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DCS系统升级改造过程及故障分析处理

  • 来源: 大唐华中电力试验研究院
  • 编辑: 袁世通
  • 发布时间: 2018-03-26

1 引言

大唐保定热电厂#10、#11机组为2×200MW燃煤发电供热机组。锅炉由东方锅炉厂生产,为超高压、自然循环汽包炉、单炉膛、一次中间再热、单锅筒P型结构、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢结构构架、悬吊结构、半露天布置燃煤锅炉,最大连续蒸发量670t/h;汽轮机是由哈尔滨汽轮机有限责任企业生产的超高压蒸汽参数、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、双抽、凝汽供热式汽轮机组;DCS系统采用北京国电智深控制技术有限企业生产的EDPF-NT plus分散控制系统,DPU硬件型号为DPUⅡ,App版本为1.0,单台机组设置操作员站5台,工程师站1台,历史站1台,SIS接口站1台,DPU控制器14对,#10、#11机组公用DCS系统DPU控制器6对,测点总数约12000点,系统网络由冗余配置的实时数据网A网、B网组成传递实时数据,通讯速率10Mbps/100Mbps。整个DCS系统包含DAS、CCS、FSSS、BPS、ECS及与其他系统的接口(SIS系统、热网系统等)。

DCS控制系统投产于2006年,运行已近8年,该系统为智深企业第一套采用可视化编程组态的系统,设计上不够完善,在实际使用过程中也暴露了很多的问题。2009年9月21日17时22分,#10机组汽包水位自动控制信号突然给到最大值,导致给水泵勺管实行机构开满,引起汽包水位高停炉,经检查为控制逻辑中PID调节模块积分饱和引起;2010年1月5日15时51分01秒,#10机组MFT动作,机组停运,经检查为#1、#61DPU双机自动切换时出现抢权现象,导致信号误发,机组停运;#10、11机组中多次出现DPU脱网,画面部分测点无法显示等现象,自检App对设备脱网情况无法正常监测;因环境原因,#10、#11机组DCS系统硬件积灰、积粉现象较为严重,引发DPU故障,2010年至2011年,#10机组DPU5、DPU6相继出现故障并进行更换。另外#10、#11机组DCS系统DPU控制器为早期产品DPUⅡ型控制器,目前北京国电智深企业已进行硬件升级,DPUⅡ型控制器不再生产,ACT4型卡件已不生产,现存备件已使用完,无备件更换,系统升级迫在眉睫。

2014年,大唐保定热电厂#10、#11机组相继进行A级检修,利用检修机会对#10、#11机组及主机组公用DCS系统进行了升级。为保证整个DCS系统升级后的完整性和兼容性,升级前把单元机组和公用系统网络分开,分步对#10机组、公用系统、#11机组进行升级,待全部升级完成后,恢复原有网络结构状态,维持原有监视功能和操作习惯。

2 升级过程先容

#10机组、公用系统、#11机组DCS网络为三网并联结构,#10、#11机组可通过权限切换对公用系统进行操作,#10、#11机组不能互相操作,其网络示意图见图1。

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图1

(1)第一步升级在2014年5月,利用#10机组停机,解除#10机组与公用系统的交换机并联,首先对#10机组DCS进行全面升级。

因公用系统组态文件工程目录在#10机组工程师站,而公用系统正在运行,为了保障在进行#10机组升级过程中及升级完成后不影响公用系统及#11机组系统的运行及安全,升级前在公用系统新增工程师站/历史站和操作员站,将公用系统组态文件工程目录拷贝至新增公用系统工程师站,保证公用系统能正常组态以及历史记录和运行操作、维护。

把新增公用系统工程师/历史站以及操作员站的网线接到公用系统网络交换机上,同时IP地址设置为公用系统的网络地址,备份#10机组及公用系统工程师站、历史站以及各操作员站组态App及工程目录;解除#10机组与公用系统的交换机并联,使#10机组与公用系统完全处在不同网络下,相互之间没有连接或网络关系;#10机组独立处于一个网络,公用系统与#11机组处在一个网络,且不在同一个域,#11机组可以监视操作公用系统;网络示意图见图2。

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图2

对#10机组进行全面升级,包括DPUApp升级和操作系统App升级,且不对公用系统或#11机组产生任何影响。

(2)第二步升级在#10机DCS升级完成后进行,对公用DCS系统进行升级。因公用DCS系统正在运行,需要对公用系统DPU内DO输出点进行检查,如DO点状态为1,则利用短路线将DO继电器出口短接,然后拔掉所有DO卡件至继电器板的电缆插头,防止升级过程中造成DO指令误发。尤其是#10、#11循环水系统均处于公用DCS系统内,升级出现问题可能造成#11机组停运。升级时由运行人员就地监视,一旦出现问题进行就地抢合。

断开公用DCS系统网络和#11机组网络的接口,使公用DCS网络完全独立。利用新增的临时公用系统工程站对公用系统DPUApp进行升级,将#41、#101DPU控制器更换为DPUⅢ。App升级完成后,检查DO输出指令状态与升级前是否一致,确认无误后恢复DO卡件至继电器板的电缆插头连接,断开DO点状态为1 的短路线。此时仅新增的临时工程师站和操作员站可对公用系统进行监视操作。网络示意图见图3。

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图3

(3)前两步升级完成后,进行#10机组与公用系统DCS网络连接的工作,检查#10机组和公用系统DPU运行正常,各MMI站操作监视功能正确,具备网络并联条件。断开公用系统新增的临时工控机网络接口。连接#10机组与公用系统DCS网络接口,恢复#10机组与公用系统并联状态,独立出#11机组DCS网络。网络示意图见图4。

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图4

上述工作完成后,仅#10机组可对公用系统进行监视操作,#11机组循环水系统设备须在#10机组监视操作,待#11机组停运检修时,对#11机组进行升级。

(4)第三步升级在2014年8月#11机组A级检修期间进行,对#11机组DCS系统进行升级。升级完成后#11机组DCS网络接入#10、公用DCS网络,恢复三网并联结构。

3 升级改造后出现的异常现象及分析处理

(1)#10机组和公用DCS系统完成升级后发现#10机组#12DPU控制器D6卡件显示参数不变化,无法正常显示就地设备状态。D6卡件为通讯专用COM卡,就地设有直流系统传输装置,装置将批量参数打包按照相关协议以通讯方式送至COM卡,COM卡经过转换解码提取数据供DPU读取,做显示或报警处理,主要有直流系统电压、电流、对地电阻等相关参数。 

通过查询历史趋势,自#10机组DCS系统App版本从1.0升级至1.31版本后,COM卡显示数据就不再变化,模拟量输入信号趋势为一条直线,数字量输入也保持为升级前状态,但卡件电源和通讯指示灯、DCS自检均未见异常;检查COM卡配置文件,发现COM2端口参数设置为“9600 N 8 1 5 W 2”,端口中的参数“W”与I/O硬件说明不符(说明中只能为M或S,即主站或从站)通过与机组其他COM卡进行比较确认,#12DPU控制器所用COM卡为专门订制卡件,硬件经过特殊处理。

咨询DCS系统和直流系统厂家技术人员后得知,原直流系统传输协议为许继协议,非标准modbus通讯协议,DCS系统升级至1.31版本后,COM卡不再兼容除modbus以外的非标准协议,需将许继通讯协议经转换装置转换为标准modbus协议后进行通讯。增加协议转换装置,将#12DPU控制器COM卡通讯电缆接至协议转换装置,转换为标准modbus协议,输出信号送至COM卡。将原#12DPU控制器专门订制COM卡更换为通用COM卡,重新设置通讯参数,填写任务列表并做好文件备份,参数显示正常。

#11机组DCS系统App升级后也存在同样的问题,按照上述方法一并解决。

(2)DCS系统整体升级完成后进行网络连接过程中,将公用DCS系统交换机A网网线连接到总交换机A网端口时,发现#10机组部分测点与公用DCS系统测点均显示离线状态,203、204操作员站无法操作设备。将网线拔出后,重启203、204操作员站操作显示均恢复正常。再次插入公用DCS交换机网线,又出现同样故障。为避免故障扩大,暂时未恢复网络,保持三网独立的结构。

经过对#10、#11、公用DCS网络结构的分析,认为A网总交换机存在故障。#11机组A网并入总交换机A网时,因实时数据量较大且交换机端口故障,造成通信阻塞。更换A网总交换机,未出现异常。A网运行正常后,将#11机组B网并入总交换机B网,并网过程中无异常,进一步证明了A网总交换机端口故障。

A网总交换机为2008年更换,在此次升级过程中出现了故障,是由于设备使用周期较长老化造成。由于机组DCS设备已经服役多年,在条件允许的情况下,应逐步更换DPU和人机接口设备,保证DCS系统性能满足要求。

4 结束语

DCS控制系统是机组控制的核心部件,在对系统进行升级改造时,应严格按照《DLT659-2006 火力发电厂分散控制系统验收测试规程》要求,对系统进行各项试验,检查网络系统通信负荷率符合如下要求:所有控制站的中央处理单元恶劣工况下的负荷率均不得超过60%。操作员站、服务站的中央处理单元恶劣工况下的负荷率不得超过40%。数据通信总线的负荷率,以太网应不大于20%,其他网络应不大于40%。

加强DCS系统维护工程师培训,采用规范的方法进行日常检查和维护:对系统App按时进行备份,严格实行《DCS系统防病毒管理规定》;做好系统应用App管理,严格根据要求进行系统安装,不得随意安装未经DCS厂家授权的第三方App;做好DPU控制器、卡件的备件管理,发生故障时及时进行更换。

DCS控制技术发展日新月异,现在形势要求大家需要不断对控制系统进行升级或改造才能满足现场设备需求,但由于维护人员对新技术掌握需要一定时间,新技术应用也需要经过时间来验证,设备升级改造会对DCS控制系统带来或多或少的影响,只有不断学习,掌握新技术,才能将新技术的优势完全体现出来。


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