大型旋转机械在控制系统失效模式下的状态分析和保护的完善

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State Analysis of Large Rotating Machinery in FailureMode of Control System and Perfect ProtectionYANG Hong-li(Energy Sources Center，Hanbao Co.。Hebei Iron＆Steel Group，Handan，Hebei 056015，China)Abstract]The state of large rotating machinery in failure mode of the control system isanalyzed.In terms of the analysis results，the control and protection system is perfected，which obtains obvious effects.It provides a new idea for protection and control of the largerotating machinery。

Key words]rotating machinery；control system；failure mode1 前言随着科学技术的发展，工业控制领域设备和技术不断更新换代，从常规模拟仪表、继电器硬回路逻辑保护到现在的计算机控制技术，大型集散控制系统和 PLC系统的普遍应用，为大型设备现代化和自动化提高了保证.在设备的保护方面，计算机程序逻辑设计更加完美，可以方便可靠的实现复杂系统控制。但是在此模式下保护系统在外界突发性原因导致系统故障时仍然可能造成对机组安全运行的威胁，或者极端情况下破坏生产和设备。

2012年初，我/7-TRT机组控制系统发生 CPU死机，机组失控不能自停，造成设备事故。此次事故为我们敲响警钟，如何保证机组安全运行和在事故情况下处于安全状态，目前必须解决的难题。在这种情况下我们对能源中心大型机械运转设备 DCS及PLC控制系统进行综合分析.对存在的可能的各种因素和后果进行评估，制订整改措施并实施，完善了控制系统功能。

2 系统分析我厂大型机组主要集中在汽机燃机发电、汽轮风机、TRT发电和电风机等设备类型，目前共有机组18套，机组控制系统采用DCS系统共 15套。首先对所有机组控制系统进行硬件和软件控制逻辑的分析，各个风机和发电机组的控制逻辑关系；各机组仪控与电气间信号收发和通讯关系；各机组由润滑油泵、动力油泵、其它油泵等组成的油系统控制联锁关系，从各类表象造成的后果；再利用正常停车机会，实地模拟各种事故过程，观察和总结这些过程中各控制点、控制回路和控制信号的状态，最终找出控制系统隐患所在。

2.1 急停保护系统从控制系统设计方面，-般机组有几种停机方式，fl1从HMI上正常停机，可以手动操作或自动操作完成，完成机组卸载，和停机动作，可以人为操作按照停机要求顺序操作，完成停机过程，也有程序控制自动完成停机过程，避免出现误操作，(2)在主控室紧急操作按钮台或控制柜操作急停按钮，控制系统接收信号后进行紧急停机程序执行，(3)在就地控制柜或电气控制柜操作紧急停机装置，电机直接打闸，同时发出信号到DCS系统执行急停程序；f41对于汽机系统，在主汽门或505系统等实现停机操作，汽机卸载同时发电机脱网或风机卸载2.2 润滑油系统分析2.2.1 首先对润滑油泵，机组在正常运行时采用的2013年第 8期总 第 162期冶 金 95 力ME LURGICAL pOWER 43润滑方式，有采用机械油泵(轴头泵)，由主机的主轴驱动，机组在正常转速情况下油泵为机组提高额定压力的润滑油，机组停机后转速降低，油泵输出油压下降断后输出 DO信号到电气控制柜启动交流润滑油泵；2.2.2 机组采用辅助油泵。机组本身没有机械油泵，到设定压力时有压力开关或压力传感器发出信号，在 DCS控制逻辑进行判，由电动油泵供油 ，通常是两台油泵，-用-备，联锁控制由 DCS完成 ，当检测到运行泵故障或供油压力降低到设定值时发出备用油泵启动 DO信号，由备用油泵运行提供油压，2.2.3 机组设计直流油泵，考虑到有设备大面积停电发生时，机组停机，交流油泵不能启动时由直流油泵启动供给正常油压保证机组在惰走时间内有良好的润滑，有压力开关或压力传感器发出信号，在DCS控制逻辑进行判断后输出 DO信号到电气控制柜启动直流润滑油泵；2.3 控制电源系统控制系统电源-般采用 UPS装置，提高稳定的220 V交流并在系统停电时在-定时间内保证控制系统有电，控制元件动作保证系统安全操作状态，UPS本体有故障诊断功能，可以实现自动旁路切换并发出报警信号等；也有采取双路电源自控切换装置，从不同电段引入电源，当-路出现问题时自动切换到备用段，实现不间断供应。

2.4 控制系统逻辑关系- 般机组在建设之初对控制系统的联锁保护依据机组生产者技术要求，由生产者提出联锁保护项目，在控制系统中综合设计，在逻辑上用与、或、非、延时等控制逻辑方式完成对机组的保护，满足对机组的保护要求。

3 隐患分析3.1 急停系统无论对于电动风机、汽轮风机或 TRT系统，在主控室操作紧急停机装置-般是信号发到 DCS系统，由DCS系统在逻辑程序控制下完成停机，在控制系统死机情况下，控制信号不能启动，停机控制程序不能执行，因此此时如果运行人员在主控室停机操作不能实现，机组仍然在电力或汽轮机的拖动下继续运行，危险依然存在机组失控的现象。

3.2 润滑系统润滑系统是机械旋转设备最为重要的保证，该系统在不同的机组设计理念不尽相同，但是都要保证在任何紧急情况下机组的润滑，在DCS系统失效情况下，机械油泵运行可以保证油供给，辅助油泵或直流油泵的控制普遍采用 DCS集中控制，采用故障信号或油压信号进行逻辑控制，在 DCS系统失效后油泵不再动作，发生失去润滑运行的情况依然存在，3.3 控制电源系统控制系统电源存在的主要问题在 UPS装置本体，-是UPS 本体发生重大故障，直接切断输出电源，控制系统断电，此类现象发生在 UPS输人端只有-路电源，UPS在可以检测到的本体故障可以进行自动旁路切换，出现重大故障时提高稳定的220v交流并在系统停电时在-定时间内保证控制系统有电，控制元件动作保证系统安全操作状态，UPS本体有故障诊断功能，可以实现自动旁路切换并发出报警信号等；也有采取双路电源自控切换装置，从不同电段引入电源，当-路出现问题时自动切换到备用段，实现不问断供应。

3.4 逻辑控制系统随着设备运行周期的延长，在生产过程中出现的异常现象，在原系统中常会发现存在工艺流程系统参数对机组的严重影响，或者在电气方面和 DCS系统之间发生互相影响的信号联锁，需要不断增加参数和条件实现对机组的保护。

4 改进措施根据各机组控制系统综合分析，制订相应的改进方案，在硬件逻辑和软件控制逻辑两方面继续优化。在各机组的检修机会对以下机组按照调查梳理内容确立的改造方案进行项 目的改进 ，在 DCS控制系统死机应急及急停保护、机械运转设备润滑油保护、控制系统电源、重要参数逻辑关系动作几个方面进行改进和完善。

4.1 DCS控制系统死机应急及急停保护系统改进本系统改造主要考虑到在 DCS系统出现死机情况或STOP情况下，对运转设备的影响，系统的I/0点变化情况，是否造成设备停机或者相应系统的运行情况。在系统失控情况下要防止出现飞车、喘振等现象的发生，运行人员能够在第-时间内反应并作出紧急动作，保护机组的安全。

对于电动风机系统，如 AV71电动风机进行急停改进，主控急停回路与配电室MMCP柜急停安全回路串接改造，增加急停旋、电源开关、接触器等，相应PLC程序优化完善，确保大型机组实现两地急停操作，安全可靠停机，，在控制回路中将防喘振阀门的快开接点引入，在紧急停机的同时打开防喘振阀门，保证机组安全。 (下转第46页)冶 金 动 力MFrALLURGICAL POWER2013年第 8期总第 162期5 技术经济分析按每台烧结机机尾余热锅炉每小时产生1.9MPa，340℃中压蒸汽 12 ，两台锅炉共产蒸汽 24t/h。发电负荷每小时约提高 5000 kWh，机组年运行7000 h，年发电量为 3500万 kWh；年节约标煤 1.4万 t；年减少温室气体 CO 排放量 3.4895万 t、SO排放量 0.105万 t、NOX排放量 0.0525万 t；发电电价按 0.54元/kWh计算 ，每年可创经济效益约为1890万元。由此可见，具有十分明显的经济、社会及环保效益。

6 结语综上所述，烧结机机尾余热发电在烧结余热利用上占有重要地位，作为烧结环冷机余热发电的重要补充，与单纯烧结环冷机余热发电相比，二者的有机结合将更加充分地利用烧结余热，将烧结生产能耗降到最低点，为企业带来巨大经济效益的同时，为社会带来较大的环保效益。邯钢新区通过对烧结机机尾余热回收利用，拓展了烧结工序余热利用途径、提高了烧结工序余热利用率、降低了烧结工序能耗，并为公司创造了巨大效益，为企业的可持续发展、打造绿色企业打下了坚实的基矗[