火力發電廠分散控制系統常見故障及處理對策

祝朝陽，高 全，孫偉晉，鄭慶元

（1.國網能源和豐煤電有限公司，新疆 塔城 834411；2.煙臺龍源電力技術股份有限公司，山東 煙臺 264000）

0 引 言

火力發電廠分散控制系統（Distributed Control System，DCS）的應用已經趨于成熟，可以有效保證發電機組的穩定運行。結合目前多數發電廠的DCS系統應用情況分析，仍然存在使用故障問題，需要針對DCS系統可能發生的故障進行分析，采取有效的處理對策，充分發揮DCS系統的應用優勢。

1 DCS系統

1.1 DCS系統的概念

DCS系統是在集中控制系統的基礎上發展而來的，主要采用分層遞階結構，每一級都包括多個子系統，每一個子系統都需要實現多個特定的目標。DCS系統在火力發電廠中的應用可以有效保證發電機組的安全穩定運行，對于提升火力發電廠的經濟效益、降低生產成本具有積極作用。DCS系統構成如圖1所示。

圖1 DCS系統構成

1.2 DCS系統的基本原理

DCS系統與傳統的控制系統存在的明顯的差異，主要體現在DCS系統采用的是新型的電氣控制系統，可以分成計算機、通信、控制、顯示4部分構成。這種分布式管理控制模式可以有效彌補傳統系統中的不足，在應用的過程中可以根據火力發電廠的基本特點，對工作內容進行劃分，每個部分完成各自的工作任務，同時又相互協調配合[1]。

1.3 DCS系統的主要特點

（1）較強的可靠性。DCS系統并不是由一臺計算機進行控制，而是通過多臺設備進行控制，如果一臺計算機出現故障時，整個系統不會出現停止工作或崩潰的情況。在使用多臺計算機進行共同控制時，計算機之間的分工明確，不會出現控制指令混亂的問題，也可以根據實際工作的要求對系統進行調整。

（2）具有更高的開放性?；痣姀S使用的DCS系統可以利用設備訪問系統的數據，對于已經失效的數據從系統中移除，這個過程不會影響整個系統的正常運行。

2 火力發電廠DCS系統常見故障分析

DCS系統的應用可以保證火力發電工作正常開展，但也會出現故障問題。本文主要從硬件設備、軟件設備、人為操作3個方面對其存在的故障問題進行分析。

2.1 硬件故障

DCS系統硬件主要包括I/O、處理器、通信模件等，其中I/O模件容易出現卡件故障，故障的位置通常較為隱秘，更多情況下是連接線接觸不良或卡件出現老化的問題。如果出現了故障，DCS系統會報警。數據處理器（Data Processing Unit，DPU）常見的故障包括脫網、無法正常初始化等，主要原因是主DPU和輔DPU之間的下位機程序存在異常。脫網的原因較多，主要包括電氣元件老化、通信端口接觸不良、DPU負載率過高等。

2.2 軟件故障

DCS系統軟件出現故障的主要原因是軟件本身運行錯誤，通常發生在DCS系統的調試階段，由于軟件程序的工作量相對較大，為避免軟件運行過程中出現錯誤，需要負責運行管理的工作人員在調試階段對軟件的運行情況進行檢查，及時發現可能存在的問題。在DCS系統正常運行的過程中，需要通過添加控制點的方式對程序進行修改，可能會導致系統出現錯誤或死機，對此應提前制定應急控制方案，在修改之前還需要對現有程序進行備份[2]。

2.3 人為故障

人為故障是指因工作人員操作不當導致DCS系統出現故障。該種故障形式通常是DCS系統的本身沒有故障問題，某項功能無法正常使用，導致某個控制部分無法正常工作。出現該類問題的主要原因是工作人員對DCS系統的各項功能和應用方式不熟練，導致操作過程中出現失誤，經常發生在第一次使用DCS系統的工作過程中[3]。

3 火力發電廠DCS系統常見故障的處理對策

為保證火力發電廠DCS系統在應用過程中充分發揮其優勢，保證發電系統的安全穩定運行，可以從以下幾方面入手。

3.1 強化DCS系統的運行維護管理

（1）工作人員使用網絡測試儀器對DCS系統進行通信負荷率的測試，采取定期測試、抽測的形式，一旦發電機組出現故障可以將網絡負荷率控制在規定的范圍內。

（2）在機組進行檢修時對DCS系統的DPU進行優化，還需要對各部分模件、機柜等設施進行清潔。

（3）針對DCS接地系統進行優化設計。接地系統分保護接地、工作接地以及防雷接地，可以有效避免工作人員在操作過程造成人身傷害。DCS 接地系統的分類和主要目的如表1所示。

表1 DCS接地系統的分類和主要目的

（4）需要針對DCS系統進行巡查和定期檢查工作。第一，工作人員需要判斷各個通信線是否可靠，各個接口是否處于正常的狀態中；第二，針對DCS系統運行風扇進行檢查，保證風扇不會出現堵塞；第三，制定DCS系統的運行維護管理制度，管理人員需要嚴格按照工作方案和系統的運行情況開展相關工作，針對各種硬件設施和軟件系統進行維護管理[4]。

3.2 針對系統故障制定應急處理措施

（1）針對操作員站進行故障的應急處理。第一，如果在使用DCS系統時個別操作員的顯示屏出現黑屏，可以由其他的操作員站進行監控，并立即聯系技術人員對故障問題進行處理，如果在短時間之內無法進行正常監視，則可以積極使用工程師站進行監控管理；其次，如果全部的操作員站都出現故障，可以采取逐臺熱啟的方式，判斷操作員站能否正常使用并聯系技術人員，如果所有的操作員站都存在故障且在短時間之后無法恢復正常或機組運行不穩定時，操作人員需要立即打閘停機停爐。

（2）通信網絡故障的應急處理可以采取以下3種方式。第一，DCS系統的通信網絡出現故障會導致系統數據無法及時進行刷新，可以按所有操作員站出現死機問題進行上報處理；第二，如果MCS系統的通信網絡出現故障，需要在第一時間通知技術人員，與此同時，操作員需要保證機組可以穩定運行，并對DCS系統進行監視，保證各項參數保持在正常的范圍之內，如果運行參數極其不穩定或達到停機值時，需要關閉機組；第三，SCS系統出現通信網絡故障時，在完成上報工作后，可以就地采取操作措施，如果運行的設備出現跳閘，備用的設備無法正常啟動，則需要停止機組的運行[5]。

3.3 加強DCS系統的防干擾性能

加強DCS系統的防干擾性能可以防止高壓輸電線產生較強的電磁場干擾，在建設DCS系統時，工作人員可以在中央控制室的墻壁釘上鋼絲網，與電氣保護接地系統進行連接，有效解決電磁場的干擾問題。通常情況下，火力發電廠DCS系統的中央控制室是使用鋼筋混凝土結構進行建設，可以起到一定的抗干擾作用[6]。

3.4 優化人員管理

第一，運行人員應該熟練掌握DCS系統的結構和布局，包括各主單元柜的主要動能和電源回路的設計以及運行情況。第二，作為負責系統維護維修的技術人員需要加強對DCS系統的日常巡視與檢查，如果發現系統的通信網絡、電源等硬件設備存在故障問題，需要立即通知運行人員，并結合系統的運行情況采取針對性的應急方案。第三，運行人員需要定期檢查DCS系統的網絡情況和相關設備的運行情況，結合工作實踐對可能存在故障的區域進行重點檢查。第四，對于DCS系統的維護管理工作，需要組建專業的工作小組進行，工作小組需要結合火力發電廠的管理情況以及DCS系統的運行情況制定可行的維護管理方案，同時加強運行人員之間的溝通，嚴禁非運行人員或未得到相關權限的人員干擾DCS系統的安全運行。第五，DCS系統包含的軟件需要由專門的負責人進行管理，只有負責人授權、審批次才可以進行軟件的修改、更新、升級等操作。第六，相關工作人員需要對DCS系統可能存在的故障具備一定的敏感性，及時發現DCS系統運行過程中存在的漏洞，并采取正確的處理措施[7]。

3.5 DCS系統其他功能障礙的處理措施

由于DCS系統包含大量的子系統，一旦子系統出現故障也會引起整個系統的故障問題，如DEH系統可能存在跳閘、停電等問題，需要按照跳閘故障的模式進行處理，如果處理措施無效，需要手動停止系統的運行；爐膛安全監控系統（Furnace Safeguard Supervisory System，FSSS）失電也是DCS系統中常見的故障形式，運行人員需要立即打開保護機制，也可以采取終端運行的方式。在對DCS系統故障進行檢修的過程中，維護人員需要做好安全防護，并對出現故障的位置、原因以及維修的情況進行記錄，為后續的維護工作提供數據支持。

4 結 論

火力發電廠中DCS系統的廣泛應用成為目前發電廠的主要工作模式，可以有效保證發電廠各機組的安全穩定運行。因此需要針對DCS系統可能存在的故障問題進行分析，并結合故障形式和DCS系統的運行特點采取有效的應對措施，加強對系統運行的監督管理，保證火力發電廠DCS系統的穩定、高效運行。