DCS熱控系統對火力發電廠的應用探討

秦東東

（神華（福州）羅源灣港電有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

近年來，DCS已廣泛用于電力生產，逐步形成數據采集DAS，模擬控制MCS，順序控制SCS，燃燒器管理BMS4大系統，在蒸汽輪機和鍋爐等熱設備的順序控制，數據采集和鍋爐安全監控方面的都有成功經驗，提高了電廠自動化水平和機組運行的安全水平和經濟性[1]。DCS系統有效解決了集中控制系統的致命弱點-故障集中。DCS的最大優點是故障是分散的，并且使用了大量的微處理器，因此每個微處理器都承擔著小規模的地理控制任務。

1 DCS控制系統概述

1.1 DCS基本原理

DCS又稱分布式控制系統，是一種新型電氣控制系統，該系統的出現有效的彌補了傳統控制系統的不足。DCS控制系統主要是由計算機、通信設備、顯示設備以及控制設備這四個部分組成的[2]。在火電廠中，DCS控制系統根據電廠生產特點劃分為幾個獨立的子系統，各個子系統之間協同工作，各自根據功能完成相應的任務[3]。

1.2 DCS系統的特點介紹

（1）可靠性較高。DCS熱控系統的熱控工作不是由單獨一臺計算機完成的，而是由多臺計算機共同實現的。如果某個計算機出現故障，不會導致整個控制系統崩潰。此外，每個獨立系統的任務分散，單個計算機只需負責單一任務，便于依據用戶功能需求進行系統結構設計，這也在很大程度上提升了每臺計算機的可靠性[4]。

（2）開放性較廣。DCS系統具備模塊化，開放性和標準化的特點。如果需要擴展或更改電氣系統，可以通過激活新的計算機訪問系統信息網絡將其從系統中移除，它不會影響其他系統的工作，因此DCS系統的開放比較好[5]。

（3）系統運行靈活。DCS系統結構是基于控制應用對象的軟硬件組合，DCS系統要經過測量與控制信號以及相互連接來建立關系，采用合適的算法控制規律進行應用[6]，需要應用的監控畫面是由從圖形庫調用的相關圖形組成，控制系統可以根據需求較為方便的構成，以實際需要進行系統的運行控制工作，系統運行極為靈活，從而能夠很好的滿足電廠熱工控制的需求。

1.3 DCS系統在火電廠應用的必要性

隨著電力系統的不斷發展，基于電氣行業開發了比較完善的電氣二級專業技術和管理模式，例如，當前應用較為普遍的火力發電廠電氣自動化管理模型。從管理層而言，火電廠的電氣專業系統是獨立的，與網絡和計算機技術有一定的差距。為了彌補這一差距，研究人員提出將DCS系統應用于火力發電廠[7]。DCS系統的應用使火力發電廠系統更可靠，并避免由于硬接線和按鈕而導致的故障。DCS系統的內部邏輯非常緊湊，原始繼電器模式或固態邏輯可以由控制系統代替，這降低了由于誤操作而導致故障的可能性，提高了整個系統的可靠性和安全性。通過DCS系統，將電氣監控系統和電氣操作設計為一個單元，對機組的運行狀態進行整體監控，提高集中控制的能力[8]。通常，DCS系統提高了火力發電廠運行的整體控制和自動化水平。

2 DCS的單元機組監控

單個單元機組的特點是連續生產，在工廠級自動化之前，DCS系統實現了單元的直接監控功能，同時還將其管理功能不斷擴大。例如，實現對渦輪機的壽命管理，對歷史數據進行存儲、分析并指導操作。管理功能的增強使得DCS系統變得越來越復雜，并且每個單元重復設置相同的軟件模塊，這經常導致投資浪費和可靠性降低。在工廠級自動化之后，要盡量簡化單元級DCS的功能，同時要加強對電氣保護測量以及控制信息的深入理解，對機組進行直接的監控，使，DCS本身簡化為單層結構，以實現系統可靠性的提升和成本的降低[9]。在進行單元優化控制方面，單元級控制系統中能夠快速、可靠、直接干預的單元應盡量保留。DCS系統硬件構成如圖1所示。

圖1 DCS系統硬件構成Fig. 1 Hardware configuration of DCS system

3 DCS熱控系統應用中常見故障的應急處理

在火電廠中，DCS熱控系統故障是不可避免的，對于故障的處理，必須在一定原則下進行。當系統出現故障時，必須立即通知熱工人員處理。操作人員要針對性的采取處理措施，以確保設備安全。操作人員首先要對故障類型和形成原因進行分析，然后針對性的進行故障處理。如果設備能夠安全運行而無法有效控制，先要保證其運行穩定，再聯系維護人員進行維修，如果這樣操作效果不明顯則要停止設備[10]。在熱控系統故障緊急處理時，必須確保每個位置的操作人員的操作安全。發生電源故障，不可盲目恢復，必須要由專業檢修人員進行處理。DCS系統如果出現通訊癱瘓，則需要切換用電。

3.1 操作故障的應急處理

如果某個操作員站出現黑屏，其他操作員能夠正常監控，在保證監控設備正常運行的前提下，及時通知熱工人員進行處理。系統如果監視失常，可以通過工程師站內的操作站對機組進行監控，然后組織檢修人員及時進行檢修。當電源處于正常狀況，但是操作站都有故障，可以通過熱啟來判斷操作站是否正常，如果操作站存在故障則應通知熱工檢修人員進行檢修。如果操作系統不能進行熱啟，且短時間無法恢復，則要停止系統運行[11]。如果機組運行正常，但不能對運行參數進行有效監視，也必須停止運行。

3.2 通訊網絡故障的應急處理

對于SCS出現故障，則要通知熱工人員及時處理，為了確保機組能夠正常的運行，要根據機組運行情況，安排人員進行監視，如果設備運行異常，就要盡快停止機組的運行。對于MCS系統通訊故障，要加強對其監控和處理，要保證系統的各項運行參數在允許的范圍內，一旦超出范圍則要立即停止運行。對于ECS系統通訊故障，要及時安排檢修人員進行檢修，如果系統不能恢復正常，就必須立即停止其運行。

3.3 DCS系統其它功能障礙的應急處理方法

DEH如果發生失電導致汽輪機跳閘，則先依據跳閘的處理方法進行處理，如果無效則要進行手動停止機組運行。對于FSSS失電的情況，要馬上啟動MFT保護機制，否則就立刻停止機組運行[12]。對于MEH失電造成兩個氣泵都發生跳閘的問題，則要對聯鎖動作進行檢查，否則就需手動進行干預，盡量避免MFT的發生。

4 提高火電廠DCS可靠性的方法

4.1 把握好DCS控制系統的選型環節

DCS控制系統的選型對電廠DCS系統的可靠性有著非常重要的影響。首先，要對其它電廠DCS運行狀況進行了解，尤其是要關注類似機組上運行良好的部分控制系統，從而為選型提供參考；其次，在選型過程中要充分考慮系統硬件的可靠性，優選功能更為全面，性能更佳的硬件設施，必須具備較好的運算、儲存和抗干擾的能力；再次，DCS要確保足夠的冗余程度來確保故障不會影響機組整體的安全運行；最后，DCS系統軟件應選擇便于維護和擴展的，不能出現因軟件不穩定而導致控制器的死機以及系統崩潰的問題，此外，要求人機交互方式良好，可對程序進行修改和下載。

4.2 施工工藝和質量進行嚴格把關

在火電廠的運行過程中，要提高其工作的穩定性與安全性，就必須采取合理的措施來保證其安裝工作的有效性。為現階段，針對火電廠的DCS控制系統在安裝工作中所存在的問題，相應的單位以及工作人員必須立足于實際的火電廠生產情況，在此基礎上進行深刻分析，在安裝規模較大時對其施工工藝與質量進行嚴格把關，以此來確保安裝工作的安全可靠，從而提升系統的安裝水平[13]。與此同時，在實際的安裝過程中，要將控制系統對火電廠的干擾降到最低，提前對電纜類型進行區分，還需要規范使用屏蔽線，在安裝電纜時還要對其進行完整的標記，杜絕后續的風險問題。除此之外，還需要對DCS控制系統中的電子設備進行管理，按照火電廠的安裝要求來開展安裝計劃，以此來減少火電廠所面對的安裝壓力，最大程度保證火電廠的可持續性發展。

4.3 優化程序設計和調試

鑒于火電廠DCS控制系統的現狀，只有對其進行優化程序設計和調試，才能夠為其后續的應用提供一定的保障，進而為火電后續工作的展開奠定一定的基礎。在實際的優化過程中，首先必須根據系統的實際運行情況制定一定的優化組態程序設計，結合保護邏輯連鎖的判斷依據，對軟件以及硬接線進行合理保護，并對開關量和模擬量進行有效組合，采用三取二保護的機制來對其進行設計，從而保證DCS控制系統的可靠性，確保后續工作的正常開展。除此之外，在進行調試的過程中，由于DCS控制系統從在線調整到投入運行中包含了多個過程，在實際的調試過程中，相應的測試人員以及程序設計人員要增強自身的責任感，在實際的測試過程中加強合作與交流，注意組態設計和邏輯控制保護設計的合理性，對控制系統中的所有回路進行仔細測試，如果在測試的過程中發現了相應問題，要及時進行反映并記錄，將問題進行有效解決，提高驗收工作的水平。

4.4 加強人員管理和培訓的力度

在DCS控制系統中，操作人員工作的有效性對整個系統的運行有著很重要的影響。對此，相應的企業以及單位必須增強對人員管理與培訓的意識，重視工作人員的專業技能與綜合素質培養。企業可以定期進行培訓工作，在培訓時可以將仿真機和實際系統相結合，邀請操作人員參與到調試階段的設計過程，從而使其能夠掌握DCS控制系統界面操作流程，以此來提升人員的專業技能水平，而在此過程中，也可以進一步促進其綜合素質的提高。通過對人員工作業務水平的提升來減少人為失誤，保證系統的軟件和硬件性能，從而確保設備的經濟性和安全性，促進DCS控制系統更加穩定、安全的運行。

5 結語

總之，隨著電力系統的改革，發電廠面臨嚴峻的市場挑戰，火電廠運營成本和安全管理的要求也在不斷提高。將電氣控制結合到DCS系統應用于火力發電廠，電氣自動化控制系統逐漸跟隨時代的腳步，以滿足日益嚴格的技術要求，同時，我國電力工業的快速發展也對DCS系統提出了更高要求。