摘要：针对某630MW超临界直流锅炉冗余CPU控制的PLC吹灰程控系统的典型故障的故障分析与改进措施。通过对原系统控制回路的改造，吹灰系统PLC程序的优化，使吹灰系统的程控系统运行更稳定，更经济；通过对吹灰控制系统回路的改进，防止PLC输出卡件故障，导致吹灰器误动作，可能使高温区吹灰器烧坏的严重事故。为国内外火力发电厂锅炉蒸汽吹灰控制系统设计及优化提供了参考和借鉴。
关键词：630MW 超临界锅炉 吹灰程控系统 故障 改进
0 引言
虽然科学技术的进步有力地推进了包括风能、太阳能、核能等在内的新能源的开发利用步伐，但是，我国在现阶段乃至今后相当长的一段时间内，燃煤火力发电在电力生产供应中依然具有举足轻重的地位，2018年2月份火力发电约占全国发电量的77%左右。锅炉蒸汽吹灰程控系统是目前国内大容量燃煤工业锅炉及发电厂锅炉积灰清扫的主导产品，实现对锅炉水冷壁、大屏、烟道竖井的积灰进行吹扫，防止锅炉加热管道爆管，提高锅炉效率重要的控制装置。锅炉蒸汽吹灰程控系统的稳定性与经济性就很重要，而且容易被忽视。吹灰器异常进枪又是吹灰程控系统中极大的安全隐患而且容易出现。
1 系统简介
国华太电2×630MW机组锅炉吹灰程控装置由湖北戴蒙德公司配套提供，PLC硬件为施耐德公司所生产的Quantum系列，在原系统设计上采用冗余CPU结构，CPU型号为140CPU67160，电源模件型号为140CPS11420，通过输入输出模块与现场设备进行通讯与控制。国华太仓电厂吹灰控制系统由一台控制柜和七台动力柜组成，并且有一台上位机。控制柜通过MODBUS协议与DCS通讯，实现了既可以在DCS吹灰总貌上操作，又可以在上位机总操作台上操作的双人机界面。PLC上位机编程软件用的是施耐德匹配的UNITY Pro。PLC逻辑用的是梯形图与指令表语言结合的形式实现的。
两台机组的吹灰控制程序是两套独立的系统，两套系统控制回路基本一致。均是以220V交流继电器控制380V交流接触器实现就地吹灰器的进退。控制回路原理如图（图一）所示。每台机组有96支短吹灰器，76支长吹灰器，每台吹灰器指令是单独对应一个接触器，一个PLC通道；但是172支吹灰器的反馈是由就地反馈开关返回的信号并在一起用8个继电器实现的。左墙一个前进继电器，一个后退继电器，实现左墙所有吹灰器的前进和后退反馈；右墙一个前进继电器，一个后退继电器，实现右墙所有吹灰器的前进和后退反馈；前墙与后墙也各用了两个继电器实现现场信号的反馈，形式和左右墙一样。
图一吹灰原控制回路
START:现场启动按键 E:吹灰器后退信号
LSF:吹灰器前限开关 KF:吹灰器前进接触器
LSR:吹灰器后限开关 KR:吹灰器后退接触器
A1,N:二次回路电源220VAC GK:吹灰器本体上的控制开关
A3:现场手动控制总线 RJ:热继电器
D:控制器发出的启动脉冲 H:吹灰器过载信号
G：吹灰器前进信号 RVS:现场返回信号
XD:吹灰器运行信号 A2:紧急返回控制线
2 吹灰器程控典型故障及检查情况
2.1典型故障一
太电一般采取前后墙对吹和左右墙对吹的方式进行炉膛吹灰。炉膛吹灰程控分为自动吹灰方式和手动吹灰方式，运行人员采用手动方式对吹时，吹灰器的进退均正常；当用自动方式进行炉膛积灰对吹时，有时就会出现前后左右四面墙的吹灰器同时进退的异常现象。因为PLC没有历史记录功能，导致我们没有办法知道PLC是否发指令；而且吹灰器异常进退情况不是一直存在，只是偶尔出现。吹灰程控柜因为柜内接线没有屏蔽层存在感应电，因此我们怀疑一种可能是自动吹灰方式下吹灰器进退交替的时间过快而引起的感应电造成的起指令误发，另一种可能是PLC内自动吹灰方式下确实误发指令了。
2.2典型故障二
炉膛吹灰器在运行中，其中一支吹灰器会误动作。实际运行中的一次异常情况：运行人员对长吹18号吹灰器进行操作时，15号长吹器会随着18号吹灰器一起启动，15号吹灰器会连续也随着其他的吹灰器启动一起进入炉膛中进行吹灰。1号长吹灰器，12号短吹灰器等多支吹灰器也出现了类似故障。这是任何一支炉膛吹灰器都可能出现的异常情况。经过与运行人员交流和查看操作员行为记录，确定了吹灰器异常动作有两种情况。情况一是仅在自动吹灰方式下出现的吹灰器异常动作，在自动方式下，一支吹灰器随着另一支吹灰器的启动而启动；在手动方式下，吹灰器进退正常。吹灰器异常动作情况二，不管吹灰器在自动方式吹灰还是在手动方式吹灰，吹灰器都会异常进退，也就是一支吹灰器随着另一支吹灰器的启动而启动，甚至吹灰程序停止了，故障吹灰器仍然会异常启动，伸进炉膛中。
3 原因分析
3.1典型故障一的原因分析
针对典型故障一首先对控制信号电缆的屏蔽层进行了检查，并进行了整改，确保信号电缆的屏蔽层接地。但是整改过后典型故障一仍然没有消除。接着对吹灰自动控制程序进行了检查，并进行了现场跟踪吹灰，发现在自动控制吹灰的时候，在上一次吹灰结束后，吹灰器启动指令寄存器里的吹灰序列号没有改变，自动吹灰程序仍然在继续往下进行。因此最后得出结论此问题是因为程序逻辑不合理导致。
3.2典型故障二的原因分析
针对典型问题二中在自动方式下的故障，我们首先检查了PLC卡件，发现PLC输入卡件、输出卡件、通讯卡件，CPU状态均正常，因此与硬件设备没有关系，还是PLC程序语句不合理的导致。我们检查PLC程序，发现PLC自动控制程序运行完成后，自动吹灰子程序中吹灰器启动的标志位没有清零引起此故障。
针对典型问题二中在手动方式下发生的故障，首先排除程序的原因，因为手动情况下程序中不存在脉冲连续发的语句，随之检查PLC 卡件，因为是单支吹灰器重复进出，首先检查这支吹灰器所对应的数字量输出卡件，发现问题吹灰器所对应的输出通道即数字量输出卡件半导体开关一直导通，没有PLC程序指令开关亦导通，并且不能断开，因此故障原因为此数字量输出卡件损坏，更换有问题的数字量输出卡件后，有问题的吹灰器不再重复进退，吹灰程序亦恢复正常。因为PLC输出卡件寿命的不可预测性，导致设备维护人员不能准确的预测到输出卡件会什么时候出问题，这对吹灰器的安全运行是个极大的安全隐患。如果在没有蒸汽进入长吹灰器时，输出卡件通道出现问题而导通，就会出现长吹灰器在没有蒸汽的情况下进入炉膛中而导致吹灰器毁坏，这是极大的安全隐患，甚至有可能导致机组停机。
4 改造措施及改造后效果
针对典型问题一，在吹灰自动控制的程序启动完成后都加了一个复位指令。具体修改程序如图二所示（图三,a为原程序，b为改进后的程序）。修改过后吹灰自动控制运行中这一典型故障没有再次出现，典型故障一得到了解决。
图二a、修改前程序 图二b、增加复位指令后的程序
DO_MStatL:左前侧手动启动指令 DBitLabL:左侧吹灰器启动指令数组
DO_BpL:左前侧跳步置入指令 BufCodeL:左侧吹灰器启动缓存变量
P_StatSideL:吹灰自动程序启动指令 BufCodeR:左侧吹灰器启动缓存变量
针对典型问题二在自动方式下的故障，修改自动吹灰子程序，修改如下：在每个序列吹灰器吹灰结束后，吹灰器启动标志位清零（见图三,a为原程序，b为改进后的程序）；在自动吹灰子程序全部结束后，吹灰器启动标志位清零（见图四，a为原程序，b为改进后的程序）。程序修改后，吹灰器自动吹灰程序在运行中没有再出现此典型故障,问题得以解决。
图三a 图三b
图四a 图四b
BlowerStart_L：左墙吹灰器标志位 BlowerStart_F：前墙吹灰器标志位
BlowerStart_R：右墙吹灰器标志位 BlowerStart_B：后墙吹灰器标志位
AI_RunSeq：自动吹灰时正在吹灰的序列
针对针对典型问题二在手动方式下的故障，因为是PLC硬件问题，不容易在程序中做保护程序，而且程序保护还存在一定的不确定性和局限性，在结合现场实际情况下制定了一个更加可靠的预防方案。在电气控制回路中，接入吹灰器进枪保护回路，保护回路是增加一个继电器，把就地压力开关低信号接到继电器的线圈两端，吹灰器控制电源回路的火线接到继电器的常闭触点上，零线接到触点公共端。压力低信号来，继电器线圈带电，常闭触点断开，吹灰器控制电源失电，使在吹灰器蒸汽压力低的时候吹灰器不能进入炉膛，以此来保护吹灰设备的安全运行；压力低信号消失，继电器线圈失电常闭触点闭合，吹灰器控制电源正常带电，这样就既保证了吹灰器设备的安全亦不会影响吹灰器的正常运行。具体控制回路如图所示（图五，a为原程序，b为改进后的程序）。从而彻底解决这一典型故障带来的风险，避免长吹灰器在没有蒸汽的情况下进入炉膛中而导致吹灰器毁坏的重大安全隐患。
图五a 图五b
太仓电厂吹灰程序控制系统改造过后，系统进行了调试、试运，效果理想，显示状态及操作与设计相一致，满足了设备安全生产和运行要求。改造过后系统已运行了1年左右，再也没有发生在对吹方式下四支吹灰器同时进去和一支吹灰器异常一直进退的情况。
5结论
自太仓电厂2台机组吹灰程控系统改造过后再也没有因为控制系统的问题而导致吹灰器异常启动的情况，保证了吹灰控制系统的安全稳定运行。以上吹灰程控系统异常进枪典型故障的优化改进方法实现起来非常方便，为同类型电厂处理类似故障提供了有效参考和思路。
参考文献：
[1]曹鹏,李成.超临界直流锅炉吹灰程控系统典型故障与优化改进.江苏电机工程学会2012年江苏电机协会论文.2012
[2] 国华太仓电厂吹灰程控操作说明[Z].太仓:国华太仓发电有限公司,2015.
[3]张文立，于利宏，王晓霞，谢泽林.锅炉吹灰程控装置与DCS系统的连接.内蒙古石油化工2006年第5期.
作者简介：
张天羽：性别：男，籍贯：重庆，职称：助理工程师，现在国华太仓发有限公司从事热控工作。注：（国华太仓发电有限公司设备维护部热工，215433）
论文作者:张天羽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：故障论文; 太仓论文; 程序论文; 典型论文; 炉膛论文; 继电器论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第24期论文;