分散控制系統(tǒng)SOE性能測(cè)試及問(wèn)題分析

于慶彬，丁衛(wèi)東

（山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

當(dāng)今國(guó)內(nèi)火電廠對(duì)單元機(jī)組的控制多采用分散控制系統(tǒng) （Distribute Control System，以下簡(jiǎn)稱DCS），常見(jiàn)的DCS系統(tǒng)均含有事件順序記錄（Sequence of Event，以下簡(jiǎn)稱SOE）系統(tǒng)。SOE系統(tǒng)是DCS中用于異常記錄的子系統(tǒng)。它所記錄的是電廠事故發(fā)生前后主輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、事件發(fā)生時(shí)間、首發(fā)事件和連鎖發(fā)生事件的間隔順序，是電廠分析運(yùn)行異常、設(shè)備故障和生產(chǎn)事故的最重要依據(jù)。單元機(jī)組DCS系統(tǒng)經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，硬件電路、電子元件出現(xiàn)老化，SOE系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)通道失靈、漏記、錯(cuò)記等現(xiàn)象。比如，有時(shí)SOE記錄的異常事件順序或時(shí)間間隔在邏輯上是明顯錯(cuò)誤的，那么在分析時(shí)則無(wú)法正確判斷首發(fā)事件點(diǎn)，因此很難確定事故原因。作為如此重要的子系統(tǒng)，在新機(jī)組調(diào)試、機(jī)組檢修及設(shè)備維護(hù)中非常有必要對(duì)SOE的準(zhǔn)確性進(jìn)行性能測(cè)試。因此定期進(jìn)行SOE性能測(cè)試是實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，也是DCS性能評(píng)估體系中開(kāi)展的重要工作之一。

近年來(lái)，山東電力研究院利用新機(jī)組調(diào)試和機(jī)組停機(jī)檢修機(jī)會(huì)，對(duì)山東省內(nèi)大多數(shù)機(jī)組的SOE系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試，測(cè)試型號(hào)包括Ovation、ABB、SEMEIS、新華系統(tǒng)、XDPS等，結(jié)合測(cè)試結(jié)果，對(duì)SOE常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 測(cè)試方法

SOE性能測(cè)試方法主要有三種，一是如圖1所示，A、B為SOE卡件中待測(cè)的兩個(gè)通道，手動(dòng)短接各通道，A1和A2，B1和B2，利用通道閉合時(shí)的細(xì)微時(shí)間差來(lái)檢驗(yàn)SOE的分辨力。該方法優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，可以檢測(cè)SOE發(fā)生順序，但無(wú)法精確測(cè)量各通道時(shí)間間隔，且每次只能檢測(cè)兩個(gè)通道。由于大部分電廠缺乏專用的SOE測(cè)試設(shè)備，因此主要采取該方法進(jìn)行粗略測(cè)試，測(cè)試結(jié)果僅可作為參考。

第二種方法是采用全球定位系統(tǒng)（GPS）來(lái)對(duì)SOE進(jìn)行性能測(cè)試［1］，這種方法已在繼電保護(hù)的SCADA系統(tǒng)中應(yīng)用，在DCS中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。

圖1 A、B測(cè)試通道

第三種方法是采用專業(yè)的SOE測(cè)試儀器對(duì)SOE系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。這種方法優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高、可靠性好，便于分析測(cè)試結(jié)果。但SOE測(cè)試儀成本較高，適于專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、科研院所使用。

2 測(cè)試裝置及內(nèi)部原理

對(duì)于SOE的性能測(cè)試過(guò)程，DL/T 659-2006《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》6.8.4項(xiàng)中明確的規(guī)定［2］：利用一臺(tái)開(kāi)關(guān)量信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行測(cè)試，信號(hào)發(fā)生器的準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到0.1～0.3 ms，信號(hào)發(fā)生器應(yīng)能送出間隔時(shí)間可在0.1～3 ms之間調(diào)節(jié)的2～3個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)。將信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)接入事件順序記錄的不同控制器的不同輸入模件的輸入端，改變信號(hào)發(fā)生器的間隔時(shí)間，直至事件順序記錄無(wú)法分辨時(shí)為止，即為事件順序記錄的分辨力。分辨力不得超過(guò)1 ms（或按合同規(guī)定）。

根據(jù)該規(guī)定，在測(cè)試中使用某公司生產(chǎn)的0113-B型便攜式DCS系統(tǒng)性能測(cè)試儀，該測(cè)試儀精度為0.1 ms，可產(chǎn)生0.1～75 ms可調(diào)脈沖信號(hào)，硬件電路采用光電隔離設(shè)計(jì)，提供高精確度標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，適用于系統(tǒng)的SOE功能測(cè)試、站間時(shí)鐘同步測(cè)試等。整套測(cè)試裝置由該測(cè)試儀和上位機(jī)組成。上位機(jī)通過(guò)25針并口與測(cè)試儀進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，USB口為測(cè)試儀供電。上位機(jī)包含性能測(cè)試主程序程序、數(shù)據(jù)采集與分析程序、硬件驅(qū)動(dòng)程序，人機(jī)操作窗口用來(lái)設(shè)置脈沖信號(hào)分辨率、通道數(shù)量、信號(hào)先后順序等，操作窗口見(jiàn)圖2。測(cè)試儀接受上位機(jī)指令輸出脈沖信號(hào)，輸出端與被測(cè)SOE卡件各通道硬接線相連。

圖3所示，在內(nèi)部電路中，SOE測(cè)試儀通過(guò)控制Do使三極管高速導(dǎo)通，采用OC門方式與SOE卡件相連，SOE卡件對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和光電隔離，然后送到DCS中進(jìn)行進(jìn)一步處理。

圖2 SOE測(cè)試儀操作窗口

圖3 SOE測(cè)試內(nèi)部原理圖

3 測(cè)試過(guò)程

對(duì)于大型機(jī)組來(lái)說(shuō)，SOE測(cè)點(diǎn)眾多，無(wú)法全部進(jìn)行測(cè)試，只能抽樣選擇，每次選取4個(gè)通道，使用SOE測(cè)試儀與被測(cè)通道相連，測(cè)試方案有三種：一是對(duì)同一DPU同一SOE卡件的不同通道進(jìn)行抽樣測(cè)試；二是對(duì)同一DPU不同SOE卡件進(jìn)行通道測(cè)試；三是對(duì)不同DPU下的SOE卡件進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試前，首先需要重點(diǎn)核查是否有關(guān)聯(lián)SOE的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備正在送電運(yùn)行，防止測(cè)試工作影響到機(jī)組運(yùn)行安全。若無(wú)設(shè)備運(yùn)行，則需要確保SOE卡件的工作狀態(tài)、報(bào)警指示燈、通信、SOE歷史庫(kù)等無(wú)異常，測(cè)試工作方可開(kāi)始。測(cè)量步驟是：首先將0113-B型測(cè)試儀各輸出通道的間隔時(shí)間設(shè)置為0.1 ms，觸發(fā)各通道，跳變方式為0到1，檢查SOE歷史庫(kù)記錄的信號(hào)發(fā)生順序是否與測(cè)試儀輸出的順序一致，各信號(hào)發(fā)生時(shí)間間隔是否與測(cè)試儀設(shè)置的時(shí)間間隔（0.1 ms）一致，若任一不一致則重新復(fù)位測(cè)試儀輸出，將各通道輸出設(shè)置為0，按0.1 ms/次逐漸增加測(cè)試儀間隔時(shí)間，重新觸發(fā)各通道，直至信號(hào)順序與時(shí)間間隔同設(shè)置完全一致，此時(shí)的時(shí)間間隔即為最小分辨力時(shí)間。為保證測(cè)試的可靠性，每組通道測(cè)試3次，有1次不合格即認(rèn)為不合格。若增加到1 ms時(shí)間間隔還不一致則認(rèn)為測(cè)試不合格，認(rèn)定該SOE卡件已不符合規(guī)程規(guī)定，需進(jìn)行進(jìn)一步處理。

4 測(cè)試結(jié)果及問(wèn)題分析

通過(guò)對(duì)山東電網(wǎng)中多家電廠單元機(jī)組的SOE測(cè)試發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）對(duì)于同一DPU同一SOE卡件測(cè)試和同一DPU不同SOE卡件測(cè)試結(jié)果大部分符合≤1 ms的規(guī)程規(guī)定。

（2）對(duì)于不同DPU下的SOE卡件測(cè)試，尤其對(duì)于已運(yùn)行10年以上的機(jī)組，測(cè)試結(jié)果大部分不合格，因此不同DPU下的SOE信號(hào)發(fā)生時(shí)間及先后順序不能作為判斷事故發(fā)生原因的主要依據(jù)，僅可作為參考。截取2011年1月某廠SOE部分測(cè)試結(jié)果，該廠DCS型號(hào)為FOXBORO，1998年投運(yùn)。表1所示為SOE測(cè)試儀發(fā)送的信號(hào)，表2所示為SOE歷史庫(kù)接收到的數(shù)據(jù)。對(duì)比表1、表2可知，同一DPU下的SOE測(cè)試結(jié)果符合規(guī)定，但11號(hào)和15號(hào)DPU間的時(shí)間間隔為12 ms（229-217），遠(yuǎn)大于1 ms的規(guī)程規(guī)定，測(cè)試結(jié)果不符合要求。

表1 SOE測(cè)試儀發(fā)送的信號(hào)

表2 SOE歷史記錄

（3）對(duì)于DCS停電檢修后重新恢復(fù)上電的SOE測(cè)試，若出現(xiàn)測(cè)試結(jié)果不合格可首先檢查環(huán)路中Server的時(shí)間級(jí)別設(shè)置，重新調(diào)整主Server的時(shí)鐘，待所有設(shè)備相應(yīng)完成各自的時(shí)間調(diào)整后重新測(cè)試。

（4）由于DCS長(zhǎng)期運(yùn)行，不可避免出現(xiàn)電子電路老化，SOE卡件工作不正常，造成測(cè)試結(jié)果不合格。應(yīng)及時(shí)更換不合格卡件，另外在機(jī)組日常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)程要求保證電子間的溫度、濕度在規(guī)定范圍內(nèi)，減緩因環(huán)境因素引起的電子元件老化問(wèn)題并定期進(jìn)行SOE測(cè)試。

（5）對(duì)于不同DPU下SOE測(cè)試不合格問(wèn)題，建議將不同DPU下的SOE采集卡盡量安裝在同一DPU中，這樣可避免不同DPU時(shí)鐘不同步現(xiàn)象。若因設(shè)計(jì)原因，實(shí)在無(wú)法配置在同一DPU中的，可采取更換卡件、加裝GPS時(shí)鐘方法實(shí)現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)一。

（6）在某些電廠的運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)一些重要的跳機(jī)、跳閘信號(hào)沒(méi)有出現(xiàn)在SOE歷史記錄中。除了硬件原因外，則是由于在熱工保護(hù)中一般定義為“1”動(dòng)作，但個(gè)別保護(hù)定義為“0”觸發(fā)，因此動(dòng)作條件需定義為“0”觸發(fā)。對(duì)于這種情況可檢查相關(guān)保護(hù)邏輯，并進(jìn)行重新組態(tài)。

（7）SOE功能在有的電廠中未充分利用。有的機(jī)組很多關(guān)鍵開(kāi)關(guān)量信號(hào)，如MFT觸發(fā)條件、手動(dòng)跳機(jī)、火焰消失信號(hào)、重要輔機(jī)跳閘的始發(fā)條件等信號(hào)，均未引進(jìn)SOE，因此沒(méi)有充分發(fā)揮SOE系統(tǒng)的作用，不利于對(duì)機(jī)組和重要輔機(jī)跳閘進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的判斷和分析。建議新機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意SOE的配置，投產(chǎn)后的機(jī)組可在機(jī)組檢修期間對(duì)SOE系統(tǒng)進(jìn)行硬件整改和軟件完善，在日后的運(yùn)行過(guò)程中可為運(yùn)行操作人員迅速判斷事故原因、了解事故過(guò)程、區(qū)別人為因素和非人為因素提供客觀依據(jù)。

（8）SOE是分析大型機(jī)組故障必不可少的工具，有關(guān)專業(yè)人員應(yīng)該充分利用和掌握，經(jīng)常對(duì)記錄資料進(jìn)行分析，還可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的隱患和操作上存在的問(wèn)題，超前預(yù)防系統(tǒng)故障的發(fā)生［3］。

5 結(jié)語(yǔ)

在電廠的生產(chǎn)運(yùn)行中，SOE歷史記錄對(duì)分析事故原因起著很重要的作用，SOE工作不正常將會(huì)誤導(dǎo)事故分析的方向，延誤解決問(wèn)題的時(shí)間，甚至無(wú)法分析出造成事故的原因。山東電力研究院自開(kāi)展SOE測(cè)試工作以來(lái)，針對(duì)省內(nèi)電廠多臺(tái)機(jī)組SOE測(cè)試不合格問(wèn)題進(jìn)行了及時(shí)處理和分析，并提出多項(xiàng)整改建議，防患于未然，這對(duì)于確保DCS系統(tǒng)及整個(gè)機(jī)組運(yùn)行提供了重要的安全保障。