電廠熱控DCS控制保護(hù)回路誤動(dòng)作原因與應(yīng)對(duì)措施

李輝

（國(guó)能寧夏電力有限公司，寧夏 銀川 750000）

0 引言

分布式控制系統(tǒng)（DCS）目前被廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石化等領(lǐng)域，主要由監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模擬量控制系統(tǒng)等組成。將DCS控制保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用于電廠，既能保證電廠機(jī)組的安全運(yùn)行，又能提升電廠的自動(dòng)化控制水平，大大減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低電廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本。但由于DCS是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、通信單元、I/O卡件、顯示單元（CRT）及大量的通信線纜組成，因此極易受到各種主客觀因素的影響造成控制回路誤動(dòng)作，影響電廠的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了安全事故發(fā)生的概率。因此，必須加強(qiáng)其抗干擾能力，提高DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，確保電廠生產(chǎn)的安全性和連續(xù)性。

1 電廠熱控DCS控制系統(tǒng)概述

1.1 DCS基本原理

DCS系統(tǒng)是現(xiàn)階段電廠使用的主要控制技術(shù)之一，包含控制、顯示、通信與計(jì)算機(jī)4個(gè)部分，各子系統(tǒng)之間既相互獨(dú)立，又協(xié)同工作，可根據(jù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的具體要求進(jìn)行設(shè)置，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)各部分運(yùn)行相互獨(dú)立的缺陷。

1.2 DCS單元機(jī)組監(jiān)控

DCS系統(tǒng)單元機(jī)組較多，因此DCS系統(tǒng)必須具有較強(qiáng)的單元監(jiān)控能力，同時(shí)具備一定的管理功能，能夠?qū)Ω鲉卧獧C(jī)組進(jìn)行有效管理。如：通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)歷史數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、收集、分析、整理，可提高設(shè)備的工作效率。由于當(dāng)前電廠機(jī)組容量不斷增大，其參數(shù)要求也越來(lái)越高，為實(shí)現(xiàn)電廠生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化，必須進(jìn)一步簡(jiǎn)化DCS系統(tǒng)功能，在確保電氣保護(hù)測(cè)量準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，深層次理解信息內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的有效監(jiān)控。

1.3 DCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

DCS控制系統(tǒng)包括硬件體系結(jié)構(gòu)和軟件體系結(jié)構(gòu)。硬件體系結(jié)構(gòu)主要是操作站和現(xiàn)場(chǎng)控制單元，現(xiàn)場(chǎng)控制單元位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制中心距離較遠(yuǎn)，由多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)構(gòu)成；操作站主要記錄和顯示各控制單元的數(shù)據(jù)過(guò)程，具體設(shè)備包含打印設(shè)備、儲(chǔ)存器、鍵盤、顯示器、主機(jī)，具有編程、打印、操作及報(bào)警的功能。軟件體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，具體包含網(wǎng)絡(luò)通信、控制算法及輸出、巡查數(shù)據(jù)模塊，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是軟件體系結(jié)構(gòu)的中心，能夠共享并處理數(shù)據(jù)。

2 電廠熱控DCS控制保護(hù)回路誤動(dòng)作安全事故

電廠熱控DCS控制系統(tǒng)內(nèi)容繁瑣，相關(guān)操作人員在進(jìn)行任務(wù)的具體操作時(shí)，常出現(xiàn)因操作對(duì)象差異、操作步驟混亂而導(dǎo)致的誤動(dòng)作，造成電廠生產(chǎn)安全事故[1]。本文在對(duì)電廠熱控DCS控制保護(hù)回路誤動(dòng)作安全事故進(jìn)行分析時(shí)，主要從兩個(gè)角度探討：其一，在沒(méi)有對(duì)連鎖保護(hù)狀態(tài)進(jìn)行完全解除時(shí)，相關(guān)操作人員在對(duì)元器件進(jìn)行檢修時(shí)所涉及的檢測(cè)點(diǎn)可能會(huì)影響DCS系統(tǒng)，致使熱控系統(tǒng)誤動(dòng)作故障，影響發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，同時(shí)在對(duì)機(jī)構(gòu)故障進(jìn)行維修時(shí)，操作人員使用的檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)會(huì)對(duì)DCS系統(tǒng)控制回路的強(qiáng)電信號(hào)造成影響，引發(fā)子模件、子板故障。其二，DCS系統(tǒng)日常檢修主要針對(duì)的是測(cè)點(diǎn)、主電機(jī)，通常不會(huì)經(jīng)常性地開(kāi)展全面檢查，而DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)控制相當(dāng)復(fù)雜，如圖1所示，工作人員在具體操作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)由于檢測(cè)不完全造成的信號(hào)差錯(cuò)，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組癱瘓，最終影響電廠整體經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 電廠熱控DCS控制保護(hù)回路誤動(dòng)作的原因

根據(jù)對(duì)電廠熱控DCS控制保護(hù)回路誤動(dòng)作安全事故的分析，DCS控制系統(tǒng)受硬件、軟件、人為及外部環(huán)境影響，出現(xiàn)熱控DCS控制保護(hù)回路誤動(dòng)作故障，DCS供電系統(tǒng)常見(jiàn)故障見(jiàn)表1。

表1 DCS供電系統(tǒng)常見(jiàn)故障

3.1 硬件設(shè)施故障

在整個(gè)電廠熱控DCS系統(tǒng)當(dāng)中，硬件設(shè)施為其執(zhí)行部位，根據(jù)所接收工作指令自動(dòng)運(yùn)行。在電路接觸異常、元器件損壞、電流電壓電源標(biāo)準(zhǔn)輸出不良的情況下，接收到的工作指令可能存在差錯(cuò)，根據(jù)錯(cuò)誤工作指令執(zhí)行的操作會(huì)使自身出現(xiàn)故障，影響相關(guān)聯(lián)的監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)而引發(fā)驅(qū)動(dòng)效果異常。DCS系統(tǒng)如出現(xiàn)指令信號(hào)錯(cuò)誤，則硬件在錯(cuò)誤信號(hào)的指引下，將導(dǎo)致整個(gè)控制保護(hù)回路發(fā)生誤動(dòng)作故障。熱工原件出現(xiàn)故障的主要原因是元器件設(shè)施質(zhì)量不合格，當(dāng)元器件質(zhì)量不符合試驗(yàn)和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)存在故障隱患，有可能引發(fā)DCS系統(tǒng)控制保護(hù)回路誤動(dòng)作。

DCS系統(tǒng)的地線、零線、火線、電纜以及電線在長(zhǎng)時(shí)間的使用下，極易出現(xiàn)保護(hù)層破損及老化情況，致使線路暴露，出現(xiàn)因硬件設(shè)施故障而導(dǎo)致電線混電的情況，該狀況下一旦出現(xiàn)熱控誤動(dòng)作，將直接引發(fā)火災(zāi)，安全隱患極為嚴(yán)重，必須引起重視。

3.2 軟件故障

所謂的熱控DCS軟件故障實(shí)際上就是內(nèi)部邏輯的故障，系統(tǒng)內(nèi)部邏輯不完善或者內(nèi)部邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤都會(huì)導(dǎo)致DCS系統(tǒng)出現(xiàn)誤動(dòng)作。造成邏輯出錯(cuò)的主要原因在于電廠機(jī)組在生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程或者在大規(guī)模整改之后對(duì)發(fā)電機(jī)組的特性進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后的機(jī)組設(shè)備與原DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的函數(shù)曲線及參數(shù)控制邏輯不匹配。

3.3 人為操作失誤

電廠熱控DCS系統(tǒng)具有較高的自動(dòng)化水平，在硬件設(shè)施和相關(guān)邏輯數(shù)據(jù)完善的情況下，人為操作是對(duì)系統(tǒng)后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況影響最大的因素，同時(shí)也是導(dǎo)致熱控誤動(dòng)作的關(guān)鍵因素。電廠操作人員的操作失誤主要發(fā)生于設(shè)備檢修養(yǎng)護(hù)以及系統(tǒng)操作過(guò)程中，具體原因包括操作人員未按照相關(guān)規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行、工作狀態(tài)差、專業(yè)技術(shù)水平不足等，這些原因會(huì)造成信號(hào)識(shí)別錯(cuò)誤、DCS系統(tǒng)接線不正確，最終導(dǎo)致控制保護(hù)回路誤動(dòng)作。

例如，作為熱控管理的主要內(nèi)容之一，在進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)操作時(shí)，相關(guān)工作人員需要根據(jù)測(cè)量信號(hào)，具體設(shè)置系統(tǒng)的保護(hù)功能，但是在實(shí)際設(shè)置時(shí)，工作人員可能會(huì)減少程序，沒(méi)有根據(jù)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行重新設(shè)置，而是直接投入保護(hù)，導(dǎo)致出現(xiàn)機(jī)組投汽機(jī)故障，進(jìn)而引發(fā)DCS系統(tǒng)控制保護(hù)回路誤動(dòng)作，造成電廠嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失[2]。

3.4 外部環(huán)境因素

DCS系統(tǒng)運(yùn)行外部環(huán)境主要影響系統(tǒng)的模擬量和開(kāi)關(guān)量，在外部運(yùn)行環(huán)境的濕度和溫度出現(xiàn)劇烈波動(dòng)、周圍粉塵量過(guò)高或系統(tǒng)振動(dòng)過(guò)于強(qiáng)烈時(shí)，系統(tǒng)具有較大出現(xiàn)拒動(dòng)作或誤動(dòng)作的可能性。

例如，DCS系統(tǒng)位于強(qiáng)磁環(huán)境中，在電導(dǎo)耦合與外部電磁輻射的影響下，系統(tǒng)的設(shè)備信號(hào)會(huì)受到干擾，出現(xiàn)信號(hào)錯(cuò)誤或信號(hào)無(wú)法顯示的情況。系統(tǒng)設(shè)備如出現(xiàn)卡套接觸不良、螺絲松動(dòng)情況，也會(huì)影響設(shè)備信號(hào)。

4 電廠熱控DCS控制保護(hù)回路誤動(dòng)作的處理措施

4.1 嚴(yán)格把控硬件設(shè)備質(zhì)量安全

在采購(gòu)DCS系統(tǒng)相關(guān)硬件設(shè)備時(shí)，首先要確保相應(yīng)的采購(gòu)人員具有一定的專業(yè)知識(shí)，在進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)能夠?qū)υ骷目煽啃?、安全性及?shí)用性進(jìn)行嚴(yán)格把控，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行成本控制，達(dá)到性價(jià)比的最優(yōu)選擇。在進(jìn)行核心元器件選購(gòu)時(shí)，必須堅(jiān)持質(zhì)量第一的原則，堅(jiān)決不能將價(jià)格低廉作為選購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，要保證各元器件之間的匹配性，保障系統(tǒng)合理運(yùn)行，防止出現(xiàn)各元器件之間不匹配的情況。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)自身性能以及系統(tǒng)使用環(huán)境，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)檢修，保證設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的質(zhì)量與安全性。針對(duì)損害嚴(yán)重的線路，重點(diǎn)關(guān)注使用年限及暴露問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行更換。

4.2 規(guī)范電路邏輯參數(shù)

熱控DCS系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中常出現(xiàn)因邏輯問(wèn)題而導(dǎo)致的信號(hào)異常。針對(duì)該問(wèn)題，必須進(jìn)一步規(guī)范電路邏輯參數(shù)，保證邏輯的正確性與合理性。在具體進(jìn)行系統(tǒng)邏輯參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格遵循機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)，提升系統(tǒng)容錯(cuò)率，切實(shí)降低故障頻率。在系統(tǒng)日常運(yùn)行過(guò)程中，要注意對(duì)參數(shù)的修正，及時(shí)對(duì)分析數(shù)據(jù)、控制參數(shù)、運(yùn)行曲線進(jìn)行更新，確保DCS系統(tǒng)控制保護(hù)回路參數(shù)和機(jī)組性能參數(shù)相適應(yīng)，以此保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。在對(duì)電路邏輯參數(shù)規(guī)范的過(guò)程中，也可以對(duì)元器件系統(tǒng)設(shè)施進(jìn)行邏輯優(yōu)化，提升熱控DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低元器件設(shè)施故障。

4.3 完善DCS電源切換

DCS電源切換相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)故障，進(jìn)而引發(fā)電廠熱控DCS控制保護(hù)系統(tǒng)故障。DCS系統(tǒng)在供電時(shí)利用的是兩路獨(dú)立電源，電源的切換利用的是兩條冗余電路，因此容易出現(xiàn)設(shè)備電源故障。但該類問(wèn)題在具體生產(chǎn)運(yùn)行中時(shí)常被忽略。一般情況下，電源切換電路包含兩個(gè)繼電路，分別承擔(dān)負(fù)荷，在其中一條出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定狀況時(shí)，可能會(huì)引發(fā)電源還流問(wèn)題，導(dǎo)致DCS控制系統(tǒng)供電故障[3]。

針對(duì)這類電源切換問(wèn)題，必須對(duì)電路切換形式進(jìn)行改善。DCS電源供電的切換第一路電源為負(fù)載電源，第二路電源為輔助供電電源，在主供電電源無(wú)異常時(shí)，系統(tǒng)供電的重點(diǎn)是主供電源，該方式可提升電源切換回路的安全性，另一電源負(fù)載切換回路按相同原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)整兩路位置。

4.4 提升DCS系統(tǒng)抗干擾能力

提升DCS控制保護(hù)系統(tǒng)的抗干擾能力是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，同時(shí)能夠進(jìn)一步降低故障發(fā)生的可能性。在針對(duì)其抗干擾能力進(jìn)行改善時(shí)，應(yīng)將重點(diǎn)放在信號(hào)抗干擾、電纜以及系統(tǒng)接地上。針對(duì)DCS系統(tǒng)，首先要確定恰當(dāng)?shù)慕拥匚恢茫晟平拥叵到y(tǒng)，切實(shí)提升系統(tǒng)接地方式。具體進(jìn)行接地操作時(shí)，應(yīng)選擇較大截面的通道線，通常情況下應(yīng)該選擇不超過(guò)2 Ω的電阻；盡可能在距離建筑物15 m的區(qū)域進(jìn)行接地，同時(shí)充分考慮強(qiáng)設(shè)備和DCS系統(tǒng)接地位置之間距離的合理性，通常應(yīng)不小于10 m，保證DCS系統(tǒng)具有充足的抗干擾能力。

4.5 加強(qiáng)員工培訓(xùn)

根據(jù)電廠熱控DCS控制保護(hù)回路誤動(dòng)作歷史情況可知，導(dǎo)致出現(xiàn)誤動(dòng)作故障的主要原因是人為操作失誤，其也是導(dǎo)致電廠經(jīng)濟(jì)損失的主要因素。因此，必須重視電廠DCS系統(tǒng)操作人員綜合素質(zhì)的提升。在招聘相關(guān)操作人員時(shí)，要對(duì)招聘指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，將操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技術(shù)水平作為參考重點(diǎn)，按照崗位的實(shí)際操作情況進(jìn)行崗位需求與職責(zé)的設(shè)置。針對(duì)技術(shù)更新問(wèn)題，要完善電廠一線操作人員的內(nèi)部培訓(xùn)計(jì)劃，在操作人員正式上崗前、系統(tǒng)改良時(shí)進(jìn)行崗前培訓(xùn)，嚴(yán)格按照DCS系統(tǒng)操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行教學(xué)，明確各個(gè)崗位的工作職責(zé)，引導(dǎo)操作人員樹(shù)立責(zé)任意識(shí)和安全意識(shí)，端正工作狀態(tài)，確保所有上崗員工培訓(xùn)達(dá)標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐可知，電廠熱控DCS控制保護(hù)回路誤動(dòng)作主要受硬件、軟件、人為以及環(huán)境因素的影響，電廠可借助把控硬件設(shè)備質(zhì)量安全，規(guī)范邏輯參數(shù)，優(yōu)化電源切換與抗干擾能力，加強(qiáng)員工培訓(xùn)與監(jiān)督檢查等操作，切實(shí)降低誤動(dòng)作故障發(fā)生的可能性。DCS控制系統(tǒng)在發(fā)揮優(yōu)越性的同時(shí)還存在一些不足，主要問(wèn)題為兼容性差。當(dāng)前各個(gè)設(shè)備廠家雖然采取了標(biāo)準(zhǔn)的通信方式及通信規(guī)約，但在通信協(xié)議里也會(huì)加入非標(biāo)參數(shù)，由于電廠機(jī)、爐、電控制系統(tǒng)要求不同，因此采購(gòu)的裝置及元器件很難做到共享通用，從而造成了資金的浪費(fèi)。因此，要想DCS控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，必須加強(qiáng)通信協(xié)議及元器件的開(kāi)放性、兼容性，從而更好地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。