng)過(guò)檢查3 個(gè)安全油壓的上環(huán)點(diǎn)以及三取二后的安全油壓建立信號(hào)上環(huán)點(diǎn)均正常，邏輯中可能存在變化但是歷史曲線無(wú)法記錄，所以無(wú)法針對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行記錄和分析。

（3）判斷是否卡件出現(xiàn)故障原因引起。認(rèn)真查看了DEH 柜的卡件狀態(tài)，BRC 并未切換，且通信模件正常、伺服閥正常，卡件狀態(tài)歷史記錄也正常，柜外溫濕度正常，柜內(nèi)未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

3 防范措施

（1）針對(duì)汽機(jī)主控送至DEH 側(cè)的指令的兩路CCS DEMAND信號(hào)，增加上網(wǎng)點(diǎn)，這樣可在PGP 監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。

（2）增加一路汽機(jī)主控至DEH 側(cè)的指令的CCS DEMAND信號(hào)3，確保有3 路信號(hào)，通過(guò)三取中控制邏輯判斷，且機(jī)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(hào)的可靠性。

（3）針對(duì)DEH 邏輯中一些重要的參數(shù)（例如并網(wǎng)信號(hào)/安全油壓建立信號(hào)等等），需要增加其上環(huán)點(diǎn)，方便以后事件原因分析，并對(duì)一些重要的參數(shù)，還需要加脈沖信號(hào)記錄確保該信號(hào)一旦出現(xiàn)便可記錄下來(lái)，并在小修中增加此類上環(huán)點(diǎn)以及標(biāo)簽。

（4）在機(jī)組檢修期間對(duì)該這兩路通道進(jìn)行測(cè)試，看是否滿足抗干擾的要求，同時(shí)重新拉抗干擾能力較強(qiáng)的雙屏蔽控制電纜，增強(qiáng)重要控制信號(hào)的抗干擾能力。

（5）1#機(jī)組已經(jīng)運(yùn)行了十幾年，DCS 系統(tǒng)卡件屬于電子產(chǎn)品，已超過(guò)電子產(chǎn)品使用最長(zhǎng)年限（8 年），DCS 系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)老化。近年來(lái)DEH 系統(tǒng)及DCS 系統(tǒng)卡件出現(xiàn)異常的情況逐漸增多，因此建議熱控對(duì)1#、2#機(jī)組DCS 系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)或更換，尤其是DEH、MCS、FSSS 等重要系統(tǒng)，以確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 總結(jié)

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)作為機(jī)組的核心大腦部分，對(duì)于機(jī)組的安全運(yùn)行非常重要。本文通過(guò)對(duì)1 號(hào)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)自動(dòng)退出的原因進(jìn)行分析，并提出相關(guān)的防范措施，并利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)進(jìn)行了實(shí)施，通過(guò)加裝CCS DEMAND 信號(hào)指令上環(huán)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)對(duì)控制電纜進(jìn)行通道測(cè)試，滿足通道精度要求，尤其是在2015 年增加了一路CCS DEMAND 信號(hào)3 之后，截至目前1#、2#號(hào)機(jī)組再未出現(xiàn)類似異?，F(xiàn)象，大大增強(qiáng)了信號(hào)指令的可靠性及準(zhǔn)確性，確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。