火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)維修策略和風(fēng)險(xiǎn)分析

文/陳羽 高文儉

現(xiàn)階段電力是人們生活中組成的重要部分，給人們的生活和工作帶來了極大的方便，伴隨著火力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，火力發(fā)電廠的裝機(jī)容量在逐漸的擴(kuò)大并由300MW、600MW向1000MW等級(jí)發(fā)展，對(duì)于火力發(fā)電DCS控制系統(tǒng)功能在逐漸的完善，性能也在逐漸的提升，其結(jié)構(gòu)越來越繁瑣，對(duì)于DCS系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求越來越高。目前由于火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)運(yùn)行故障引起的嚴(yán)重的群死群傷安全事故屢見不鮮，DCS系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性是維持火力發(fā)電廠正常運(yùn)作的關(guān)鍵，如果DCS系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，則可能直接導(dǎo)致火力發(fā)電廠運(yùn)行失控、鍋爐熄火、設(shè)備損壞、汽機(jī)超速以及人員傷亡等嚴(yán)重的后果，因此對(duì)于DCS維修策略的研究以及風(fēng)險(xiǎn)分析有著重要的意義。

1 DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用和發(fā)展

我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展是我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的標(biāo)志，在很久之前我國(guó)就已經(jīng)將“電力先行”作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所要遵循的基本原則。我國(guó)的發(fā)電裝機(jī)容量早在2010年就已經(jīng)達(dá)到9億千瓦，我國(guó)發(fā)電機(jī)總?cè)萘繐碛辛窟B續(xù)14年局世界第二位，我國(guó)的火電裝機(jī)容量占比最高約占74.5%，并達(dá)7.066億千瓦，在2010年間，經(jīng)相關(guān)的數(shù)據(jù)調(diào)查，全國(guó)的總火力發(fā)電量已經(jīng)達(dá)到332533363.72萬(wàn)千瓦小時(shí)，相比于2019年增加了11.74%。在現(xiàn)階段，人們的生活用電幾乎都是來自火力發(fā)電廠，火力發(fā)電量占總發(fā)電量的80%以上。

所謂的DCS系統(tǒng)所指的是分散控制系統(tǒng)，而且屬于有較高穩(wěn)定性的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。DCS可以實(shí)現(xiàn)控制功能配置分散、顯示、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)記錄等功能，DCS系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在火力發(fā)電的過程中，DCS系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性將會(huì)直接關(guān)乎到火力發(fā)電廠能否正常的運(yùn)行。在1990年前，我們?cè)诨鹆Πl(fā)電廠中開始應(yīng)用DCS系統(tǒng)，有效的提高了發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性和可靠性，在1990年初期，隨著電力行業(yè)的進(jìn)步，我國(guó)許多大型的火力發(fā)電廠，在相關(guān)的技術(shù)理論指導(dǎo)下，通過使用DCS系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)儀表控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。在現(xiàn)階段，DCS在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用已變成網(wǎng)絡(luò)開放、信息管理型分散控制技術(shù)，DCS系統(tǒng)發(fā)展迅速，其他國(guó)家的代表作品有Symphony系統(tǒng)、T300系統(tǒng)、H-5000M系統(tǒng)等，它們分別是由ABB公司、西門子公司、日立公司所研究出來的。DCS性能在不斷的提升，因此其重要性也在不斷的提升，在現(xiàn)階段被廣泛的應(yīng)用于火力發(fā)電廠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)以及模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。但是，隨著DCS系統(tǒng)功能和控制范圍的提升，反而造成DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，運(yùn)行但安全性和可靠性有了明顯的下降，DCS系統(tǒng)故障問題普遍發(fā)生在世界各地的火力發(fā)電廠中。提升DCS系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性面臨著許多問題，例如提升DCS軟件的穩(wěn)定性，提升DCS硬件生產(chǎn)和安裝水平以及提升DCS維修人員的專業(yè)技術(shù)水平等。

2 火力發(fā)電廠DCS可靠性為中心的維修策略

DCS是火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組的核心，火力發(fā)電廠的維修需要花費(fèi)大量的資金，通過優(yōu)化維修策略能夠有效的降低發(fā)電廠維修成本，使發(fā)電廠獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)上提升競(jìng)爭(zhēng)力，維持企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展方面有著重要的作用。

2.1 火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)以可靠性為中心的維修決策

《可靠性為中心的維修過程的評(píng)審準(zhǔn)則》在1999年出臺(tái)，這是由國(guó)際汽車工程師協(xié)會(huì)所出臺(tái)的，這項(xiàng)評(píng)審準(zhǔn)則明確要求了RCM過程所要遵循的具體事項(xiàng)。若其他大綱制定符合RCM標(biāo)準(zhǔn)，那么這也被稱為“RCM過程”?；痣姀SDCS系統(tǒng)維修滿足RCM標(biāo)準(zhǔn)，在火電廠DCS系統(tǒng)維修過程中應(yīng)當(dāng)以可靠性為中心的維修決策，并認(rèn)清各項(xiàng)設(shè)備的功能、所產(chǎn)生的功能故障、產(chǎn)生故障的原因以及帶來的不良后果等，并且要進(jìn)行明確的定義。火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)維修RCM分析的步驟主要如下，首先第1步，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行重要性的評(píng)定，功能重要性、用途重要性以及運(yùn)行和使用可靠性的分析；第2步，在對(duì)所要維修的設(shè)備深入了解的前提下，利用故障模式及影響分析對(duì)進(jìn)行相關(guān)的故障審核，然后將維修設(shè)備的功能、故障的表現(xiàn)形式、以及故障所帶來的影響詳細(xì)列舉出來；第3步，對(duì)設(shè)備故障所帶來的影響進(jìn)行相應(yīng)的分類評(píng)估；第4步，通過利用邏輯決斷圖科學(xué)合理的選擇相應(yīng)的維修方式；第5步，并且計(jì)算出預(yù)防性維修時(shí)間間隔，進(jìn)而確定維修策略的周期；第6步，進(jìn)行組合維修策略。

2.1.1 火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)設(shè)備重要度的確定

火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)中擁有大量的不同類型設(shè)備，并且類型相同的設(shè)備其相應(yīng)的規(guī)格參數(shù)可能有所不同，每種設(shè)備都有著自己獨(dú)特的功能，這些設(shè)備對(duì)于DCS系統(tǒng)的影響比較小，因此不需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)施RCM。實(shí)施RCM的應(yīng)用對(duì)象主要是設(shè)備故障對(duì)DCS系統(tǒng)影響較大，可能直接阻止DCS系統(tǒng)運(yùn)行或者是對(duì)DCS安全性影響較大的設(shè)備。需要確定設(shè)備是否屬于實(shí)施RCM的應(yīng)用對(duì)象，則需要對(duì)其進(jìn)行重要度評(píng)定。重要度評(píng)定的方法主要有層次分析方法、模糊綜合評(píng)價(jià)法以及日本乘數(shù)法等。然而在電力學(xué)方面，往往會(huì)采用基于梯形模糊數(shù)的電力變壓器故障模式的評(píng)定方法，這項(xiàng)評(píng)定方式主要是通過對(duì)影響電力變壓器故障模式因素的重要度評(píng)定，進(jìn)而構(gòu)建出相應(yīng)的重要度評(píng)估體系。由于發(fā)電廠許多的設(shè)備之間具有一定的關(guān)聯(lián)性，而且還存在一定程度的復(fù)雜性，許多專家都會(huì)采用蒙特卡洛模擬方式對(duì)油動(dòng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行重要度評(píng)估。

2.1.2 火力發(fā)電廠DCS設(shè)備故障模式及影響分析

通過故障模式及影響分析能夠有效的確定設(shè)備的功能、設(shè)備故障模式、產(chǎn)生故障的原因以及故障影響等，針對(duì)故障產(chǎn)生的原因?qū)υO(shè)備進(jìn)行可靠性的維修，針對(duì)故障設(shè)計(jì)出相應(yīng)的防范措施，以降低故障發(fā)生概率。故障模式及影響分析需要結(jié)合DCS系統(tǒng)設(shè)備重要度，進(jìn)而對(duì)設(shè)備產(chǎn)品功能、故障模式、故障原因及影響進(jìn)行深入的分析，這里的故障模式所指的是設(shè)備故障功能表現(xiàn)形式，故障原因指的是以前可能發(fā)生過的故障的原因或者是可能發(fā)生故障的原因。在故障分析的過程中一定要詳細(xì)的描述，以便設(shè)計(jì)出合理的故障控制策略。

2.1.3 火力發(fā)電廠DCS設(shè)備RCM邏輯決斷

DCS設(shè)備RCM邏輯決斷實(shí)質(zhì)是根據(jù)故障產(chǎn)生原因的適應(yīng)性以及有效性，進(jìn)行維修策略的選擇。首先要確定功能故障影響種類，功能故障主要有隱蔽性、經(jīng)濟(jì)性、安全性以及任務(wù)性4種故障影響類型，可以采用問題劃分的方式進(jìn)行故障影響類型的確定。選擇維修策略類型主要包括事后維修、定期維修和狀態(tài)維修，然后根據(jù)RCM準(zhǔn)則實(shí)行相應(yīng)的維修策略。

2.2 火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)設(shè)備維修信息平臺(tái)

構(gòu)建設(shè)備維修信息平臺(tái)可以將DCS系統(tǒng)維修信息整合在一起形成數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為RCM決策過程建立良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并為其提供有力的可靠依據(jù)。DCS系統(tǒng)設(shè)備維修信息平臺(tái)構(gòu)建的過程中需要開發(fā)維修分廠技術(shù)臺(tái)帳，這是由于DCS設(shè)備故障涉及到許多種類的專業(yè)，這樣能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的管理，可以實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備維修信息的收集、整理和儲(chǔ)存，這樣可以為維修策略的制定以及實(shí)施建立良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

3 火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)維修的風(fēng)險(xiǎn)分析

設(shè)備維修風(fēng)險(xiǎn)分析在一定程度上能夠降低火電廠設(shè)備故障發(fā)生概率，從而保證火電廠能夠穩(wěn)定的運(yùn)行?；痣姲l(fā)電廠安全性評(píng)價(jià)，這是由中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)專家設(shè)計(jì)編寫的，這項(xiàng)準(zhǔn)則主要是對(duì)設(shè)備系統(tǒng)、活動(dòng)安全以及作業(yè)環(huán)境的安全管理進(jìn)行有效的指導(dǎo)，采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行危險(xiǎn)辨識(shí)，降低嚴(yán)重事故的發(fā)生概率。風(fēng)險(xiǎn)分析過程主要包括風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)控制等環(huán)節(jié)。風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)主要目的是為了進(jìn)行問題種類和來源的確定，主要可以通過直觀經(jīng)驗(yàn)法、專家調(diào)查法以及相關(guān)的安全檢查法等。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要是確定風(fēng)險(xiǎn)可發(fā)生的概率、后果嚴(yán)重程度等，常采用的方法有安全檢查表法、故障假設(shè)法以及風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖法，風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖法是最常使用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

DCS設(shè)備是發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組的核心，做好相關(guān)的維修工作和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是保證發(fā)電廠穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ),做好風(fēng)險(xiǎn)分析研究工作，以降低嚴(yán)重事故的發(fā)生概率，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展。