火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理對(duì)策

祝朝陽(yáng)，高 全，孫偉晉，鄭慶元

（1.國(guó)網(wǎng)能源和豐煤電有限公司，新疆 塔城 834411；2.煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

0 引 言

火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，可以有效保證發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合目前多數(shù)發(fā)電廠的DCS系統(tǒng)應(yīng)用情況分析，仍然存在使用故障問(wèn)題，需要針對(duì)DCS系統(tǒng)可能發(fā)生的故障進(jìn)行分析，采取有效的處理對(duì)策，充分發(fā)揮DCS系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1 DCS系統(tǒng)

1.1 DCS系統(tǒng)的概念

DCS系統(tǒng)是在集中控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，主要采用分層遞階結(jié)構(gòu)，每一級(jí)都包括多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)子系統(tǒng)都需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)特定的目標(biāo)。DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用可以有效保證發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于提升火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益、降低生產(chǎn)成本具有積極作用。DCS系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 DCS系統(tǒng)構(gòu)成

1.2 DCS系統(tǒng)的基本原理

DCS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)存在的明顯的差異，主要體現(xiàn)在DCS系統(tǒng)采用的是新型的電氣控制系統(tǒng)，可以分成計(jì)算機(jī)、通信、控制、顯示4部分構(gòu)成。這種分布式管理控制模式可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)系統(tǒng)中的不足，在應(yīng)用的過(guò)程中可以根據(jù)火力發(fā)電廠的基本特點(diǎn)，對(duì)工作內(nèi)容進(jìn)行劃分，每個(gè)部分完成各自的工作任務(wù)，同時(shí)又相互協(xié)調(diào)配合[1]。

1.3 DCS系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1）較強(qiáng)的可靠性。DCS系統(tǒng)并不是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，而是通過(guò)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行控制，如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)停止工作或崩潰的情況。在使用多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行共同控制時(shí)，計(jì)算機(jī)之間的分工明確，不會(huì)出現(xiàn)控制指令混亂的問(wèn)題，也可以根據(jù)實(shí)際工作的要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

（2）具有更高的開放性?；痣姀S使用的DCS系統(tǒng)可以利用設(shè)備訪問(wèn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對(duì)于已經(jīng)失效的數(shù)據(jù)從系統(tǒng)中移除，這個(gè)過(guò)程不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2 火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

DCS系統(tǒng)的應(yīng)用可以保證火力發(fā)電工作正常開展，但也會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題。本文主要從硬件設(shè)備、軟件設(shè)備、人為操作3個(gè)方面對(duì)其存在的故障問(wèn)題進(jìn)行分析。

2.1 硬件故障

DCS系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)老化的問(wèn)題。如果出現(xiàn)了故障，DCS系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。數(shù)據(jù)處理器（Data Processing Unit，DPU）常見(jiàn)的故障包括脫網(wǎng)、無(wú)法正常初始化等，主要原因是主DPU和輔DPU之間的下位機(jī)程序存在異常。脫網(wǎng)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(fù)載率過(guò)高等。

2.2 軟件故障

DCS系統(tǒng)軟件出現(xiàn)故障的主要原因是軟件本身運(yùn)行錯(cuò)誤，通常發(fā)生在DCS系統(tǒng)的調(diào)試階段，由于軟件程序的工作量相對(duì)較大，為避免軟件運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要負(fù)責(zé)運(yùn)行管理的工作人員在調(diào)試階段對(duì)軟件的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題。在DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行的過(guò)程中，需要通過(guò)添加控制點(diǎn)的方式對(duì)程序進(jìn)行修改，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤或死機(jī)，對(duì)此應(yīng)提前制定應(yīng)急控制方案，在修改之前還需要對(duì)現(xiàn)有程序進(jìn)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(dāng)導(dǎo)致DCS系統(tǒng)出現(xiàn)故障。該種故障形式通常是DCS系統(tǒng)的本身沒(méi)有故障問(wèn)題，某項(xiàng)功能無(wú)法正常使用，導(dǎo)致某個(gè)控制部分無(wú)法正常工作。出現(xiàn)該類問(wèn)題的主要原因是工作人員對(duì)DCS系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和應(yīng)用方式不熟練，導(dǎo)致操作過(guò)程中出現(xiàn)失誤，經(jīng)常發(fā)生在第一次使用DCS系統(tǒng)的工作過(guò)程中[3]。

3 火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)常見(jiàn)故障的處理對(duì)策

為保證火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，保證發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，可以從以下幾方面入手。

3.1 強(qiáng)化DCS系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理

（1）工作人員使用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀器對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行通信負(fù)荷率的測(cè)試，采取定期測(cè)試、抽測(cè)的形式，一旦發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障可以將網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

（2）在機(jī)組進(jìn)行檢修時(shí)對(duì)DCS系統(tǒng)的DPU進(jìn)行優(yōu)化，還需要對(duì)各部分模件、機(jī)柜等設(shè)施進(jìn)行清潔。

（3）針對(duì)DCS接地系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。接地系統(tǒng)分保護(hù)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(guò)程造成人身傷害。DCS 接地系統(tǒng)的分類和主要目的如表1所示。

表1 DCS接地系統(tǒng)的分類和主要目的

（4）需要針對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行巡查和定期檢查工作。第一，工作人員需要判斷各個(gè)通信線是否可靠，各個(gè)接口是否處于正常的狀態(tài)中；第二，針對(duì)DCS系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)扇進(jìn)行檢查，保證風(fēng)扇不會(huì)出現(xiàn)堵塞；第三，制定DCS系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理制度，管理人員需要嚴(yán)格按照工作方案和系統(tǒng)的運(yùn)行情況開展相關(guān)工作，針對(duì)各種硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理[4]。

3.2 針對(duì)系統(tǒng)故障制定應(yīng)急處理措施

（1）針對(duì)操作員站進(jìn)行故障的應(yīng)急處理。第一，如果在使用DCS系統(tǒng)時(shí)個(gè)別操作員的顯示屏出現(xiàn)黑屏，可以由其他的操作員站進(jìn)行監(jiān)控，并立即聯(lián)系技術(shù)人員對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行處理，如果在短時(shí)間之內(nèi)無(wú)法進(jìn)行正常監(jiān)視，則可以積極使用工程師站進(jìn)行監(jiān)控管理；其次，如果全部的操作員站都出現(xiàn)故障，可以采取逐臺(tái)熱啟的方式，判斷操作員站能否正常使用并聯(lián)系技術(shù)人員，如果所有的操作員站都存在故障且在短時(shí)間之后無(wú)法恢復(fù)正?；驒C(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定時(shí)，操作人員需要立即打閘停機(jī)停爐。

（2）通信網(wǎng)絡(luò)故障的應(yīng)急處理可以采取以下3種方式。第一，DCS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)進(jìn)行刷新，可以按所有操作員站出現(xiàn)死機(jī)問(wèn)題進(jìn)行上報(bào)處理；第二，如果MCS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，需要在第一時(shí)間通知技術(shù)人員，與此同時(shí)，操作員需要保證機(jī)組可以穩(wěn)定運(yùn)行，并對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，保證各項(xiàng)參數(shù)保持在正常的范圍之內(nèi)，如果運(yùn)行參數(shù)極其不穩(wěn)定或達(dá)到停機(jī)值時(shí)，需要關(guān)閉機(jī)組；第三，SCS系統(tǒng)出現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，在完成上報(bào)工作后，可以就地采取操作措施，如果運(yùn)行的設(shè)備出現(xiàn)跳閘，備用的設(shè)備無(wú)法正常啟動(dòng)，則需要停止機(jī)組的運(yùn)行[5]。

3.3 加強(qiáng)DCS系統(tǒng)的防干擾性能

加強(qiáng)DCS系統(tǒng)的防干擾性能可以防止高壓輸電線產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場(chǎng)干擾，在建設(shè)DCS系統(tǒng)時(shí)，工作人員可以在中央控制室的墻壁釘上鋼絲網(wǎng)，與電氣保護(hù)接地系統(tǒng)進(jìn)行連接，有效解決電磁場(chǎng)的干擾問(wèn)題。通常情況下，火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的中央控制室是使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，可以起到一定的抗干擾作用[6]。

3.4 優(yōu)化人員管理

第一，運(yùn)行人員應(yīng)該熟練掌握DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布局，包括各主單元柜的主要?jiǎng)幽芎碗娫椿芈返脑O(shè)計(jì)以及運(yùn)行情況。第二，作為負(fù)責(zé)系統(tǒng)維護(hù)維修的技術(shù)人員需要加強(qiáng)對(duì)DCS系統(tǒng)的日常巡視與檢查，如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)、電源等硬件設(shè)備存在故障問(wèn)題，需要立即通知運(yùn)行人員，并結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)行情況采取針對(duì)性的應(yīng)急方案。第三，運(yùn)行人員需要定期檢查DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)情況和相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況，結(jié)合工作實(shí)踐對(duì)可能存在故障的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)檢查。第四，對(duì)于DCS系統(tǒng)的維護(hù)管理工作，需要組建專業(yè)的工作小組進(jìn)行，工作小組需要結(jié)合火力發(fā)電廠的管理情況以及DCS系統(tǒng)的運(yùn)行情況制定可行的維護(hù)管理方案，同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)行人員之間的溝通，嚴(yán)禁非運(yùn)行人員或未得到相關(guān)權(quán)限的人員干擾DCS系統(tǒng)的安全運(yùn)行。第五，DCS系統(tǒng)包含的軟件需要由專門的負(fù)責(zé)人進(jìn)行管理，只有負(fù)責(zé)人授權(quán)、審批次才可以進(jìn)行軟件的修改、更新、升級(jí)等操作。第六，相關(guān)工作人員需要對(duì)DCS系統(tǒng)可能存在的故障具備一定的敏感性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在的漏洞，并采取正確的處理措施[7]。

3.5 DCS系統(tǒng)其他功能障礙的處理措施

由于DCS系統(tǒng)包含大量的子系統(tǒng)，一旦子系統(tǒng)出現(xiàn)故障也會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的故障問(wèn)題，如DEH系統(tǒng)可能存在跳閘、停電等問(wèn)題，需要按照跳閘故障的模式進(jìn)行處理，如果處理措施無(wú)效，需要手動(dòng)停止系統(tǒng)的運(yùn)行；爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（Furnace Safeguard Supervisory System，F(xiàn)SSS）失電也是DCS系統(tǒng)中常見(jiàn)的故障形式，運(yùn)行人員需要立即打開保護(hù)機(jī)制，也可以采取終端運(yùn)行的方式。在對(duì)DCS系統(tǒng)故障進(jìn)行檢修的過(guò)程中，維護(hù)人員需要做好安全防護(hù)，并對(duì)出現(xiàn)故障的位置、原因以及維修的情況進(jìn)行記錄，為后續(xù)的維護(hù)工作提供數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié) 論

火力發(fā)電廠中DCS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用成為目前發(fā)電廠的主要工作模式，可以有效保證發(fā)電廠各機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此需要針對(duì)DCS系統(tǒng)可能存在的故障問(wèn)題進(jìn)行分析，并結(jié)合故障形式和DCS系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)采取有效的應(yīng)對(duì)措施，加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)督管理，保證火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。