火電廠DCS系統故障原因分析及預防措施

于朝暉，任素龍，趙偉華，溫志勇

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.河北衡豐發電有限責任公司，河北 衡水 053000)

目前，火電機組大多為單元機組運行方式，控制系統大部分采用DCS系統。河北馬頭發電有限責任公司新建的2臺300 MW機組采用國產DCS系統，在調試過程中，DCS系統在硬件和軟件上暴露出了控制器主輔切換故障、模件輸出故障、站間網絡變量通信故障、系統強制功能不完善、控制站初始化下裝等問題，影響機組的安全穩定運行。

1 硬件故障

DCS系統硬件產生故障的原因主要為：元器件質量存在問題、周圍環境不滿足要求、元器件調整不當、接線錯誤導致引入不正常電壓、接線工人違規帶電作業等[1]。

1.1 主輔處理器切換故障

1.1.1 故障現象

該廠DCS系統單元機組控制網包括數據采集系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)、順序控制系統(SCS)、鍋爐爐膛安全監控系統(FSSS)、電氣控制系統(ECS)，這些控制系統是在10號站至32號站實現的。在DCS系統調試時，由于環境溫度高，10號站主處理器(DPU)自動切換到輔DPU的時間過長，大約在20 s內主、輔DPU均無法正常工作，從而誤發主燃料跳閘(MFT)信號，引起機組非正常停機。

1.1.2 原因分析

雖然在靜態時成功地完成了主、輔DPU切換試驗，但由于現場情況比較復雜，如DPU負荷運算率高、電子間環境溫度不滿足要求等，這些因素均可能影響DPU的正常切換，引發系統紊亂、通信故障等問題[2]。

1.1.3 預防措施

a. 加強對DPU負荷率和電子間溫度的監視。

b. 加強控制器的巡視工作，做好DPU工作記錄，發現故障及時處理。

c. 確保硬件運行環境符合相關標準和制造廠家的規定。

1.2 模塊輸出故障

1.2.1 故障現象

在進入整套試運行前，機組發生非正常跳閘，監視器顯示MFT的首發信號是一次風機均停信號，但通過對相關參數的曲線圖進行分析和查看事故順序記錄(SOE)，發現MFT動作信號比一次風機均停信號先發出，即發生MFT動作以后才引起一次風機停運。進一步檢查引起MFT動作的條件，沒有發現任何觸發MFT動作的條件，即一次風機均停信號不是MFT的首發信號。MFT的首發信號是通過一個“或”模塊實現的，該模塊的所有輸入端為0時，卻輸出了1，導致誤發了MFT動作信號。

1.2.2 原因分析

由于該廠DCS系統抗干擾能力較差，若“或”模塊有很多輸入信號時，如果有干擾信號，可能出現誤發信號現象，所以在組態過程中盡量避免一個“或”模塊有太多輸入信號的情況。此外，工作人員在電子間使用大功率無線電通信設備，由于距離機柜太近，干擾信號較強，可能引起模件誤發MFT信號。

1.2.3 預防措施

a. 在組態時，當“與”模塊或者“或”模塊有較多輸入信號時，用多個模塊組合來實現，避免出現一個模塊有太多的輸入。

b. 電子間、工程師站等重點場所，禁止使用無線電通信設備；平時應確保機柜柜門處于關閉狀態，防止干擾源對DCS和DEH模件的影響；機組運行期間，在打開機柜時應避免使用手機、對講機等無線電通信設備。

c. 增強DCS系統的抗干擾能力。

2 軟件故障

軟件故障是由軟件本身缺陷引起的，一般出現在系統投運調試階段。由于應用軟件程序比較復雜，工作量大，組態人員交叉作業，因此應用軟件可能出現錯誤。任何修改邏輯的工作必須按規定進行，同時，修改工作應有完善的備份，一旦發生系統故障或者數據庫丟失，可用備份文件及時恢復。

2.1 站間網絡變量通信故障

2.1.1 故障現象

11號站點DM11TO20Y05(A層給粉機自動信號)為網絡變量，該變量在20號站中是A層給粉機投入自動的輸入信號。在調試期間，11號站DM11TO20Y05為1，20號站DM11TO20Y05為0，導致A層給粉機不能投入自動，一直為強制手動的工作方式；32號站A循環水泵液控蝶閥開至15°信號是一個網絡變量，在順序啟動A循環水泵時，當A循環水泵液控蝶閥開至15°時，32號站A循環水泵液控蝶閥開至15°信號將由0變為1。但29號站的A循環水泵液控蝶閥開至15°信號一直為0，即29號站接收不到A循環水泵液控蝶閥開至15°的信號，導致順序啟動失敗。

2.1.2 原因分析

該機組DCS系統各控制站間的通信是通過建立網絡變量來實現的。由于網絡變量的建立過程比較繁瑣，容易出現順序不一致、資源描述不一致的情況，使這種通信方式容易出現故障。由于11號站和20站對網絡變量DM11TO20Y05的資源描述不一致，造成A層給粉機不能投入自動工作方式。由于29號站和32號站的網絡變量DM11TO20Y05定義的順序不一致，造成A循環水泵不能順序啟動。

2.1.3 預防措施

a. 對所有網絡變量進行全面檢查，確保站與站間網絡變量的資源描述、定義順序、屬性保持一致；

b. 在系統組態時，盡可能避免使用網絡變量；

c. 完善DCS系統的功能，提高國產DCS系統的穩定性。

2.2 系統強制功能不完善

2.2.1 故障現象

在DCS系統調試過程中，為滿足某些條件，通常需要強制使某個變量滿足條件，如果強制沒有釋放就關閉了這個站的邏輯，當再次打開該站邏輯時，不能顯示這個變量為強制狀態。若沒有強制記錄，將無法確定本站是否有強制變量，也就不能按照需要釋放被強制的變量，為系統安全穩定運行帶來隱患。此外，當強制某站的網絡變量時，另一個站的網絡變量不會被強制，導致同一個網絡變量在2個站的值不一致，該網絡變量釋放強制后也不能回復到強制前的值。

2.2.2 原因分析

上述問題是由于DCS系統功能不完善造成的，需要進一步完善DCS系統的功能，使其具有查詢強制變量的功能。

2.2.3 預防措施

a. 完善DCS系統的強制功能。

b. 在調試過程中，調試人員需要做好詳細的強制記錄，養成良好的工作習慣。

2.3 控制站初始化下裝問題

2.3.1 故障現象

在新建機組調試時，通過一個工程師站和一個操作員站對控制系統進行組態和邏輯修改。在工程師站或者操作員站登陸20號站時，系統提示是否進行初始化下裝，如果點擊“是”就會導致該站所有組態被刪除，組態將恢復到最初原始狀態。

2.3.2 原因分析

通過分析發現在修改邏輯或組態時，20號站同時在工程師站和操作員站上修改過邏輯，但由于工程師站或者操作員站修改完邏輯后沒有重新編譯下裝，導致編譯后的邏輯與編譯前不一致，這種情況下如果登錄20號站，就會出現初始化下裝問題。

2.3.3 預防措施

a. 可規定工程師站用來作鍋爐相關邏輯的修改和調試工作；操作員站用來作汽輪機相關邏輯的修改和調試工作。

b. 完善DCS系統功能，使系統具有當用戶打開某站的邏輯進行修改時，其他用戶只能以只讀的方式查看該站邏輯的功能。

c. 對DCS控制邏輯作任何修改，都要有詳細的文字記錄。在對DCS邏輯修改工作前，必須檢查記錄，確認修改記錄與當前邏輯完全一致后方可進行修改[3]。

3 結束語

DCS系統的廣泛應用提高了火電廠的自動化控制水平。由于DCS系統是龐大和復雜的系統，在調試中不可避免地會發生硬件或軟件上的故障。對于DCS系統多次出現的故障，需要進行深入的分析和研究，提出有效的預防措施，完善DCS系統的功能，使其更好地為電力生產服務。

參考文獻：

[1] 朱北恒，孫長生，龔 皓．火電廠熱工自動化系統試驗[M]．北京：中國電力出版社，2005．

[2] 吳 海，杜博學.分散控制系統之間數據通信改進[J].電力科學與工程, 2008,24(9): 70-72.

[3] 劉映紅，韓 放，耿慶芝.DCS系統薄弱環節分析報告[J].熱電技術，2006(1)：32-33