淺析新建機(jī)組提高分散控制系統(tǒng)DCS穩(wěn)定性的措施

馮國(guó)強(qiáng)

摘要：隨著電廠熱工自動(dòng)控制技術(shù)的不斷提高，DCS與DEH一體化及全廠DCS控制成為發(fā)電廠自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。分散控制系統(tǒng)DCS的安全、可靠與否對(duì)于保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文從 DCS控制系統(tǒng)硬件配置、設(shè)備安裝、I/O點(diǎn)設(shè)計(jì)三個(gè)方面著手，結(jié)合發(fā)電廠建設(shè)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，細(xì)化分散控制系統(tǒng)配置選型、現(xiàn)場(chǎng)安裝、設(shè)計(jì)配合措施，淺談發(fā)電廠建設(shè)過(guò)程中如何有效提高分散控制系統(tǒng)DCS穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng);發(fā)電廠;穩(wěn)定性

引言

分散控制系統(tǒng)DCS因具有通用性強(qiáng)、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機(jī)界面友好、運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外電力、石油、化工等生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。特別是國(guó)內(nèi)大型發(fā)電機(jī)組控制領(lǐng)域，對(duì)DCS系統(tǒng)有著很廣泛的應(yīng)用。且近年來(lái)，在運(yùn)行機(jī)組升級(jí)改造中，全廠DCS系統(tǒng)控制、DCS系統(tǒng)與DEH系統(tǒng)一體化成為主流趨勢(shì)。隨著分散控制系統(tǒng)DCS在發(fā)電機(jī)組熱工自動(dòng)控制中的廣泛應(yīng)用，DCS的安全、可靠、及時(shí)準(zhǔn)確與否對(duì)于保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。所以分析引起DCS系統(tǒng)故障的原因，采取有效的辦法提高DCS系統(tǒng)穩(wěn)定性，使電廠生產(chǎn)系統(tǒng)更安全、更可靠，是發(fā)電廠熱工自動(dòng)控制的重要研究方向。

一、各大品牌DCS系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)發(fā)電廠行業(yè)應(yīng)用情況

目前，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)發(fā)電廠行業(yè)的DCS系統(tǒng)有很多，如進(jìn)口品牌ABB、西門(mén)子、艾默生等;國(guó)產(chǎn)品牌有國(guó)電智深、和利時(shí)、浙江中控、南京科遠(yuǎn)等。

縱觀國(guó)內(nèi)近二十幾年的發(fā)電廠行業(yè)，前十幾年的大型發(fā)電機(jī)組，如660WM、1000MW的大型發(fā)電機(jī)組熱工自動(dòng)控制幾乎全部依靠進(jìn)口品牌DCS系統(tǒng)。核心技術(shù)脫胎于進(jìn)口企業(yè)的國(guó)產(chǎn)品牌DCS系統(tǒng)只能在小型自備電廠、小型化工企業(yè)、供熱機(jī)組等設(shè)備相對(duì)單一、控制要求較低的行業(yè)摸索。隨著國(guó)產(chǎn)技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)，自主研發(fā)系統(tǒng)越來(lái)越成熟，自主品牌對(duì)國(guó)外技術(shù)依賴(lài)度越來(lái)越低。且國(guó)內(nèi)發(fā)電廠對(duì)熱工自動(dòng)控制技術(shù)安全性、自主性越來(lái)越重視，各國(guó)產(chǎn)品牌在發(fā)電廠新建機(jī)組、改造機(jī)組中應(yīng)用業(yè)績(jī)逐步增多，DCS系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化也逐漸成為趨勢(shì)。

二、在使用中影響DCS系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的因素

每個(gè)廠家的DCS系統(tǒng)都有其各自的特點(diǎn)，在發(fā)電廠應(yīng)用領(lǐng)域硬件配置、運(yùn)行要求等方面都有不同的要求。但經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)發(fā)電廠幾十年運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，除卻DCS系統(tǒng)軟件本身技術(shù)的限制，還可從以下三個(gè)方面著手解決影響DCS系統(tǒng)在使用過(guò)程中穩(wěn)定運(yùn)行的因素：

（1）DCS系統(tǒng)硬件配置問(wèn)題。這類(lèi)型問(wèn)題主要包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置、電源配置、控制器配置、控制器負(fù)荷率等問(wèn)題。

（2）設(shè)備安裝問(wèn)題。這類(lèi)問(wèn)題主要包括DCS系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、DCS系統(tǒng)接地及接線問(wèn)題等。

（3）I/O點(diǎn)設(shè)計(jì)、分配問(wèn)題。這類(lèi)問(wèn)題主要考慮點(diǎn)位冗余配置、節(jié)點(diǎn)類(lèi)型問(wèn)題等。

三、提高DCS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的措施

1.提高DCS系統(tǒng)硬件配置水平。

提高DCS系統(tǒng)硬件配置水平主要可以從冗余配置、重要網(wǎng)絡(luò)域獨(dú)立、控制器負(fù)荷率幾個(gè)方面考慮。

1.1在DCS系統(tǒng)硬件配置中，要求網(wǎng)絡(luò)冗余、電源冗余以及控制器冗余配置是最基本的DCS系統(tǒng)硬件配置原則。通訊線纜、交換機(jī)的雙重冗余最大可能減少通訊故障，提供雙路UPS電源且DCS系統(tǒng)自帶雙電源切換裝置，保證在運(yùn)行中，系統(tǒng)不失電。

1.2重要網(wǎng)絡(luò)域獨(dú)立。為了避免某個(gè)子系統(tǒng)的故障擴(kuò)大化，我們可以將全廠按照功能以及設(shè)備分布區(qū)域劃分成不同的網(wǎng)絡(luò)域，如化水域、輸煤域、除灰渣域、煙氣凈化域、鍋爐域、汽機(jī)域等等，然后化水、輸煤、除灰渣、煙氣凈化又可以全部納入輔助控制系統(tǒng)，鍋爐、汽機(jī)、主機(jī)公用部分又可以納入主機(jī)控制部分，最終集控室內(nèi)又可設(shè)置訪問(wèn)全廠的全功能站，分域管理、分級(jí)管理、單向訪問(wèn)，細(xì)化操作員職責(zé)同時(shí)又能避免故障擴(kuò)大。

1.3控制每對(duì)控制器負(fù)荷率。根據(jù)各廠家DCS系統(tǒng)DPU負(fù)荷量以及機(jī)柜卡件容量來(lái)看，每只機(jī)柜I/O點(diǎn)容量在250點(diǎn)以?xún)?nèi)，每對(duì)DPU控制在500點(diǎn)以?xún)?nèi)，DPU才能更高效的工作。同時(shí)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的800×600×2200（寬X深X高，mm）機(jī)柜來(lái)說(shuō)，250點(diǎn)以?xún)?nèi)才能保證機(jī)柜內(nèi)卡件的合理分布以及線纜布線的工藝美觀度。

2.合理規(guī)范化進(jìn)行DCS系統(tǒng)安裝接線。

2.1DCS系統(tǒng)安裝對(duì)于電子間環(huán)境有較高的要求。DCS系統(tǒng)運(yùn)行要求電子間的溫濕度適宜、同時(shí)要注意安裝在防塵、防靜電、震動(dòng)較小的房間內(nèi)，同時(shí)DCS系統(tǒng)機(jī)柜及布線要避免接近380V以上線纜及盤(pán)柜。尤其對(duì)于輸煤系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O柜，一定要注意做好封堵，避免煤粉污染卡件，造成卡件故障。

2.2按要求進(jìn)行DCS系統(tǒng)接地。DCS系統(tǒng)接地要從DCS機(jī)柜接地以及信號(hào)接地兩方面考慮。DCS系統(tǒng)要按要求設(shè)置獨(dú)立的接地點(diǎn)，接入電氣一次接地網(wǎng)的接入點(diǎn)要至少與大功率電機(jī)接地間隔50m以上;同時(shí)要注意DCS系統(tǒng)接地線纜的線芯截面積以及接地匯聚銅牌的尺寸大小。信號(hào)接地要按強(qiáng)條實(shí)施，注意單點(diǎn)接地以及接地線連續(xù)性。

2.3信號(hào)線接線需在注意工藝美觀度的基礎(chǔ)上保證安全、準(zhǔn)確、牢固。在接線過(guò)程中，因先接柜側(cè)、就地線芯裸露接觸電源而燒毀卡件的事故時(shí)有發(fā)生。曾經(jīng)在某660MW機(jī)組電廠整套啟動(dòng)調(diào)試時(shí)，也曾發(fā)生重要信號(hào)柜內(nèi)線芯松動(dòng)導(dǎo)致跳機(jī)事故。

3.I/O點(diǎn)設(shè)計(jì)、分配需從提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性出發(fā)。

3.1重要保護(hù)信號(hào)I/O點(diǎn)要考慮獨(dú)立取源、多重冗余配置，如主蒸汽壓力、溫度信號(hào)，我們通常會(huì)考慮各取三個(gè)獨(dú)立的測(cè)點(diǎn)，且電纜也考慮單根電纜，重要信號(hào)進(jìn)行“三取二”判斷。

3.2重要信號(hào)以及互為備用的設(shè)備相關(guān)I/O 點(diǎn)需盡量考慮分布在不同的控制器及不同的I/O 模塊下，避免故障擴(kuò)大化。

3.3重要開(kāi)關(guān)量信號(hào)需根據(jù)實(shí)際情況考慮節(jié)點(diǎn)類(lèi)型。如電氣設(shè)備分合閘信號(hào)，可以根據(jù)情況考慮常開(kāi)節(jié)點(diǎn)控制，避免繼電器長(zhǎng)期吸合燒毀繼電器導(dǎo)致誤動(dòng)。

結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，隨著我國(guó)電廠熱力自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)DCS系統(tǒng)運(yùn)用水平的不斷提高，電廠的生產(chǎn)運(yùn)行逐漸變得更加安全和穩(wěn)定。但在享受DCS系統(tǒng)降低成本提高自動(dòng)化管控水平的同時(shí)，也要警醒DCS系統(tǒng)的一個(gè)小故障就有可能造成非計(jì)劃停機(jī)、設(shè)備損壞等后果，給發(fā)電企業(yè)造成不應(yīng)有的損失。在新建機(jī)組或DCS系統(tǒng)改造中，一切從零開(kāi)始，我們可以花費(fèi)更小的代價(jià)規(guī)避掉故障發(fā)生的可能。要善于收集資料，進(jìn)行總結(jié)分析，吸取教訓(xùn)，在DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試過(guò)程中采取措施提高發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的安全可靠性。

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