DCS電源失電原因分析

摘要：通過一起因保安段失壓所造成的DCS部分電源失電事件，詳細分析了DCS電源配電箱的工作原理，探討了DCS電源未正常切換的原因，針對事故中存在出的問題提出了改進意見和預防措施，為預防DCS電源故障提供借鑒。

關鍵詞：DCS"配電箱;電源切換;UPS

1、引言

目前，火力發電廠DCS系統應用已十分廣泛，作為保證DCS系統正常工作的重要環節，DCS供電電源十分重要。在《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中，針對防止分散系統失靈、熱工保護拒動事故，專門提出了“系統電源應設計有可靠的后備手段（如采用UPS電源）”的要求，而經過近些年DCS系統在各電廠應用中出現的電源故障事件，DCS廠家也對硬件的配電部分進行了改進，提高了電源部件本身的可靠性。但在實際應用中仍會出現DCS系統失電的情況，到底是電源部件問題還是其它原因，值得我們進行深入的分析，下面以某電廠DCS系統的一起因保安段失壓所造成的事故進行探討。

2、概述

某電廠于2006年投產2臺300MW熱電聯產機組，其DCS系統采用上海新華控制技術有限公司生產的XDPS-400分散控制系統，根據系統電源可靠性要求，其電源配電箱接受兩路220V·AC輸入，一路來自UPS不停電電源系統，一路來自保安段，兩路電源經濾波之后作為DPU和I/O電源，并提供一路切換后的電源，作為風扇設備和其它調試設備的電源。其配電箱原理圖見圖一。

與新華公司早期的電源配電箱相比，其切換回路有了一定的改進，圖二為某電廠2000年投產的同樣采用海新華控制技術有限公司生產的XDPS-400分散控制系統的電源配電箱原理圖，從圖中可以看到兩路電源經過配電箱濾波之后得到二路正常電源，作為I/O電源，并提供一路切換后的電源，作為DPU等設備和其它調試設備的電源。

從以上兩圖可以看出，圖二所示原配電箱由切換后的電源給主、副DPU及其它調試設備的電源，這樣就存在兩方面安全隱患：一是一旦電源故障切換不成功會造成主、副DPU同時失電，影響機組安全運行。二是DPU電源和調試用電在一起，一旦外部調試設備出現短路故障會影響系統供電。新的電源配電箱則將兩路電源各自供給主、副DPU，一路電源故障時自動切換為由另一路電源供給兩套DPU，這樣即使切換不成功也能保證至少一套DPU正常運行。同時由切換后的電源作為風扇設備和其它調試設備的電源，該路電源經過空氣開關單獨控制，保證出現短路故障不影響系統供電。

3.故障現象及分析

2013年3月2日5時37分某電廠#6機廠用電失壓，#6機6KVA段失壓后造成#1鍋爐變及380V保安A段失去工作電源，同時運行人員發現熱工DCS系統#42、#44操作員站黑屏、#6值長臺黑屏等現象，運行人員緊急利用其它操作員站進行操作，操作員站及值長臺經熱工人員重啟后工作正常。

從事故發生的現象上來看，DCS部分操作員站及值長臺黑屏，是由于當保安段失壓時電源失去但UPS未及時切換所造成。對此，我們在電源故障消除后對DCS配電柜往各路供電的空氣開關進行了檢查，測量送至各控制柜和操作員站雙路空氣開關供電電源，電流基本一致（1.5A左右），說明正常情況下雙路電源供電正常。進一步檢查歷史記錄發現，在保安段電源失壓的同時，DCS系統有一半左右的DPU出現脫網情況，時間約為1分鐘，其現象與DPU重啟相吻合。結合#42、44操作員站黑屏而#41、43操作員站正常的情況，可以判斷出各電源配電箱在保安段電源失去時切換不正常。經向新華公司的技術服務工程師咨詢，雖然規程要求電源切換時間小于5ms，實際一般切換時間低于30ms都不會影響電腦及DPU正常運行，說明在保安段電源失去需切為UPS電源時，切換時間在30ms以上。

為了判斷電源配電箱是否正常，我們對操作員站電源分別進行了拉掉單路電源試驗，電源切換正常，各操作員站未出現死機、黑屏等現象，說明電源配電箱工作正常，在一路失電時能正常切換。

通過以上現象分析，正常停電時電源配電箱切換正常，但在事發時卻未及時地正常切換，十幾臺電源配電箱均出現此類情況，因此，對保安段電源的故障原因需要進行進一步的分析。

經向電氣專業人員了解，#6機6KVA段失壓后造成#1鍋爐變及380V保安A段失去工作電源，但保安A段母線低電壓保護及380VA段母線低電壓保護均未動作，沒有聯啟柴油發電機，使其全部失壓。而在3月4日，進行保安PC"A段模擬失壓試驗3次，試驗#6機380V保安PC"A段PT低電壓保護動作正常，6機柴油發電機聯啟正常。

由于#6機6KVA段失壓時380V保安A段、380V各A段低電壓保護均未動作，同時熱工DCS配電箱內電源也未正常切換，而在事后的試驗中無論是電氣低電壓保護還是熱工電源切換均動作正常，可以認為電氣低電壓保護及熱工電源配電箱無問題。通過查閱DCS電源系統的相關資料，檢索相關的參考文獻，結合本次事件故障現象，發現與廣東某電廠所發生的一起因熱控電源失電造成的停機事件非常相似，結論為：在6KVA段失壓過程中，6KVA段本身帶有各種輔機運行，如送、引風機等，由于切換不成功，導致所掛的鍋爐變及380V保安A段失壓，但由于輔機沒跳閘，因輔機的慣性，輔機在短時間內作為發電機在運行，6KV仍有一定的殘壓慢慢降低，因此，380V保安A段仍有一定殘壓，而電源箱切換繼電器動作需要的電壓值一般在小于100V左右才會動作，即保安段電源小于100VAC電源才會切換至UPS工作，整個切換過程時間可達100～200"ms，而在此電壓值時，其相關的DPU、操作員站等已停止工作。

4.總結

通過對這次DCS操作員站黑屏的原因分析，總結出以下幾點：

1、DCS系統內部的電源配置，經過DCS廠家對電源配電箱的改進，電源配電箱兩路電源各自供給主、副DPU，一路電源故障時自動切換為由另一路電源供給兩套DPU，這樣即使切換不成功也能保證至少一套DPU正常運行，提高了系統的可靠性，避免了因失電造成的DCS失靈事故。

2、為更方便地監視DCS系統各路供電電源，應對電源配電箱進行更換，采用帶電壓監視電源箱。

3、應利用停機機會模擬6KV段失壓試驗，確定在6KV段失壓的事故狀態對電氣低電壓保護及熱工DCS電源切換的影響，以采取相應的防范措施。

由于機組設備的復雜性，DCS系統失電的故障情況有多種：有些可能是部分失去，有些只是短暫失去，有些可能長時間失去甚至全廠失電。緊急故障情況的處理不僅需要各種技術措施提供保障，也需要運行人員根據情況靈活處理。為防止DCS失電故障處理不當而擴大事故，需要我們認真分析每一次事故發生的原因并制定可靠的預控措施，防止類似事故的再次發生。

參考文獻：

[1]楊云珍.一起熱控系統電源故障的分析處理.廣西電力.2005年第1期

作者簡介：

段霞.女.河南新鄉人.1977年9月出生.大學畢業.工程師.現在新鄉豫新發電有限責任公司生產技術部工作.