范井生
(河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司,河北 石家莊 050400)
隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大,電網(wǎng)及企業(yè)對機(jī)組的安全性和穩(wěn)定性提出了更高的要求,必然對機(jī)組自動化水平的要求也更高更細(xì),熱工自動化在發(fā)電廠的地位逐漸增強(qiáng)責(zé)任不斷升級。作為上世紀(jì)90年代投產(chǎn)的一個老廠,在熱工專業(yè)方面,一方面要求逐漸納入自動控制的現(xiàn)場設(shè)備越來越多,監(jiān)控測點數(shù)量逐漸增多且范圍不斷增大,自動保護(hù)、自動聯(lián)鎖、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不斷完善,提高了機(jī)組自動化控制的水平、提高了機(jī)組運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性,減輕了運行人員的勞動強(qiáng)度且減少了運行崗位人員的配置數(shù)量[1];另一方面,熱工人員不斷減少和人員逐漸老化的實際情況與設(shè)備增多矛盾突出,如何在這種情況下保障熱控系統(tǒng)運行的可靠性,保障機(jī)組運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性,使發(fā)電企業(yè)在激烈競爭的環(huán)境中具有競爭力,就需要不斷挖掘內(nèi)部潛力,通過技術(shù)創(chuàng)新,通過技術(shù)和科技手段提高人員和設(shè)備的管理能力,提高日常工作中的工作效率。
發(fā)電廠中的熱工設(shè)備主要包括控制系統(tǒng)、測量儀表、執(zhí)行設(shè)備三大塊,這些設(shè)備在性能、質(zhì)量、價格上存在著較大的差異,自然在可靠性與穩(wěn)定性上也存在不小的區(qū)別。所以,決定熱工設(shè)備可靠性高低的關(guān)鍵因素主要在設(shè)備選型、安裝與施工質(zhì)量、后期檢修與維護(hù)上。對于一個投產(chǎn)多年的發(fā)電老廠,在設(shè)備選型與施工安裝方面已經(jīng)固定,設(shè)備無法大范圍改變的情況下,只能從檢修與維護(hù)上不斷對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造與完善,逐漸提高設(shè)備的可靠性。某企業(yè)設(shè)計規(guī)模為6臺機(jī)組,一期工程兩臺300MW投產(chǎn)于1992年,二期工程兩臺300MW投產(chǎn)于1996年,三期兩臺600MW機(jī)組投產(chǎn)與2006年。在多年的檢修和維護(hù)工作中,該企業(yè)熱工車間不斷加強(qiáng)人員和設(shè)備管理,充分利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在工作中不斷創(chuàng)新和實踐,機(jī)組設(shè)備的可靠性不斷提升,自2015年以來,熱工設(shè)備連續(xù)3年未發(fā)生一類設(shè)備缺陷及機(jī)組非停事故[2]。回顧多年的設(shè)備管理和改造過程,除了按照國家的各項規(guī)程規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行外,利用新技術(shù)和新思路不斷結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新和實踐,同樣起到了重要作用。
熱工設(shè)備以控制設(shè)備、測量儀器儀表、電動和氣動執(zhí)行設(shè)備為主,這些設(shè)備普遍存在使用壽命周期短,更新?lián)Q代快等特點。尤其是電子元器件,運行10年以上就基本進(jìn)入故障期,運行環(huán)境差的設(shè)備使用壽命將更短。根據(jù)這些特點,要求在及時進(jìn)行設(shè)備更新和完善的基礎(chǔ)上,不斷縮短設(shè)備檢修維護(hù)周期,運行中提前做好事故預(yù)判和事故預(yù)想,在設(shè)備將要發(fā)生問題前發(fā)現(xiàn)事故苗頭,及早處理設(shè)備隱患[3]。在多年的工作中,電源系統(tǒng)完善、熱工保護(hù)投退、測控儀表的監(jiān)控、保溫伴熱系統(tǒng)的監(jiān)視、報警及提示信息的完善、SIS系統(tǒng)的應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用等專項改造完善工作發(fā)揮了重要作用,特別是在人員減少與人員持續(xù)老化的情況下,更需要通過技術(shù)手段減輕職工的工作強(qiáng)度,提高工作效率,讓科學(xué)技術(shù)成為熱工管理進(jìn)步的重要階梯。
電源是一切熱工設(shè)備工作的基礎(chǔ)動力,所有熱工設(shè)備的運轉(zhuǎn)都以電源為支撐,在電源正常的基礎(chǔ)上進(jìn)行信息的測量、數(shù)據(jù)的處理、指令的執(zhí)行。在熱工的各種缺陷和事故中,由于電源直接或間接原因引起的故
(3)重要電源必須加裝電源監(jiān)視模塊,一旦電源發(fā)生故障立即在DCS系統(tǒng)中報警,在備用電源工作后盡快處理故障電源,電源系統(tǒng)始終保持冗余備用狀態(tài)。
(5)工作站電源冗余配置措施:DCS系統(tǒng)各工作站主要采用工控機(jī),操作系統(tǒng)為WINDOWS系統(tǒng),供電方式為220V交流電源,在設(shè)備運行中一旦發(fā)生系統(tǒng)供電電源故障切換,由于交流電源系統(tǒng)的切換時間較長,足以導(dǎo)致各工作站重新啟動,關(guān)鍵時刻運行人員將失去監(jiān)控。自2005年以來,熱工車間完善了全部控制系統(tǒng)的工作站供電方式,電源的冗余方式采用APC交流電源切換器,輸出最大電流達(dá)30A以上,接收UPS和保安兩路電源,切換時間完全能滿足計算機(jī)穩(wěn)定運行,改造完后各機(jī)組工作站沒發(fā)生過電源系統(tǒng)故障,配置結(jié)構(gòu)見下圖1。障超過20%。熱工電源主要有交流與直流兩種類型,其中交流多直接用于執(zhí)行設(shè)備中,在測量及控制系統(tǒng)中多采用直流弱電信號,這些直流也是由交流信號變壓并直流轉(zhuǎn)換獲得[4]。在電源系統(tǒng)配置與完善過程中,始終遵循以下原則:
圖1 熱工DCS系統(tǒng)工作站交流電源冗余配置圖Fig 1 Redundancy configuration diagram of ac power supply for workstation of thermal power DCS system
(1)重要設(shè)備的電源系統(tǒng)必須冗余配置,優(yōu)先選用直流冗余,在直流冗余無法實現(xiàn)時,可以考慮交流冗余。
(2)電源設(shè)備的容量高于總負(fù)載的30%以上,感性負(fù)載容量應(yīng)比額定值更高,電源的斷路開關(guān)容量選配合適,不允許越級跳閘。
(6)熱工220V直流工作電源冗余措施:熱工直流電源主要取自電氣直流屏,熱工主要直流用電設(shè)備有MFT跳閘柜、ETS跳閘電磁閥、OPC電磁閥、電磁泄放閥、輸入中繼柜等設(shè)備,由于所帶設(shè)備非常重要,所以必須要求可靠穩(wěn)定[5]。電氣直流電源所帶設(shè)備除了熱工設(shè)備直流負(fù)載外,電氣側(cè)直流設(shè)備眾多,在運行過程中直流電源常發(fā)接地報警信號,電氣專業(yè)為了判斷故障點需要拉開關(guān)判斷,這種判斷方式直接威脅機(jī)組安全。為了提高熱工直流電源的安全性并隨時配合電氣直流電源故障處理,熱工直流電源自2006年開始,陸續(xù)對6臺機(jī)組的直流電源系統(tǒng)進(jìn)行了改造,改造后運行穩(wěn)定,沒發(fā)生過任何故障。改造方式采用朝陽直流電源模塊,根據(jù)各機(jī)組所帶220V直流設(shè)備負(fù)荷量身定做,輸入電源為3路電源,一路電氣來220V直流電源、一路UPS交流電源、一路保安電源,三路電源冗余無擾切換,每路電源均可以單獨長時間帶全部負(fù)載,各電源的運行狀態(tài)均送DCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視,具體結(jié)構(gòu)圖見圖2。
圖2 直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig 2 Structure diagram of DC power system
機(jī)組的保護(hù)投退操作已經(jīng)是機(jī)組正常運行過程中不可缺少的一部分工作,機(jī)組的定期試驗工作以及日常消缺過程中經(jīng)常需要進(jìn)行投退保護(hù)的操作,由于操作不規(guī)范或工作疏忽,在以往的投退操作工作中曾多次造成機(jī)組非?;蚵?lián)鎖保護(hù)誤動的發(fā)生[6]。保護(hù)投退過程中經(jīng)常進(jìn)行拆線或短線的工作,因為經(jīng)常重復(fù)操作造成接線端子排損壞的事情時有發(fā)生。為了減少事故,簡化操作流程,降低保護(hù)投退工作的風(fēng)險,對日常工作中經(jīng)常投退的保護(hù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析,通過控制邏輯和操作畫面在DCS系統(tǒng)中設(shè)計保護(hù)投退程序,在工程師站繪制保護(hù)投退畫面,根據(jù)系統(tǒng)的不同分別匯總?cè)氩煌耐锻水嬅嬷?,畫面編號與結(jié)構(gòu)6臺機(jī)組盡量保持一致性,并對保護(hù)投退畫面進(jìn)行權(quán)限設(shè)置,確保僅限工程師站的操作權(quán)限[7]。每個投退邏輯都編輯為標(biāo)準(zhǔn)的功能塊,畫面風(fēng)格相同,顯示清晰明了,當(dāng)保護(hù)動作條件存在時邏輯禁止投入保護(hù),畫面上投入按鈕變灰禁操,有效的杜絕了保護(hù)投退時保護(hù)誤動的發(fā)生,具體邏輯和畫面風(fēng)格見下圖3:
圖3 跳閘功能塊設(shè)計邏輯圖Fig 3 Design logic diagram of trip functional block
熱工信號測量的準(zhǔn)確和穩(wěn)定性是自動控制的關(guān)鍵,一般重要信號的測量都采用冗余測量方式,在測點取樣、信號傳遞、卡件配置上都要相互獨立,一個測點故障時不會影響其它測點的正常測量。除此之外,在信號邏輯處理以及事故預(yù)判上做以下處理能起到重要的作用:
模擬量測點監(jiān)控∶在熱工控制系統(tǒng)中模擬量測量是實現(xiàn)設(shè)備實事監(jiān)控和連續(xù)自動化控制的重要手段,隨著科技的不斷進(jìn)步,測量設(shè)備的質(zhì)量與精度不斷提升,但是畢竟測量設(shè)備由電子元器件組成,在使用壽命上有一定的局限性[8];測量范圍的增大及測量設(shè)備的增多,有一定概率的測量設(shè)備在運行中出問題是不可避免的。為了預(yù)防測量設(shè)備故障時控制系統(tǒng)誤動,重要模擬量信號采用三取中或運行人員判斷并自由選擇方式,在被選信號故障時能自動切換到正常測點參與控制。在控制邏輯中增加模擬量質(zhì)量壞點監(jiān)視,當(dāng)測點超量程或檢測到變壞點時,發(fā)出報警信號同時切除該點在回路中的作用;當(dāng)三個點彼此之間出現(xiàn)偏差時,發(fā)出報警信號,必要時切為手動運行。
開關(guān)量點信號監(jiān)控:開關(guān)量是熱工控制系統(tǒng)中實現(xiàn)過程控制的重要數(shù)據(jù),是設(shè)備或系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要標(biāo)志,是實現(xiàn)聯(lián)鎖和保護(hù)動作的重要依據(jù)。在熱工系統(tǒng)中,重要的保護(hù)功能回路中開關(guān)量測量信號都采用三個以上測量設(shè)備,一般采用“三取二”邏輯處理或采用 “兩或一與”處理,除此之外,為了實時監(jiān)控每個重要測點的運行狀態(tài),在邏輯回路中對每個重要測點進(jìn)行全程監(jiān)視。為了實時監(jiān)控測量設(shè)備運行狀態(tài)的正確性,可以采用彼此比較的方法進(jìn)行判斷,能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行的健康狀態(tài),及早干預(yù)處理[9]。兩路以上的同位置開關(guān)量測點,每兩個點之間在一定時間內(nèi)數(shù)值不同步時發(fā)出報警信號,提醒運行人員關(guān)注。
在當(dāng)前城市軌道交通運行模式之中,車輛信號系統(tǒng)作用十分明顯,由于不同城市的發(fā)展存在區(qū)別,軌道交通展示出不同特點。因此,在軌道車輛信號系統(tǒng)設(shè)計上,應(yīng)該根據(jù)具體情況來配置設(shè)計方案。一個完善的交通信號控制可以降低安全事故的發(fā)生率,還能為城市的軌道建設(shè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此,人們應(yīng)該對城市軌道車輛信號系統(tǒng)進(jìn)行完善,確保交通體系的暢通運行。
溫度點監(jiān)控:對于溫度測點,除了壞點監(jiān)視之外,增加了速率變化監(jiān)視,當(dāng)測點發(fā)生突變,及時發(fā)出報警、必要時切除相關(guān)回路。測點的速率監(jiān)視報警須根據(jù)設(shè)備運行的實際狀況進(jìn)行設(shè)置,數(shù)值需要總結(jié)長期的經(jīng)驗并不斷摸索,在既不能誤動又不能拒動的情況下,根據(jù)設(shè)備或系統(tǒng)的重要性選擇兩者的優(yōu)先級別。
地理位置在北方的發(fā)電廠,熱工設(shè)備的冬季設(shè)備防凍是一項非常重要的工作,多年的工作經(jīng)歷中,冬季由于測點受凍引起的機(jī)組非停和重要缺陷數(shù)量不少,尤其是水系統(tǒng)的液位、流量等信號,在極寒天氣或大風(fēng)降溫時是重點關(guān)注的對象[10]。設(shè)備的防凍要把設(shè)備保溫和伴熱基礎(chǔ)工作落到實處,在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)設(shè)備的日常巡視工作。在設(shè)備檢修或改造過程中,通過技術(shù)手段24小時實時監(jiān)控伴熱設(shè)備的運行狀態(tài),主要從以下兩個方面落實:
(1)重要保溫伴熱設(shè)備的供電電源增加電源監(jiān)視,當(dāng)設(shè)備跳閘斷電時在DCS系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)信息的電源失電報警,提醒運行人員關(guān)注相關(guān)系統(tǒng)的變化并聯(lián)系檢修人員快速到場處理,將問題處理在萌芽狀態(tài)。重要的回路可以采取單個開關(guān)測點報警,其它設(shè)備的伴熱電源開關(guān)可以多個接點合并報警。
(2)汽包水位和給水流量等對自調(diào)系統(tǒng)影響快速的測點,在管路打保溫前預(yù)埋1-2個熱電阻溫度元件,并將測點接入DCS系統(tǒng)或小DAS系統(tǒng),在DCS系統(tǒng)中做邏輯監(jiān)控和判斷,當(dāng)保溫投入后,溫度低于報警設(shè)定值時進(jìn)行畫面報警,提醒運行人員,必要時可以作為輔助切除自調(diào)回路的手段。
SIS系統(tǒng)已經(jīng)在發(fā)電企業(yè)普及,該系統(tǒng)可以給發(fā)電廠的設(shè)備管理提供便捷的條件,尤其是熱工專業(yè)更可以把這個條件最大化開發(fā)利用。SIS系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)和畫面全部以現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操控界面為基礎(chǔ),數(shù)據(jù)資源取自控制系統(tǒng)的I/O測點和中間變量。根據(jù)日常工作的需要可以在SIS系統(tǒng)中編輯熱工專業(yè)監(jiān)控或分析需要的畫面信息,對一些關(guān)鍵參數(shù)或重要設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控,可以大幅提高工作效率,高效掌握關(guān)注設(shè)備的運行情況。主要開發(fā)了以下兩個方面應(yīng)用:
(1)車間每位職工可以將自己關(guān)心的或自己負(fù)責(zé)的設(shè)備在SIS系統(tǒng)中制作歷史趨勢群組,每天上班后或閑暇時不定期關(guān)注一下前一天設(shè)備的運行情況,關(guān)注測點是否發(fā)生跳變或自調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能等運行人員不易發(fā)現(xiàn)的問題,可以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患,也可以及時掌握負(fù)責(zé)設(shè)備的運行健康情況,總結(jié)經(jīng)驗并及早干預(yù)。
(2)各機(jī)組的電源報警信息、保護(hù)投退信息、DPU運行狀態(tài)、控制卡件狀態(tài)信息、重要測點實時數(shù)據(jù)均可以編輯SIS畫面方便熱工人員在辦公室概覽查詢,既提高了工作效率,又掌握了設(shè)備狀態(tài)。
現(xiàn)場DCS系統(tǒng)或PLC控制系統(tǒng)中,在監(jiān)控畫面中設(shè)置了大量的過程報警或提示信息,這些信息可以幫助運行人員快速了解系統(tǒng)運行狀態(tài)、設(shè)備啟停限制條件、跳閘首出原因,能快速處理問題,并且這些措施可以減輕運行人員對檢修人員的依賴,減輕了檢修人員頻繁配合運行人員查詢問題的次數(shù),提高了運行與檢修人員的工作效率。在近幾年的DCS系統(tǒng)升級改造工作中,DCS系統(tǒng)監(jiān)控畫面主要完善了以下內(nèi)容:
(1)機(jī)組6千伏動力設(shè)備及有多個允許啟動或跳閘保護(hù)條件的一般動力設(shè)備,增加了“啟動允許”、“跳閘首出”分畫面,運行人員可以方便的點開設(shè)備旁的條件信息框瀏覽設(shè)備啟動運行條件及跳閘后記錄的跳閘原因,減少了運行人員對檢修人員的依賴,方便了運行人員的操作,為運行人員提供了必要的系統(tǒng)操作指導(dǎo)。
(2)運行操作指導(dǎo),在機(jī)組重要系統(tǒng)的投切以及事故狀態(tài)下,為運行人員提供必要的操作指導(dǎo),運行中出現(xiàn)問題時彈出運行提示信息,指導(dǎo)運行人員的正確響應(yīng)。
(3)根據(jù)機(jī)、爐、電專業(yè)關(guān)注點的不同,分別在各自的操作員站增加軟光子排報警畫面,當(dāng)運行參數(shù)超限時及時發(fā)出聲光報警,提醒運行人員注意。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)與廣大職工的連接越來越密切,聯(lián)網(wǎng)的電腦與手機(jī)已經(jīng)深入到我們?nèi)粘5墓ぷ髋c生活中,尤其是熱工專業(yè),現(xiàn)場設(shè)備的檢修與維護(hù)工作已經(jīng)與電腦、網(wǎng)絡(luò)、硬件、軟件等密不可分。熱工專業(yè)的管理工作更需要把最新的互聯(lián)網(wǎng)與電腦技術(shù)應(yīng)用到日常管理中,利用新科技、新技術(shù)提高工作效率。微信、為知筆記、有道云筆記、文件服務(wù)器四種基于互聯(lián)網(wǎng)的信息交換工具,構(gòu)建了熱控車間的管理體系,提高了車間的整體生產(chǎn)力。
自2014年以來,熱控車間積極拓展網(wǎng)絡(luò)思維,在車間內(nèi)部3個樓層空間內(nèi)安裝了無線WIFI網(wǎng)絡(luò)信號,采用TP-LINK公司的電力線路傳輸信號無線路由器,用1個TL-H29RA主路由器帶7個TL-H29EA擴(kuò)展路由器的問題,解決了全車間范圍內(nèi)無死角上網(wǎng)。在車間內(nèi)部組建了各種微信平臺交流群,有工作用的熱控車間群,有供大家灌水娛樂的熱工生活群,有專門用來發(fā)布每日DCS情況和保溫伴熱情況的巡檢群。每個班組也都有自己班組的群,班組的大事小情每天都在群里發(fā)布。班組和車間值班員每天早晨8點前都把值班記錄發(fā)到車間群和班組群。各班組把每天設(shè)備巡檢的情況發(fā)布到設(shè)備巡檢群里,班組群里每位職工將當(dāng)天的工作內(nèi)容及總結(jié)在下班后通報,車間群發(fā)布重要通知和公司的會議精神,及時的通知到每位職工。微信平臺的建立,縮短了職工之間的距離,擴(kuò)展了工作空間,提高了整體管理效率。微信改變了我們的工作和生活方式。
熱工的日常工作專業(yè)性較強(qiáng),設(shè)備更新?lián)Q代快且設(shè)備的圖紙資料繁多,這就需要大量的圖紙資料支撐。為了能快速便捷的找到相關(guān)的資料以及記錄設(shè)備情況,車間在日常管理中啟用了云筆記軟件,主要有為知筆記和有道云筆記兩種。筆記中儲存了各班組相關(guān)的設(shè)備說明書、消缺指導(dǎo)、圖紙資料、消缺經(jīng)驗等日常急需資料,當(dāng)在處理缺陷的時候需要查資料就可直接用手機(jī),登錄筆記app,輸入設(shè)備關(guān)鍵字搜索,就能得到關(guān)于設(shè)備的詳細(xì)說明書,設(shè)置教程,別人處理缺陷的經(jīng)驗等等。這些資料都存于云端,可以在電腦和手機(jī)上編輯,修改,上傳,下載。大家可以隨時隨地使用這個資料庫。這么強(qiáng)大并且方便快捷的資料庫都是得益于大家的平時積累以及辛勤整理。眾所周知,熱控車間的資料、圖紙、說明書、教程浩如煙海,以前都是紙質(zhì)資料,隨著長期的積累,越來越多,存放和查找起來特別不便。所以在車間專工的倡導(dǎo)下,每個班組逐漸把資料電子化。有的是現(xiàn)有資料的掃描,有的是個人工作經(jīng)驗和總結(jié),有的是導(dǎo)入的微信群討論和值班日志,有的是從網(wǎng)上下載的說明書和故障分析,各種渠道的獲得的資料豐富了為知筆記的資料庫。車間每位職工都無私地為資料庫添磚加瓦,充分發(fā)揮了人人為我我為人人的精神。
畢竟云端的存儲容量有限,存儲大文件成本較高,而且資料安全性得不到保障。車間為解決這個問題自己搭建了文件服務(wù)器,購置了大容量硬盤來存儲車間的大數(shù)據(jù)文件?;诰钟蚓W(wǎng)共享技術(shù),每個班組都有獨立賬戶,分配有不同的文件管理權(quán)限。每個用戶都有讀取所有文件的權(quán)限,對自己班組的特定文件具有編輯和刪除權(quán)限。局域網(wǎng)傳輸保證了文件的讀寫速度和安全,使班組內(nèi)部的文件共享和車間內(nèi)部文件上傳下達(dá)更加方便順暢。每個班組定期備份現(xiàn)場DCS數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),上傳至車間文件服務(wù)器,并刻錄光盤留存,多方式保證了數(shù)據(jù)的安全。服務(wù)器管理員定期對服務(wù)器進(jìn)行維護(hù)和文件進(jìn)行整理,保證了服務(wù)器的穩(wěn)定運行。
發(fā)電廠熱工設(shè)備更新?lián)Q代較快,隨著新設(shè)備的不斷更新,必然又會有新問題的出現(xiàn),熱工專業(yè)必須時刻保持接納新技術(shù),吸收和消化新科技的進(jìn)取精神,不斷充實自我,優(yōu)化設(shè)備。