火電廠DCS分散控制系統的故障及預防分析

邵瀏睿

摘 要：DCS系統在火電廠運行中有著十分重要的作用。本文結合某火電廠DCS控制系統運行的實踐，就其主要故障和預防措施進行了探討。

關鍵詞：火電廠；DCS控制系統；故障；預防

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A

1 工程實例

某火電廠裝機容量是4×300MW機組，自2012年-2014年間4個機組的DCS控制系統相繼改造為上海新華控制技術（集團）有限公司設計生產的XDC800分散控制系統。以單臺機組為例，其有一工程師控制室，配置一臺工程師站（ENG51），一個歷史站（HSU52），一個通信站（COM54），一臺OPC站（OPC53），機組中央集控室配備5個操作站（OPU41～45），一臺單元長操作臺（DYZ47）。現場電子間配備網絡柜、控制柜、電源柜，其中23個控制柜，裝配23對XCU主副控制器（包括：XCU01/21～XCU20/40，兩個遠程數據傳輸站XCU61/81、XCU62/82及脫硝控制柜XCU71/91）。

2 火電廠DCS控制系統主要故障分析

2.1 網絡通信故障

（1）實時數據網絡故障

①網路全部癱瘓，即所有HMI操作無響應或響應延遲大，畫面數據不刷新或刷新很慢，實時數據顯示為壞點，全部控制設備無法監控；在系統自檢畫面中顯示所有HMI、XCU網線連接為虛線，顯示脫雙網。該故障原因一般為交換機電源失去、交換機故障、多處網線連接故障或系統數據量過大造成網絡堵塞所致。故障后果為機組所有或大部分設備失去監控，各控制器之間無法通信，可能引發設備損壞、機組跳閘的嚴重后果。

②實時數據網單網運行，即A網或B網單獨運行，機組正常運行。故障原因是部分交換機電源失去、部分交換機故障或網線連接故障。但DCS控制任能正常運作，運行人員亦可對機組進行正常監控，若另一網絡故障，將引起DCS全網癱瘓。

③實時數據網絡局部故障，即部分HMI、XCU脫網，離線的HMI、XCU電源正常，XCU運行指示燈顯示正常，HMI亦未死機。故障原因為部分網絡接口故障、部分交換機電源失去、部分交換機故障或網線連接故障。故障可能造成部分HMI失去監控功能，離線的XCU控制器所控設備失去監控，可能引發設備損壞、機組跳閘發生。

（2）I/O網絡故障

即某XCU模件故障（I/O站一個或多個離線）。其故障原因一般為：I/O網絡交換機電源失去、I/O網絡交換機故障或通信模件XCC-NET故障，I/O網線接頭松動或損壞。故障所致I/O站模件所屬設備失去監控，重要的I/O故障可能引起機組跳閘。

實例分析：由于該廠實際情況需將#3、#4機組集控室合并，#3機組的集控室及工程師室要搬至#4機組集控室及工程師室，因#3機組電子間距離合并后的集控室較遠，直線距離超過100m，加上走橋架拐彎，實際不能采用網線連接，為可靠期間，DCS改造中采用4芯多模光纖把#3電子間網絡柜NOO與#3工程師站、操作員站連接起來，在#3、4工程師站單獨安裝一面機柜，命名為COO網絡柜，柜內安裝兩臺24口A、B網DLINK交換機，一臺16口DLINKC網交換機，光端機、光端盒等，網絡拓撲結構為總線結構。#3電子間的XCU控制器的A、B網進NOO柜網絡柜，操作員站、工程師站、單元長臺的A、B網進COO網絡柜。

2016年11月22日23：30#3機組DCS工程師站、操作員站流程圖畫面數據閃爍，時而正常顯示，時而呈紫色壞點狀，且運行人員無法進行正常操作，機組摸黑運行近20分鐘，后又自行恢復正常。熱工技術人員發現電氣UPS電源電壓異常波動致光纖發送器數據傳輸中斷，電源正常后，畫面顯示及操作均正常。此次事故暴露了一個問題：即由于#3機工程師室，集控室的移位，NOO網絡柜與COO網絡柜之間采用光纖發送數據，但未設置冗余，該光纖發送器由于電源電壓不間斷故障，致使其不能正常工作從而引起數據傳輸的中斷，給運行人員的監視及操作造成茫然恐慌，UPS電源恢復正常后DCS系統正常。

2.2 HMI站故障

（1） 操作員站部分失去，即一個或幾個操作員站CRT黑屏，一個或幾個操作員站雖有過程畫面顯示，但無數據刷新、操作無響應，仍有部分操作員站正常工作。故障原因一般為：部分操作員站電源失去、操作員站死機、CRT顯示器壞、相關網絡交換機失電或故障。故障造成運行人員監控設備減少，影響監控。

（2） 操作員站全部失去，即所有HMI站CRT黑屏，無過程畫面或雖有畫面，但數據不刷新，操作無響應。故障原因：操作員站電源失去，操作員站故障，DCS電源失去。此時運行人員無法通過DCS畫面監控，若DCS電源失去則機組跳閘。

2.3 控制器故障

（1） 互為冗余的主副控制故障，即自檢畫面顯示控制器網絡連接為虛線，脫雙網，控制器所涉及的實時數據為壞點，設備無法操作控制。故障原因為：控制器雙路DC24V電源均失去，主副控制器都故障，控制器網絡故障。故障造成控制器所涉及的設備無法操作，測點參數無法顯示，重要控制器故障也可造成機組跳閘。

（2） 單側控制器故障，即冗余的控制器其中之一故障，另一個仍在正常工作。這對機組運行不影響，致使所控制得設備監控失去冗余功能，存在隱患。

2.4 電源故障

（1） DCS電源雙路失去，即DCS系統全部失電，系統無法工作，對機組失去控制，造成鍋爐MFT、汽輪機跳閘、發電機解列。

（2） DCS電源單路失去，即DCS系統雙路冗余電源失去，一般原因為UPS電源或保安電源失電 ，此時機組尚能正常運行，如若處理不當，亦可造成DCS電源全部失去。

（3） 控制柜電源失去，即某控制柜分電源開關跳閘；交流電源切換箱故障；控制器直流電源模件故障。故障造成控制器所涉及的設備無法操作，測點參數無法顯示，重要控制器故障也可造成機組跳閘。

3 DCS系統故障的預防及可靠性的技術措施

（l）對DCS設備和檢修維護實行全過程管理，盡早發現缺陷并及時處理。完善DCS自診斷和故障報警功能，對DCS運行狀況的實時監控：需要監視主副控制器的狀態，監視主副主控制器網絡的狀態，監視各控制站冗余的CC-NET通信模件的工作狀態，對各控制器及網絡的負荷率進行監視，冗余的電源模件的工作狀態。在日常工作中，應切實加強電源輸出穩定性的檢查，預防由于電壓不穩定導致的問題，而且需要加強對其的經常性維護。

（2）當DCS裝置發生故障，需用備件更換時，使用前必須對備件進行功能測試，外觀進行檢查，以防患于未然。

（3）對電子間的環境溫度、濕度進行監測，掌握維持電子間環境溫度、濕度在DCS系統的正常工作范圍內。

（4）UPS電源防范措施：定期用紅外線測溫儀測量關鍵接線端子的溫度，做好技術檔案記錄，注意溫升；用萬用表測量兩路電源電壓值，做好記錄，注意電壓波動；利用大、小修停機期間做電源切換試驗。切換是否正常，切換時間間隔是否符合技術規范；電廠是一個高電壓、大電流、強磁場干擾的環境，必須進行計算機接地系統的檢查。

（5）制訂DCS應急預案和典型故障處理方案，防止因處理不當引起的DCS故障。

結語

本文主要結合某火電廠的實踐，對其DCS控制系統可能出現的故障進行分析預想，并就如何防范這些故障，提出了相應的預防措施，有效地確保了其運行的安全性和穩定性，避免故障出現的同時確保電廠的運行效率得到提升。

參考文獻

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[2]陳鵬，郭亮.火電廠DCS控制系統故障的應急處理及預防措施研究[J].中國石油和化工標準與質量，2016，36（21）：33-34.