國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠應(yīng)用及常見故障處理

李海宏

摘要：火力發(fā)電廠肩負(fù)著電能生產(chǎn)的重要責(zé)任，機(jī)組的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行尤為重要。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)大部分火電廠為了確保機(jī)組的正常運(yùn)行，都采用了DCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)在保障機(jī)組運(yùn)行方面效果顯著。但是由于一些原因的影響，使得DCS系統(tǒng)常常會(huì)出現(xiàn)故障，這嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性，為此，必須針對(duì)這一問題采取有效的處理對(duì)策加以解決。基于此點(diǎn)，本文結(jié)合神華國(guó)華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司2×880MW機(jī)組DCS系統(tǒng)，就火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的常見故障與處理對(duì)策展開研究。

關(guān)鍵詞：火電廠;DCS系統(tǒng);故障;運(yùn)行可靠性

DCS系統(tǒng)即分散控制系統(tǒng)，它是一種集計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信、控制、圖像顯示等技術(shù)于一身的控制系統(tǒng)。神華國(guó)華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司2×880MW機(jī)組DCS系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)和利時(shí)HOLLYSYSMACSV系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)和基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制方式由工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊站、系統(tǒng)服務(wù)器組成的綜合控制系統(tǒng)。

1.火電廠DCS系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象及其原因分析

雖然各個(gè)火電廠采用的DCS系統(tǒng)均不相同，但是DCS系統(tǒng)的故障性質(zhì)卻基本大同小異，可將系統(tǒng)故障大致分為以下三大類：即硬件故障、軟件故障和人為故障。

1.1硬件故障

常見的故障現(xiàn)象有DPU脫網(wǎng)、無法正常初始化和切換等等。其中以無法正常初始化較為常見，引起此類故障的原因主要是主DPU和輔DPU之間的下位機(jī)程序出現(xiàn)異常，從而導(dǎo)致DOC芯片不兼容;引起DPU脫網(wǎng)的原因有電氣元件老化、散熱器損壞、主板電容燒損、通訊端子接觸不良等等。同時(shí)DPU運(yùn)行的負(fù)載率過高也會(huì)導(dǎo)致DPU死機(jī)脫網(wǎng).

1.2軟件故障

引起此類故障的主要原因是DCS系統(tǒng)軟件自身的問題。通常情況下，可將DCS系統(tǒng)的軟件故障分為系統(tǒng)軟件故障和應(yīng)用軟件故障兩種，前者多是由系統(tǒng)自帶的，如系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的不周全，在執(zhí)行某些命令時(shí)便會(huì)引發(fā)故障，從而造成系統(tǒng)停機(jī)和死機(jī)等問題;DCS系統(tǒng)的應(yīng)用軟件一般都是使用者自己編寫的，在具體應(yīng)用中，由于這類軟件的編寫工作比較復(fù)雜并且工作量非常大，所以一不小心便會(huì)出錯(cuò)，而一旦編寫錯(cuò)誤便會(huì)使軟件應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)問題，如圖形組態(tài)畫面與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不符、閥門位置序列號(hào)標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤等等。

1.3人為故障

所謂的人為故障實(shí)質(zhì)上就是操作不當(dāng)引起的故障。在DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)某項(xiàng)功能無法正常使用會(huì)使某個(gè)控制部分不正常工作的情況，但DCS系統(tǒng)本身卻并沒有故障，此類問題多數(shù)是因?yàn)椴僮魅藛T對(duì)DCS系統(tǒng)的功能不熟悉或是操作不熟練造成錯(cuò)誤操作引起的。尤其是一些初次接觸DCS系統(tǒng)的操作者，由于他們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，所以常常會(huì)出現(xiàn)誤操作的現(xiàn)象。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段

2.1 DCS系統(tǒng)硬件配置

要提高DCS系統(tǒng)的安全可靠性，增強(qiáng)DCS系統(tǒng)本身抵御事故能力是關(guān)鍵，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)考慮系統(tǒng)配置這個(gè)因素。近年來，國(guó)內(nèi)DCS系統(tǒng)發(fā)生的故障，如惡性的系統(tǒng)癱瘓、操作員站部分或全部死機(jī)及局部系統(tǒng)失靈等典型故障，大多與系統(tǒng)硬件配置不當(dāng)有關(guān)，主要表現(xiàn)為資源配置過緊，處理器配置過少，CPU負(fù)荷率太高;處理器的配置不滿足分散度的要求，危險(xiǎn)過度集中;I/O點(diǎn)配置不合理，很多重要保護(hù)和調(diào)節(jié)用信號(hào)集中在一塊I/O板上或集中在一個(gè)站內(nèi)等。因此在設(shè)計(jì)過程中首先應(yīng)充分考慮DCS系統(tǒng)硬件配置的裕度，保證控制器的CPU負(fù)荷率，《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定控制器的CPU負(fù)荷率應(yīng)在40%以下，實(shí)際應(yīng)用中考慮到設(shè)備老化和使用中增加系統(tǒng)容量或其它相關(guān)功能，在設(shè)計(jì)初始階段一般要求將控制器CPU負(fù)荷率指標(biāo)定在20%-30%，最好在25%以下，不能因節(jié)省經(jīng)費(fèi)而影響系統(tǒng)性能;其次，處理器的配置應(yīng)滿足分散度要求，保持重要保護(hù)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立，不能為降低處理器負(fù)載、均衡處理任務(wù)而放棄工藝、功能劃分原則。

2.2電源切換裝置切換時(shí)間過長(zhǎng)。

關(guān)于電源切換時(shí)間，《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中明確規(guī)定應(yīng)不小于5ms（應(yīng)能保證控制器不初始化），但實(shí)際上很多DCS廠家提供的電源切換裝置都達(dá)不到切換時(shí)間小于5ms的標(biāo)準(zhǔn)，但在出廠測(cè)試時(shí)基本都能滿足保證控制器不初始化的要求。對(duì)于這一問題，筆者建議在DCS系統(tǒng)出廠驗(yàn)收時(shí)在進(jìn)行電源切換試驗(yàn)的同時(shí)，一定要堅(jiān)持進(jìn)行電源切換時(shí)間測(cè)試，要求廠家達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn);同時(shí)，在以后的使用過程中定期對(duì)電源切換時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)切換時(shí)間過長(zhǎng)及時(shí)處理。

2.3通訊網(wǎng)絡(luò)是DCS系統(tǒng)的工作平臺(tái)

各DCS廠家也都對(duì)網(wǎng)絡(luò)采取了冗余措施，但仍存在一些問題。首先表現(xiàn)在冗余不徹底之，交換機(jī)與交換機(jī)間的通訊光纜沒有冗余（或冗余光纖共用一根光纜）或光端機(jī)沒有冗余等;其次，對(duì)同一廠內(nèi)不同機(jī)組的DCS系統(tǒng)（包括共用系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)）在建立“I/O點(diǎn)目錄"、"標(biāo)簽名稱"等方面沒有總體規(guī)劃，在接口通訊中留下刷新、覆蓋，進(jìn)而引發(fā)通訊癱瘓的危險(xiǎn)。筆者建議在進(jìn)行DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)的硬件配置要保證真正的冗余，不能存在因某一硬件故障影響網(wǎng)絡(luò)通訊的局部瓶頸;在定義“I/O點(diǎn)目錄"、"標(biāo)簽名稱"等數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)要總體規(guī)劃，避免同一廠內(nèi)不同機(jī)組的DCS系統(tǒng)的“I/O點(diǎn)目錄"、"標(biāo)簽名稱"等重名;操作員站的網(wǎng)線連接應(yīng)避免接在同一對(duì)交換機(jī)上，防止因交換機(jī)之間的通訊硬件設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)部分被控設(shè)備失去監(jiān)控或該交換機(jī)故障引起所有操作員站癱瘓。

3.解決火電廠DCS系統(tǒng)故障問題的有效處理對(duì)策

通過上文對(duì)DCS系統(tǒng)故障分析可知，引發(fā)系統(tǒng)故障的主要原因是系統(tǒng)自身問題和人為操作問題，所以想要確保DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)從這兩方面著手解決，具體可采取以下措施。

3.1加大對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)力度

應(yīng)當(dāng)做好巡檢和定期檢查工作，并將檢查重點(diǎn)放在以下環(huán)節(jié)上：定期對(duì)DCS系統(tǒng)的風(fēng)扇進(jìn)行檢查，看其是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，風(fēng)道有無堵塞的情況;對(duì)各個(gè)通訊線路進(jìn)行檢查，看其連接是否牢固可靠、接口是否存在異常;定期對(duì)各個(gè)端子、模件進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，以確保其能夠始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài);加強(qiáng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行過程中設(shè)備的維護(hù)和巡檢力度，認(rèn)真檢查通訊狀態(tài)，避免因通訊故障的發(fā)生引起系統(tǒng)失靈;在對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造的過程中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真做好調(diào)研工作，并對(duì)升級(jí)方案加以完善，同時(shí)還要選擇好相應(yīng)的技術(shù)和安全措施，以此來確保DCS系統(tǒng)以及機(jī)組設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2預(yù)防人為故障的措施

綏中發(fā)電公司根據(jù)具體情況，制定相應(yīng)措施如下1、用制度對(duì)員工加以規(guī)范，并制定相應(yīng)的獎(jiǎng)懲措施，對(duì)于因嚴(yán)重誤操作導(dǎo)致系統(tǒng)故障引起重大損失的應(yīng)當(dāng)追求當(dāng)事人責(zé)任，對(duì)于有防范重大事故發(fā)生的員工應(yīng)給予適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)，以此來調(diào)動(dòng)員工的工作積極性，這有助于確保DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。2、制訂切實(shí)可操作的熱控系統(tǒng)應(yīng)急處理預(yù)案，并定期進(jìn)行反事故演習(xí)。3、部分應(yīng)急備件儲(chǔ)存工程師站，以備應(yīng)急之需。4、重要仿真、應(yīng)急預(yù)案形成文件資料，可以隨時(shí)查閱。

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