分散控制系統(tǒng)SOE性能測(cè)試及分析

高雪峰

(江蘇國(guó)信揚(yáng)州發(fā)電有限責(zé)任公司， 江蘇 揚(yáng)州 225131)

0 引言

目前，隨著火電機(jī)組裝機(jī)容量的增長(zhǎng)和技術(shù)水平的不斷提高，系統(tǒng)及設(shè)備的復(fù)雜性也大大增加，單元機(jī)組呈現(xiàn)出一個(gè)多變量緊密耦合的特性。當(dāng)設(shè)備發(fā)生跳閘時(shí)將引起一系列的故障保護(hù)動(dòng)作，形成一個(gè)故障信號(hào)群，有時(shí)事件信號(hào)達(dá)到數(shù)百個(gè)，在這些信號(hào)中快速、正確判斷初始事故和原因，一般的分散控制系統(tǒng)(distributed control system，以下簡(jiǎn)稱(chēng)DCS)歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)的分辨力和采樣周期已無(wú)法滿(mǎn)足要求，而事件順序記錄(sequence of events， 以下簡(jiǎn)稱(chēng)SOE)系統(tǒng)以毫秒級(jí)的分辨力獲取并記錄事件的狀態(tài)變化信息，成為分析異常和事故的明確有力的線索和支撐。也因此，SOE實(shí)際分辨力的高低對(duì)準(zhǔn)確分析事故原因至關(guān)重要，《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》DL/T774等規(guī)程規(guī)范對(duì)此有著明確的要求,SOE分辨力的指標(biāo)為“不大于1毫秒”。

1 測(cè)試要點(diǎn)

由于分散控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)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，因此根據(jù)技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則等規(guī)程要求，SOE分辨力的測(cè)試是機(jī)組A級(jí)檢修中DCS性能測(cè)試的重點(diǎn)內(nèi)容之一。該試驗(yàn)項(xiàng)目一般由各省網(wǎng)電科院及發(fā)電集團(tuán)科研院承擔(dān)開(kāi)展。試驗(yàn)儀器一般也是時(shí)間精度在0.1 ms左右的高精度信號(hào)發(fā)生器。

查閱業(yè)內(nèi)一定數(shù)量的SOE分辨力測(cè)試報(bào)告，發(fā)現(xiàn)有部分單位測(cè)試的過(guò)程和結(jié)果過(guò)于簡(jiǎn)單、流于形式，并沒(méi)有對(duì)SOE性能進(jìn)行全面、深入的測(cè)試和挖掘，典型問(wèn)題如：僅對(duì)同一卡件或者同一控制器上的SOE信號(hào)進(jìn)行分辨力測(cè)試；取樣時(shí)未對(duì)通道、卡件的順序進(jìn)行打亂、交叉；測(cè)試過(guò)程取樣次數(shù)過(guò)少；各次測(cè)試過(guò)程的信號(hào)輸出時(shí)間精度臺(tái)階不規(guī)范。

由于影響SOE分辨力的因素除了開(kāi)關(guān)量輸入卡件的掃描周期，還有不同卡件及不同控制器的基準(zhǔn)時(shí)鐘誤差和時(shí)鐘同步誤差，因此不完善的試驗(yàn)內(nèi)容并不能充分反映出單元機(jī)組SOE的完整性能指標(biāo)，即未對(duì)單元機(jī)組的SOE性能進(jìn)行充分、全面的考驗(yàn)和測(cè)試。因此，開(kāi)展SOE分辨力測(cè)試的過(guò)程必須注意以下要點(diǎn)：

(1)從試驗(yàn)內(nèi)容來(lái)看，需要完成以下幾個(gè)不同范圍的SOE分辨力測(cè)試項(xiàng)目，以達(dá)到全面掌握單元機(jī)組SOE分辨力性能的目的：A.同一控制器同一卡件SOE信號(hào)的分辨力測(cè)試；B.同一控制器不同卡件SOE信號(hào)的分辨力測(cè)試；C.不同控制器SOE信號(hào)的分辨力測(cè)試。

(2)從試驗(yàn)方法來(lái)看，各個(gè)試驗(yàn)工況下所選取的若干被測(cè)通道在接入高精度信號(hào)發(fā)生器時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足如下要求，以滿(mǎn)足對(duì)SOE分辨復(fù)雜工況的測(cè)試要求：將被測(cè)通道按照通道號(hào)、所在卡件號(hào)、所在控制器號(hào)進(jìn)行打亂、交叉。防止輸入信號(hào)順序與被測(cè)通道、卡件、控制器順序相一致，造成分辨力測(cè)試不充分。

(3)從試驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，必須按照以下過(guò)程開(kāi)展單個(gè)SOE的測(cè)試項(xiàng)目，從而準(zhǔn)確測(cè)試出各個(gè)SOE試驗(yàn)工況的具體分辨力指標(biāo)：每個(gè)工況由1 ms時(shí)間間隔開(kāi)始測(cè)試，逐步增大間隔，直至系統(tǒng)能準(zhǔn)確分辨觸發(fā)順序。

(4)從試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性來(lái)看，每個(gè)試驗(yàn)樣本的數(shù)量必須達(dá)到一定的要求，因此對(duì)于取樣的要求如下：每個(gè)工況每個(gè)時(shí)間間隔的測(cè)試不少于3次。

按照上述試驗(yàn)要點(diǎn)和規(guī)范，對(duì)目前業(yè)內(nèi)主流DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行抽樣測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

表1 SOE分辨力測(cè)試結(jié)果比對(duì)

注：本文僅從技術(shù)角度進(jìn)行討論，故隱去控制系統(tǒng)品牌名稱(chēng)。

由表1可見(jiàn)，除品牌1以外各DCS系統(tǒng)同一控制器同一卡件信號(hào)的SOE分辨力均能達(dá)到規(guī)程要求的1 ms，而同控制器不同卡的測(cè)試結(jié)果僅有一半系統(tǒng)能夠達(dá)到要求，至于不同控制器SOE分辨力的測(cè)試結(jié)果僅有品牌6達(dá)到了1 ms。其原因一方面是控制系統(tǒng)生產(chǎn)較晚，技術(shù)水平相對(duì)較新，另一方面投產(chǎn)年限較晚也決定了該DCS控制系統(tǒng)的老化程度較少。

2 問(wèn)題分析

總結(jié)對(duì)一定數(shù)量的單元機(jī)組SOE分辨力測(cè)試過(guò)程及結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，除上述分辨力指標(biāo)外，在DCS的設(shè)計(jì)和管理中還暴露了以下典型問(wèn)題：

(1)SOE標(biāo)簽設(shè)置不規(guī)范。部分單元機(jī)組存在SOE通道和信號(hào)的標(biāo)簽設(shè)置混亂、重復(fù)，部分機(jī)組SOE通道的標(biāo)簽在測(cè)試前甚至沒(méi)有設(shè)置，造成在SOE測(cè)試中報(bào)表信息混亂，一旦發(fā)生事故需要調(diào)取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，則根本無(wú)法滿(mǎn)足需要，甚至?xí)斐慑e(cuò)誤的分析結(jié)論。此問(wèn)題往往是DCS管理不完善造成。

(2)SOE信號(hào)選取不嚴(yán)密。很多電廠在基建設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有對(duì)接入SOE的信號(hào)進(jìn)行嚴(yán)格審查，造成雖然分辨力達(dá)標(biāo)，但是SOE庫(kù)中非重要信號(hào)占據(jù)相當(dāng)數(shù)量，而很多與機(jī)組安全運(yùn)行有直接關(guān)系的重要信號(hào)反而沒(méi)有接入。在事故分析時(shí)SOE不能起到支撐作用，電廠只能再通過(guò)趨勢(shì)曲線進(jìn)行分析，其時(shí)間精度當(dāng)然不能滿(mǎn)足要求，也大大降低了SOE的使用價(jià)值。此問(wèn)題一般是基建設(shè)計(jì)時(shí)考慮不全面所致。

(3)SOE報(bào)表格式不科學(xué)，如某品牌DCS的SOE報(bào)表中，相近時(shí)刻觸發(fā)的SOE信號(hào)不是按觸發(fā)順序排列，而是先按控制器排列，再按觸發(fā)時(shí)間排列(觸發(fā)時(shí)間有顯示)，造成記錄時(shí)間重疊的信號(hào)無(wú)法分辨先后順序，報(bào)警信號(hào)密集時(shí)往往不能滿(mǎn)足事故分析的需要。此問(wèn)題屬于DCS的設(shè)計(jì)問(wèn)題，需要DCS廠家在升級(jí)過(guò)程中進(jìn)行優(yōu)化。

(4)不同控制器間SOE信號(hào)分辨力測(cè)試結(jié)果嚴(yán)重超出規(guī)程要求，甚至達(dá)到若干分鐘，一旦一次異常中連續(xù)觸發(fā)了不同控制器的SOE信號(hào)，系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確分辨事件順序。目前這種問(wèn)題已在多個(gè)品牌DCS系統(tǒng)的測(cè)試中暴露，屬于重大安全隱患。經(jīng)廠家反饋，有的品牌DCS中此類(lèi)問(wèn)題是由于軟件設(shè)置、控制器對(duì)時(shí)存在問(wèn)題所致，處理后可以解決。而有的品牌DCS原始設(shè)計(jì)思路中即將所有SOE信號(hào)配置在同一控制器，針對(duì)將SOE通道配置在兩個(gè)及以上控制器所引發(fā)的精度較差問(wèn)題在硬件不升級(jí)的情況下則無(wú)法解決。

3 完善建議

(1)針對(duì)DCS電子電路老化造成分辨力不佳的問(wèn)題，建議根據(jù)測(cè)試結(jié)果和檢修周期，合理安排卡件更換，并在機(jī)組運(yùn)行中按要求維持電子間的溫濕度，減緩因環(huán)境因素造成的電子元件老化。

(2)電廠熱控專(zhuān)業(yè)全面檢查SOE數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)簽配置，同時(shí)與發(fā)電部等部門(mén)協(xié)同，梳理、完善SOE數(shù)據(jù)庫(kù)的信號(hào)選取，確保主、重要保護(hù)的相關(guān)信號(hào)進(jìn)入SOE數(shù)據(jù)庫(kù)，方便運(yùn)行人員在事故發(fā)生后迅速了解事故過(guò)程、判斷事故原因。

(3)對(duì)于任意卡件均可以定義為SOE卡的系統(tǒng)，仍應(yīng)將SOE信號(hào)集中分布，避免因過(guò)多卡件設(shè)置為SOE卡件造成系統(tǒng)資源占用過(guò)多，同時(shí)還應(yīng)注意所有SOE信號(hào)必須直接由現(xiàn)場(chǎng)接入，除指令外嚴(yán)禁由其他控制器轉(zhuǎn)接。

(4)針對(duì)不同控制器間SOE信號(hào)分辨力超標(biāo)的問(wèn)題，電廠應(yīng)與DCS廠家對(duì)控制器對(duì)時(shí)及時(shí)鐘同步、掃描周期、運(yùn)算相序等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)一步檢查、完善，盡早消除缺陷。DCS制造廠也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，針對(duì)其SOE硬軟件自身的不足，從結(jié)構(gòu)、器件以及技術(shù)等多方面不斷地提高和發(fā)展，使其SOE 功能、性能滿(mǎn)足電力行業(yè)有關(guān)規(guī)程規(guī)定要求。對(duì)于短時(shí)間無(wú)法解決的機(jī)組，則應(yīng)利用檢修機(jī)會(huì)將所有SOE信號(hào)配置至同一控制器。

(5)應(yīng)將SOE分辨力測(cè)試等DCS性能工作作為A修必須完成項(xiàng)，通過(guò)這些試驗(yàn)檢驗(yàn)DCS控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，提前消除安全隱患，避免因DCS原因?qū)C(jī)組安全運(yùn)行造成不利影響。

4 結(jié)語(yǔ)

穩(wěn)定且分辨率高的SOE系統(tǒng)可以指導(dǎo)運(yùn)行、檢修及相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員及時(shí)、準(zhǔn)確分析事故原因、排除故障, 全面提高電廠的運(yùn)行管理水平。希望本文所介紹SOE性能測(cè)試工作的要點(diǎn)及完善建議可以給各發(fā)電企業(yè)和DCS制造廠同仁以借鑒，提高發(fā)電機(jī)組DCS的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行及維護(hù)水平。