火力發(fā)電機組DCS系統(tǒng)的故障及預防措施探討

侯海濤

摘要：DCS作為優(yōu)良的控制系統(tǒng)，被廣泛應用在電力、化工等行業(yè)。DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行時保證電廠機組穩(wěn)定運行的關鍵。本文主要對DCS系統(tǒng)的工作原理進行簡述，對影響DCS運行穩(wěn)定性及常見故障進行探討，并結(jié)合相關的實踐經(jīng)驗，提出針對性的建議。

關鍵詞：火電廠；DCS故障；預防措施

1引言

現(xiàn)代化熱電廠的建設道路中，自動化和智能化是發(fā)展的主要方向和主題。隨著各種現(xiàn)代化、新型設備的不斷應用，電廠的控制和管理水平需要提升新的高度。DCS是一種集散性控制，已經(jīng)廣泛應用在電力、化工行業(yè)，具有明顯的控制和監(jiān)測優(yōu)勢。在電廠的運行應用中，DCS的穩(wěn)定性直接關系到電廠機組和各個設備的運行，對于電廠的效益具有很大的關系。本文主要針對DCS常見故障、控制系統(tǒng)與穩(wěn)定性展開說明，為提升DCS控制系統(tǒng)穩(wěn)定性提出相關措施。

2火力發(fā)電機組DCS系統(tǒng)的特點

DCS控制系統(tǒng)是一個以網(wǎng)絡通信技術(shù)為核心的極顯示、控制、管理控制等于一體的控制系統(tǒng)，是一種相對分散的計算機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，能夠適應目前工業(yè)生產(chǎn)中的各種需要，在化工、電力方面得到了很大的應用。

DCS智能控制系統(tǒng)由于其優(yōu)秀的控制能力，在最近20年里得到了飛速發(fā)展，DCS技術(shù)是以計算機為核心，建立在網(wǎng)絡通信基礎上的技術(shù)，它可以將現(xiàn)場相對分散的過程控制，高速高效及時的整合在一起，實現(xiàn)集中監(jiān)視、操作，方便的完成相對復雜的控制和優(yōu)化，關于DCS的定義，有以下特點：

（1）以回路控制為特點，在現(xiàn)場控制站完成的主要系統(tǒng)，系統(tǒng)可有多臺現(xiàn)場控制站臺，每一臺控制一段回路；

（2）個控制功能均采用數(shù)字技術(shù)；

（3）人機界面由操作員控制實現(xiàn)；

（4）采用數(shù)字通信的方式進行連接。

DCS控制技術(shù)的設計原則是分散控制、集中操作和綜合管理，設計原則決定了DCS分為三級：分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級以及綜合信息管理級。如圖1

DCS計算機通過通信技術(shù)進行連接，控制網(wǎng)絡是通信的主要渠道，其上連接著各個主要節(jié)點，完成數(shù)據(jù)采集、模擬量控制、以及開關量順序控制等操作。

3火力發(fā)電機組DCS系統(tǒng)的故障分析

（1）DCS中軟硬件問題

DCS在熱工自動化控制應用中，為了保證系統(tǒng)的控制能力，常在控制系統(tǒng)中加入BMS、CCS及DEH等組件，從而實現(xiàn)伴生故障的停機保護。但在實際運行中，DCS的系統(tǒng)穩(wěn)定性受到極大的影響，網(wǎng)絡通訊故障中的流量斷點問題，就容易導致流量過載，在欠缺流量限制保護時，整個系統(tǒng)控制網(wǎng)絡和輸入輸出回路將出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，導致系統(tǒng)相關設備不能作出正確的動作。

（2）熱工元件問題

實際應用中的熱工元件（溫度、壓力、液位、流量等指標控制元件）會由于老化或者自身質(zhì)量問題而出現(xiàn)運行故障，并且系統(tǒng)運行中的元件冗余識別能力較差，導致系統(tǒng)接收錯誤的數(shù)據(jù)信息，從而產(chǎn)生錯誤的操作指令。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，熱工元件的故障數(shù)量約占整個熱工自動化控制系統(tǒng)故障總數(shù)量的一半以上。

（3）電纜回路問題

電纜回路質(zhì)量問題的出現(xiàn)主要是由于電纜長時間使用或者設計安裝過程的不規(guī)范引起。常出現(xiàn)的故障類型有絕緣層老化掉皮、接線口進水等情況，容易出現(xiàn)線路虛接和斷路的情況。

（4）系統(tǒng)設計和安裝過程的缺陷

熱工自動化控制系統(tǒng)是一個高復雜性的系統(tǒng)，涉及到的設備和控制器較多，也容易受到外界運行條件和自身設備元件的影響。尤其系統(tǒng)設計和安裝過程存在缺陷，直接造成系統(tǒng)運行中出現(xiàn)誤動和拒動的情況出現(xiàn)。例如，鍋爐汽包水位監(jiān)測控制器的設計安裝出現(xiàn)問題時，會造成水位的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，進而使流量汽包水位不準確，水位跳閘信號的可靠性受到影響，對系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生較大的影響。

4火力發(fā)電機組DCS系統(tǒng)故障的預防措施

（1）提升設計合理性，優(yōu)化系統(tǒng)運行能力

為提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，冗余引入到電源和DPU中的做法十分常見。但僅在上述設備中引入冗余操作還不足以滿足自動化控制系統(tǒng)的要求。在系統(tǒng)運行中，可以在熱工信號監(jiān)測時也引入冗余思想，即多次取樣同一個測試點的數(shù)據(jù)，以保證測試結(jié)果的準確性，防止錯誤指令的產(chǎn)生。另外，為保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，可以將重要測點的通道布置在不同的卡件上，從而減緩故障壓力。總體而言，在熱工自動控制系統(tǒng)構(gòu)建和升級時，應重視設計、安裝，多角度評測：（1）DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)化，為防止DCS出現(xiàn)軟硬件故障，可通過優(yōu)化設計，提升DCS系統(tǒng)的“壞質(zhì)量”診斷體系，通過優(yōu)化硬件質(zhì)量和軟件自診斷能力，提升系統(tǒng)預防和弱化故障的能力。（2）系統(tǒng)保護邏輯的優(yōu)化?？梢圆扇〕Y保護、抗積分飽和等運行邏輯提升自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。超馳保護即自動控制系統(tǒng)接收到故障信號、偏差越限等異常信號時，該保護措施會立即切換自動切手動、禁止增或禁止減等邏輯，使得系統(tǒng)設備在故障發(fā)生時得到有效保護，也保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行能力。例如，爐膛內(nèi)的壓力高于設定值后，超馳保護機制會對送風機進行禁止增，對引風機做禁止減操作，以保證爐膛內(nèi)的壓力逐漸恢復到正常值。積分飽和即執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)到極限位置，仍然不能消除偏差時，由于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機構(gòu)已無相應的動作。出現(xiàn)積分飽和時，系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)不能對被控指標實行有效的控制，因此需要進行抗積分飽和機制。

（2）應用成熟度高、穩(wěn)定性強的熱工元件

隨著自動化控制系統(tǒng)的復雜性和智能型逐漸提升，系統(tǒng)對于控制和檢測元件的要求更高。另外，熱工元件的故障率又較高，因此為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，盡量使用穩(wěn)定性強的熱工元件。在熱工元件選擇的過程中，不能盲目的選擇高技術(shù)含量的元件或者低成本的元件，選擇的元件類型要與整個系統(tǒng)的匹配度最高為宜。

（3）保證工作環(huán)境的穩(wěn)定和適宜性。在DCS的電子設備間加裝溫度和濕度檢測儀，實時對指標進行監(jiān)測，對存在偏差的指標及時進行調(diào)節(jié)，保證電子設備外界環(huán)境的穩(wěn)定性和適宜性。嚴格控制設備間的出入次數(shù)，防止因出入時造成灰塵過多的進入設備間，影響電子設備的正常運行。

（4）維持通信系統(tǒng)的穩(wěn)定。在DCS設備的安裝過程中，嚴格控制設備接地的情況，防止因大面積設備接地對于通信系統(tǒng)穩(wěn)定性造成影響。為模塊I/O加裝一個固定和良好的隔離，防止其和外界其他的設備之間發(fā)生相互影響，同時也有效防止自身發(fā)生短路的問題。

（5）提升工作人員的專業(yè)素質(zhì)。對操作人員進行專業(yè)的培訓，增加其對于DCS系統(tǒng)各部分運行的基本原理。避免因管理和運行不當導致DCS設備出現(xiàn)故障的情況發(fā)生。

5結(jié)語

熱電廠DCS控制系統(tǒng)是熱電廠重要的綜合性控制系統(tǒng)，對于熱電廠安全生產(chǎn)、智能控制的目標實現(xiàn)有著構(gòu)成與系統(tǒng)的支持功能。電廠要立足于電廠DCS的實際運行和結(jié)構(gòu)，做好DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性措施，提升電廠的穩(wěn)定運行能力。

參考文獻

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[2] 張藝. 熱電廠DCS控制系統(tǒng)運行故障分析及穩(wěn)定性探討[J]. 城市建設理論研究：電子版，2015，5（12）.

（作者單位：陜西華電蒲城發(fā)電有限責任公司）