1 概述
某电站从2003年6月27日投产至今已有7年，除装备有4台150t／h中温中压燃气锅炉外还有2台发电机组，主要担负高炉一鼓风站的动力蒸汽供应，同时还担负向一炼钢和四炼钢供汽任务。由于冶炼过程中一旦发生高炉鼓风机事故停机，极易造成炼铁高炉“坐料”、风口“灌渣”等重大事故，因此避免锅炉在运行中发生故障停炉，确保鼓风站所需动力蒸汽的不间断供应就成为该电站的工作核心。
由于要求该电站必需时刻、连续的确保300t／h的供汽量，以保证高炉鼓风机的不间断送风，由此对该电站的安全运行工作构成了前所未有的巨大压力，对站属锅炉系统及其控制设备的安全可靠性也就提出了更为严格的要求。
改电站锅炉控制系统采用美国西屋公司的OVATION集散式控制系统，实现对锅炉、除氧给水、减温减压以及外网计量等系统的集中控制和监视。全部数据采集和自动显示、自动控制功能都在DCS系统中实现。对于重要的过程参数同时保留有后备模拟仪表显示与控制，从而构成DCS主控制和仪表屏后备控制。该电站锅炉系统共装备10台DCS计算机控制器，每台锅炉和除氧给水部分各配备两台控制器，一台使用一台备用，自动切换。每台锅炉和除氧给水各配备1台后备仪表屏。配置6台操作员站，实现操作人员对锅炉系统的控制与监视。
改电站4台150t／h锅炉以燃烧高炉煤气为主，掺烧少量焦炉煤气。由于煤气具有易燃、易爆和高毒的危险性，为确保锅炉在紧急情况下的安全反应能力，该电站选用“掉电自动关闭”的气动快关阀和气动调节阀作燃料主控部件，且直接使用热工电源完成控制，以保证事故情况下迅速切断煤气。
该电站热工系统供电是采用厂用四段低压母线经两套双电源切换装置提供的两路AC220V热工电源。由于DCS热工控制系统是该电站整个热力系统的控制核心，并因其自动化程度高、控制动作灵敏，因此一旦发生热工控制系统工作电源的供电故障，轻则造成事故停炉并导致高炉鼓风机事故停机，重则造成锅炉失控，并可能导致爆炸事故。针对该电站4台锅炉运行期间多次暴露出的热工电源故障及其造成的严重影响，有必要研究和改进DCS控制系统的工作电源供配电工艺，消除事故隐患，确保锅炉的安全连续产汽。
2 改造前热工电源配置状况
改造前该电站DCS系统所需两路AC220V热工电源由厂用四段低压母线经两套双电源切换装置提供，即引自380V I、Ⅲ段的1#双电源切换装置提供的1。热工电源和引自380VⅡ、IV段的2#双电源切换装置提供的2#热工电源。两路电源经电缆接入集中控制室的DCS配电柜中，并由配电柜中两段热工电源小母线向各个计算机控制柜和仪表屏配电。
改造前的热工电源配电图见图1。
1#、2#热工电源回路中都串联一台容量为12kVA的UPS不间断电源。1#、2#热工电源进入DCS配电柜后分成两路，一路经UPS后再接入转换开关，另一路直接接入转换开关，由转换开关选择运行方式后再接入热工电源母线。两路热工电源所供负荷主要包括10台DCS计算机控制器、1~6#操作站、1~5#仪表屏、气动煤气快关阀和调节阀、工程师站。
图1 改造前热工电源配电图
3 存在问题及分析
以计算机和网络通讯技术为基础的DCS热工控制系统的大量使用，极大的提高了现代锅炉的自动化控制水平。由于该电站4台锅炉极度依赖DCS控制系统进行操控，所以该控制系统的运行可靠性对锅炉的安全生产构成了极其重要的影响，因此对DCS系统所需工作电源的可靠供应也就成为了最为重要的基础安全环节。
该电站在试运行期间曾多次发生因热工电源故障而导致的异常停炉事故，其中以2003年元月2日和2007年2月14日的两次事故停炉比较具有代表性。2003年元月2日14：32时，2#锅炉在运行过程中2#仪表屏热工电源总开关误动跳闸，2#仪表屏仪表显示错误。DCS操作站CRT显示表计数据错误，中层和下层高炉煤气调节阀自动关闭，导致熄火停炉。2007年2月14日1O：38时，1#、3#、4#锅炉在运行当中,1#双电源切换装置失电，无任何声光报警，UPS的蓄电池容量耗尽后，I段热工电源失电，造成1#、4#仪表屏仪表显示错误，DcS操作站CRT显示表计数据错误，1#、3#、4#中层和下层高炉煤气快关阀自动关闭，导致熄火停炉。
这两起事故停炉比较明显的暴露出该电站热工电源存在的事故隐患以及对锅炉安全连续运行造成的严重影响。经研究讨论发现，原有热工电源的设计建造方案存在的问题可概括为：“对热工电源的安全重要性重视不够、对DCS的特殊用电需求估计不足(如：气动煤气阀门的用电工作特性)、各热工负荷的配电布局不符合电站全局生产的要求(如；4台锅炉的DCS布局组合、每台锅炉DCS部件的安全分布等)”。
为根本排除这些问题造成的安全威胁，事后从如下四个方面对热工电源存在的问题进行了研究：
(1)逐一分析已发生的各次热工电源事故，查明故障原因。
(2)针对原有热工电源的供配电工艺所存在的隐患及缺陷，进行深入的事故预想。
(3)根据电站生产实际需要明确对热工电源的具体配置要求。
(4)研究DCS控制系统对热工电源的特殊需求。经研究得出的具体问题表现在：
(1)DCS热工电源使用的单相AC220V电源均取至电站低压厂用电母线，由于低压厂用电本身属于电站的低级别负荷，因此其客观存在的停电风险就较高。虽每段热工电源进线各由两段低压母线经一套双电源切换装置提供，但两段热工电源也不能相互备用，一旦上级电源停电，热工电源母线就将断电，且无法迅速恢复。
(2)UPS电源装置无外接声光报警且容量偏小，在故障发生时带负荷时间为半小时，若装置发生故障不能及时提醒运行人员，将造成锅炉停炉。
(3)未能侧重考虑该电站“不间断供汽”的工作重点，四台锅炉DCS中的煤气快关阀工作电源均取至I段热工电源，当I段热工电源一旦发生断电事故时，必将造成电站所有锅炉全停。
(4)整个电站将长期四台锅炉运行，担负的任务越来越艰巨，而热工电源只有两段，若任何一段失电都将造成重大损失。
(5)UPS装置无法检修，因为供电回路中的电源不能随时切换为市电运行，曾做过实验，切换瞬间快关门就已经关闭，若是在运行时肯定造成停炉。
4 改造方法
连续可靠的供电是维系DCS热工控制系统及其锅炉正常运行的基础条件，为此针对原有热工电源存在的缺陷，以“每台锅炉由双电源供给形式的容量为10kVA的独立UPS装置供电、完善装置的声光报警、合理的分布组合DCS系统中各用电设备”为改造方法，一劳永逸的彻底根除原有事故隐患点。改造后的详细热工电源配电图如下(以2#、3#炉为例)：
1#炉UPS电源由380V I、IV段供给，2#炉UPS电源由380VⅡ、1V段供给，3#炉由380VⅢ、I段供给，4#炉UPS电源由380V VI、I段供给，各锅炉主电源对应低压母线段，电压380V，旁路电源由其他厂变所带低压段供给，电压220V。当UPS电源有故障，包括主电源失电、蓄电池故障时，装置内无源接点接通，通过对应锅炉的声光报警装置报警。而且主电源失电后由蓄电池组供电，并报警，主电源恢复供电后自动转成主电源工作，蓄电池电压不足时由备用电源进行无扰切换，主电源恢复后仍转为主电源供电。在设备检修方面只要任何一台锅炉停运就可对相应的UPS装置进行检修维护。
5 收到效果
通过上述改造，使热工电源对DC3控制系统的供电可靠性得以大副提高，完全根除了原有事故隐患点，使电源故障造成停炉的影响范围降至最低，并且在UPS容量扩大之后，停电后的设备维持时间更长，有效的提高了运行锅炉抵御停电事故的能力，也使热工电源的配电工艺得以完善，,并由此确保了高炉鼓风站以及炼铁高炉的安全连续生产。
自从热工电源完成改造以来，该电站再未发生热工电源供电原因造成的停炉故障，有力的促进了锅炉连续产汽的安全。
由于冶炼热电车间锅炉系统承担着供应高炉鼓风机组所需动力蒸汽的要害任务，因此其不间断稳定的运行供汽是炼铁高炉避免发生“坐料”、“风口灌渣”等重大事故重要前提保障。此次热工控制系统供电工艺的改造，避免因控制仪表电源的停电故障而导致的锅炉事故熄火，有效的解决了试运行期间曾多次突发的的事故停炉。同时锅炉熄火事故的有效避免可以防止发生因事故停炉而导致的煤气泄露、煤气爆燃以及爆炸等重大事故。
6 结束语
热力工程是一个复杂的控制对象。随着电子技术及计算机技术的快速发展，热工自动化控制系统在国内外先后经历了几代的发展已至现代的DCS集散式控制系统。从60年代以来，热工自动化控制技术始终处于研究和发展的过程中，尚未形成一种固定的模式，因此对DCS集散式控制系统所需工作电源的供配电工艺也始终处于研究与探索的过程中。
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只看楼主 我来说两句 抢板凳