分散控制系統安裝調試及提高可靠性的技術探討

劉香云

(四川電力建設二公司,四川 成都 610051)

0 引言

分散控制系統(DCS)是火電廠熱控專業的核心組成部分,也是電廠運行的視窗界面。自 20世紀末以來,DCS得到了迅速發展,最初僅能完成機組DAS,MCS,FSSS和 SCS的功能,如今已能全方位參與所有系統的監視和控制,如煙氣脫硫系統、煙氣脫硝系統、燃料系統、空冷系統等工藝系統都能成功應用。只要工藝上有需求,DCS都能實現對其可靠的監控。作為先進且精密的電子設備,DCS在安裝、調試及提高運行可靠性方面有其獨特的要求。

1 DCS硬件安裝及系統集成的技術要求

1.1 DCS安裝及運行對環境的要求

DCS是高精密的電子設備,對環境要求相對較高,環境質量是 DCS穩定運行的先決條件,因此,要十分重視 DCS設備安裝時的施工環境以及 DCS的運行環境。安裝 DCS設備時,必須在其安裝位置的土建工作基本結束,環境條件(如溫度、濕度、防塵等)達到要求,必要時投用空調的情況下才能開始,以免因溫度、濕度、粉塵超標造成機柜內的模件損壞或設備、系統故障。DCS附近不應有較大的電磁干擾,環境磁場強度不應大于計算機系統規范所允許的最小磁場強度,原則上不允許在系統周圍使用大功率對講機、手機等通訊工具。

1.2 DCS對接地的要求

在所有電廠中均對 DCS接地進行了單獨設計,采用單獨接地系統并與電廠主接地網相連接。其主要作用是給整個 DCS提供以大地為零的基準電壓參考點,防止過載電流不能很快傳向大地而造成設備事故;另一個重要功能是為進入 DCS的信號提供屏蔽連接點,防止系統受到干擾。因此,正確接地是保證控制系統能夠穩定運行的關鍵之一。DCS對接地有非常嚴格的要求,總結眾多電廠的經驗發現,在調試、試運階段,很多熱控系統故障是由于接地不當而受到干擾引起的。

在接地系統中,經常出現的問題有:接地線虛焊虛接;接地箱內接地線連接松動;接地極安裝深度不夠,電阻增大;地線布置紊亂,不合理。因此,在施工過程中,應杜絕此類質量隱患,防止系統運行事故的發生。

1.3 DCS對電纜設計及敷設的要求

在電纜設計時,主要應注意屏蔽與非屏蔽電纜的使用、多芯電纜在傳輸不同信號時的分配、有源信號與無源信號電纜之間互不干擾幾個方面;信號傳輸盡量減少中間環節,如能直接從就地至 DCS的信號,最好不設計中間端子箱,以免信號受到外界干擾。在電纜施工過程中,應避免強電與弱電電纜混同敷設或者平行敷設時距離不夠。實踐證明,電磁干擾已成為影響熱工儀表顯示、自動投入和保護正確動作的重要因素。在抗電磁干擾的諸多方法中,嚴格按照強、弱電電纜分層排放的原則進行電纜敷設是行之有效的措施之一。另外,電纜的走向應盡量遠離和避開熱源,防止電纜外皮加速老化,使電纜絕緣層及屏蔽層損壞;DCS自身的網絡傳輸電纜應采取獨立通道,與其他電纜隔離敷設。

1.4 DCS盤柜安裝及接線的要求

DCS盤柜必須由專業的熱工人員進行安裝,在安裝時,嚴格按照廠家技術要求,采用絕緣膠皮,確保所有盤柜絕緣。在每個 DCS盤柜安裝之后,應檢查絕緣電阻,合格后再安裝相鄰的下一個盤柜,待成排盤柜安裝完成之后,再作整體絕緣電阻測試,這是DCS盤柜與其他電氣盤柜在安裝時不同的地方。DCS接線及改線工作必須注意以下事項:DCS所有外部接線工作均應通知廠家或調試單位拔出相關模件后再實施;已經傳動完的卡件接線,施工單位在進行線路修改時必須辦理相關手續并征得相關單位的同意。

1.5 DCS對供電系統的要求

2 DCS調試的技術要求

2.1 DCS受電啟動的技術要求

DCS是一個功能強大的計算機局域網絡系統,要完成 DCS的系統調試,必須先進行 DCS受電調試工作。受電之前,應先對 DCS安裝情況進行全面檢查并完成 DCS受電前的相關測試工作(如絕緣電阻測試、接地電阻測試、所有電源開關位置狀態檢查、卡件位置狀態檢查等),檢查工作必須一絲不茍,所需條件必須一一確認,否則,可能會在受電過程中造成卡件、處理器,甚至主機的損壞。其次,DCS受電時,應先給總電源柜送電,對多回路供電電源進行切換試驗,試驗合格后才逐一安排各個機柜的受電工作。受電過程中如有問題發生,應立即停止受電,查明原因、排除故障后再恢復受電。在受電調試過程中,經常出現模件燒壞的情況,影響了調試工作的開展,因此,在模件受電調試時,應做好以下工作:

(1)檢查模件的所有輸入、輸出線,確保每根線芯正確無誤且無強電竄入、無接地現象;

(2)當線路檢查無問題后,再插入模件進行相關的傳動試驗;

(3)當模件所管控的回路均做過傳動試驗后方可將模件置于插入位置;

(4)嚴禁帶電插拔模件,避免操作不當而損壞模件。

2.2 DCS調試過程中的常見問題及其處理

2.2.1 DCS死機現象的產生及預防

DCS死機是火電廠熱控專業經常遇到的問題,在眾多電廠的調試及運行過程中時有發生,究其原因,主要有 2個方面。

2017年7月，DNV-GL頒布了《RULES FOR CLASSIFICATION》[9]，在“Part 6 Additional class notations Chapter 3 Navigation,manoeuvring and position keeping”中提出新的DP系統附加標志——DP-ER，對系統的魯棒性和適應性要求更強，提出新的母聯閉合型母線結構，對電力系統的冗余設計也提出更高的要求，同時還要求電力系統的冗余組件采用熱備機的保護模式。

(1)在初期調試過程中,對組態邏輯進行了大量修改和優化,在系統各主機內存中可能產生大量垃圾文件而未及時清理,一直占有著機柜處理器資源。

(2)在功能分配上不夠合理,某些處理器負荷過重,在處理復雜工況時計算量大,負荷會瀕臨極限。因此,在 DCS調試過程中,首先要合理分配各處理器所承擔的負荷,該問題必須在設計過程中得到解決。其次,應盡可能減少程序修改,減少垃圾文件的產生。同時,系統在運行過程中也會自動生成一些垃圾文件,要求系統管理員或 DCS維護人員對系統定時進行清理,保證 DCS資源的有效使用。

2.2.2 DCS缺陷處理的管理

在熱控系統缺陷處理過程中,很多工作都必須通過 DCS來進行(如問題的查找、參數的調整、邏輯的修改等)。然而,在這些缺陷處理過程中,引起機組或輔機跳閘的事件屢見不鮮,如在陜西清水川電廠調試過程中,熱控人員在處理振動信號時,由于走錯間隔而導致機組跳閘。可見,機組在運行過程中缺陷的處理一定要非常慎重,缺陷處理前應先填寫缺陷處理單,同運行人員聯系并經批準后才能進行處理并有相關人員進行監護。

2.2.3 DCS常見軟件組態問題的處理

DCS各功能組件的工作是由組態邏輯所決定的,如汽包水位保護和調節、爐膛負壓保護和調節、汽輪機 ETS及 DEH控制等。這些自動保護和調節,都建立在信號檢測準確及時的基礎上,因此,保證信號及時而準確地傳輸,是一個非常關鍵的環節。而在系統實際運行過程中,信號往往會受到測量表計、線路以及干擾的影響,產生延時或滯后,因此,在DCS邏輯組態時,對重要的保護信號最好加 1～2s的延時,避免由于信號滯后而誤發保護動作信號。對那些 1用 1備的設備(如凝結水泵、火檢風機、密封風機等重要輔機)要特別考慮當一臺跳閘時,在另一臺啟動過程中會短暫出現 2設備同時跳閘的狀態,引起 MFT跳閘,因此,在 1用 1備設備邏輯組態時,應考慮備用設備的啟動時間,適當加以延時,確保不會誤發 MFT信號,保證備用設備啟動正常。

2.2.4 通過 DCS組態,對其他常見問題的處理

(1)一些容易受到環境干擾的測量儀表(如超聲波液位計),在測量信號時,其感測面容易受到水蒸氣或污染物的影響而引起信號劇烈跳變或死值,因此,在 DCS組態時應對其測量品質進行分析判斷,當品質下降到一定程度時,應及時切除,以免造成運行人員誤判或相關調節和保護誤動。實際上,信號品質判斷是 DCS解決機組保護誤動的一個重要手段。

(2)DCS對報警信號的處理。應采取聲、光 2種形式向運行人員傳遞報警信號。在大唐渭河熱電廠調試過程中,出現了報警信號沒有聲音傳遞,只有光字牌顯示的情況,導致運行人員沒有及時發現信號報警,最終造成一次風機設備軸承燒壞的運行事故。

(3)汽包水位測量修正。在很多火電機組調試過程中,經常會出現汽包水位幾個測點示值不一致的情況。汽包水位測量一般有多種方式,如平衡容器、電接點、雙色水位計等,經常出現的問題是幾種測量方式顯示相差大,或同一種方式的測點之間存在誤差。出現這種情況的原因主要有:水位計本身的質量問題;汽包安裝質量或受熱膨脹不均,造成水平度超差;各個水位計安裝標高誤差較大;環境溫度影響。這些狀況產生后很難就地解決。因此,對其中的平衡容器測量方式,可通過 DCS軟件功能逐點對誤差源進行修正,確保顯示一致。

(4)燃燒器火煙檢測的邏輯處理。火焰檢測功能的好壞是爐膛安全保護能否正常投入的關鍵。目前,燃燒器火焰檢測主要存在 3個方面的問題:一是“偷看”火焰現象;另一個是“漏看”火焰現象;再就是燃燒工況的變化使輸出信號不穩定,時有時無。解決該問題應從 2個方面著手:首先,應對火焰檢測器進行調整,包括位置及靈敏度的調整,使其處于最佳狀態;其次,在 DCS邏輯組態時,可以設計輔助邏輯進行組合判斷,如為減少煤火焰檢測器的“偷看”現象,可在煤火檢信號的基礎上,“與”上給煤機運行信號,作為最終的煤火檢信號。

3 提高可靠性的技術措施

3.1 加強 DCS技術管理

DCS是高度集成的控制設備,為了確保其在運行操作過程中穩定可靠,減少故障隱患、消除保護誤動、拒動,在技術上應加強管理。

(1)防止計算機病毒破壞。DCS是一個相對封閉的系統,一般不與外界(廠外)進行連接,因此,防止病毒的主要措施是不要在系統上運行來歷不明的軟件,嚴禁使用非 DCS軟件。

(2)在信號采集方面,同一信號有多個采集點的情況,應盡量分散在 DPU的不同模件上,如主汽溫度、給水壓力、汽包水位、風機軸溫、爐膛壓力信號等均可以按這種方法處理,這樣可以避免其中一個卡件故障時,信號的監視和控制不會影響。

(3)在做 DCS邏輯組態時,為防止信號受到干擾或其他測量故障,建議分別對重要信號串聯品質判斷邏輯,防止誤發信號對邏輯運行造成干擾而引起機組跳閘。

(4)做好組態程序和相關數據的備份工作。在機組調試階段,每天都會對組態程序進行修改、對相關參數進行調整,所以,最好每天定時進行數據備份,而在機組正常投運后,由于邏輯已經成熟,一般不會做太大改動,主要是要做好歷史數據的備份等工作,以方便系統故障后重建。

3.2 加強運行管理

加強機組運行管理是 DCS管理的重要組成部分,應從以下 4個方面加以實施:

(1)在運行人員的管理上,要嚴格要求執行操作程序及規程,并讓其對熱工保護的原理和邏輯有所了解,做到條理清楚,能隨時應對緊急情況,防止事故發生。

(2)在機組啟動前,要求運行人員應在熱工人員的指導下,對熱工主保護做動態試驗,不能進行動態試驗的回路,應進行靜態試驗。

(3)在運行過程中,要經常切換計算機畫面,從而了解機組各個系統的運行情況并及時進行調整。

(4)自動投入后,仍然要對自動系統的運行情況進行跟蹤,了解其調節特性,并對調節品質作出分析,如有問題應及時切除;運行人員還應定期對備用設備進行切換試驗,保證備用設備在需要時能正常投入。

3.3 加強相關人員的技術培訓

目前,與 DCS相關的人員主要有 2組,一組是運行人員,另一組是熱工維護人員。對運行人員主要從操作方面進行培訓。首先,應讓運行人員充分熟悉畫面,熟悉操作方法,對重要的操作應編制操作規程,供運行人員培訓和學習(如機組協調控制操作程序、汽輪機開機程序、鍋爐點火啟動程序等),最好是在仿真機上做模擬操作試驗后,再進行實際操作。其次,應充分征求運行人員的意見,對畫面進行組態優化,以滿足方便操作的需求。對熱工維護人員的培訓主要是從技術的角度來進行,DCS是一個龐大的硬、軟件集成系統,內部功能眾多(如保護、自動、順控、DEH等),一個人不可能對所有功能全部掌握。因此,應采取分工合作、分組管理的形式,各組應負責部分功能的學習和培訓,培訓渠道可采取廠家培訓或機組調試期的跟班培訓、或直接參與調試工作等多種方式。

4 結束語

由于 DCS在火電廠具有十分重要的作用,對DCS的安裝、調試應高標準、嚴要求,確保其可靠。只有這樣才有利于機組運行的穩定,才能保證電網的供電安全。