淺談DCS在火力發(fā)電應用中存在的問題及解決對策

0 前言
　 分散控制系統(tǒng)（DCS）于上世紀七十年代問世，經過三十年的應用、發(fā)展和完善，在工業(yè)過程控制領域占據了舉足輕重的地位。我國自上世紀八十年代中后期在成套引進發(fā)電機組上應用DCS以來，絕大多數發(fā)電企業(yè)尤其是大機組的生產過程控制，均采用了各型進口或國產DCS，為電力生產的安全、經濟運行作出了很大貢獻。
1 存在問題和解決方法
　雖然DCS采用先進技術，功能強大，但實際應用中，包括設計、安裝、操作、管理和維護等環(huán)節(jié)，還存在諸多問題。
　資料顯示，由于DCS（包括DEH）原因引起熱控保護誤動而造成的機組跳閘在全部熱控保護誤動中占很大比例，且隨著DCS大量應用有逐漸增長之勢。如我省100 MW以上機組2001年共發(fā)生熱控保護誤動41次，其中DCS原因為19次，占熱控保護誤動總數的46.3％；2002年在統(tǒng)計的24次熱控保護誤動造成機組跳閘中，DCS原因為13次，占熱控保護誤動總數的54.2%；2003年在統(tǒng)計的44次熱控保護誤動造成機組跳閘中，DCS原因為25次，占熱控保護誤動總數的56.8%。
　當前電力供應緊張，分析并解決DCS在應用中出現的各種問題對于保障機組安全、經濟運行尤為重要。以下結合實例試進行探討，希望能提供有益的借鑒。
　　1．1 DCS本身原因
　　1．1．1 早些投產而沒有經過升級改造的DCS功能不完善，有些DCS供應商或協(xié)作商或被兼并，或某型號停產而無法繼續(xù)提供備件，造成DCS個別設備不可控或局部失效，這種情況必須進行系統(tǒng)升級或進行技術改造。
　　1．1．2 DCS設備（包括配套設備）存在質量問題。
　　1．1．2．1 硬件質量問題
　某300MW機組，正常運行中發(fā)電機出口開關、勵磁開關跳閘，“調節(jié)器A柜退出運行”、“調節(jié)器B柜退出運行”報警信號發(fā)出，機組解列。對ECS檢查試驗，發(fā)現控制A、B柜調節(jié)器的主控制器離線，與之冗余的控制器重啟。分析發(fā)現控制器主板晶振存在問題，聯(lián)系制造廠予以全部免費更換。

　 要重視DCS的FAT工廠測試，派有經驗的技術人員參與DCS出廠的性能測試和驗收，爭取及早發(fā)現并解決問題，盡量避免在運行中發(fā)生問題。

　再如某300MW機組，運行中所有磨煤機跳閘，MFT動作，機組跳閘。分析發(fā)現故障原因是DCS選用集線器上的總通訊板故障，導致與其通信的所有控制器同時切換至備用。切換過程中，FSSS功能三個控制器誤發(fā)磨煤機跳閘信號，后用CISCO集線器更換。

　對于DCS供應商在配套設備上的選型應提出要求或者規(guī)定產品型號，避免采用即將淘汰或非主流產品。
　1．1．2．2 軟件問題
　 軟件故障一般較難發(fā)現，但軟件引起的問題如果不能及時發(fā)現，不僅會影響系統(tǒng)的工作，甚至會導致系統(tǒng)的癱瘓。
　
　 某350MW機組，正常運行時9個控制器依次發(fā)NTP報警，在此后的七個半小時內，相繼因控制器離線造成三臺磨煤機跳閘和一臺引風機動葉關閉。經分析，是系統(tǒng)時鐘偏差積累到一定程度后導致主、備時鐘不同步，引起系統(tǒng)時鐘紊亂，最終導致控制器離線，從而導致整個控制系統(tǒng)癱瘓。找制造商將軟件升級后正常。

　某200MW機組DCS采用UNIX操作系統(tǒng)，每臺操作員站運行一段時間后都會發(fā)生因資源耗盡而死機，必須定期檢查系統(tǒng)資源，定期重啟操作員站主機，影響機組正常運行。檢查發(fā)現內存資源計數器不能自行復位，由DCS供應商為升級應用程序后正常。

　任何軟件即使經過測試也非常有可能存在各種BUG，據統(tǒng)計,初次編出的軟件平均每100-4000條指令就會出現一個錯誤，這些錯誤需要在調試、試運,甚至到運行時才能陸續(xù)被發(fā)現和改正。在平時的運行維護中，要仔細檢查記錄并分析DCS相關的各種異常和缺陷，發(fā)現與軟件相關的問題后立即與供應商取得聯(lián)系，將情況反饋并加以解決。
　　1．2 安裝原因
　 DCS進行安裝時沒有嚴格按規(guī)程要求進行，技術上有漏洞，特別是系統(tǒng)接地、電纜（信號電纜和通訊電纜）敷設方面。
　　1．2．1 系統(tǒng)接地不好造成設備損壞
　 某熱電廠DCS在6月投用，夏季兩次由于打雷損壞數塊I/O模件端子板。檢查電源系統(tǒng)均正常，后測量DCS接地電阻，發(fā)現比調試時的記錄數據大很多，再檢查發(fā)現DCS接地至電氣接地網的接線螺絲由于安裝問題造成松動，處理后正常。
　
　要重視安裝驗收評審工作，在按要求完成各項安裝指標測試和驗評的同時，作好技術數據的記錄、整理、歸檔便于以后分析對比。在目前用電緊張的情況下，很多項目在趕進度，更要抓好安裝質量。
　　1．2．2 電纜引入干擾
　某200MW機組鍋爐采用煤粉濃度作為熱量調節(jié)反饋信號，DCS改造后發(fā)現煤粉濃度信號有高頻干擾，造成給粉機自動調節(jié)不穩(wěn)定，影響機組安全經濟運行。經檢查發(fā)現煤粉溫度熱電偶補償導線沒有使用屏蔽電纜，且與給粉機變頻器電纜并行。后在小修中使用數采裝置集中采集，用數字通訊方式通過屏蔽雙絞線傳輸信號，改變走向，徹底消除了干擾。

很多機組控制系統(tǒng)是改造為DCS的，對DCS出現的異常情況應全面分析，不能忽視外圍設備的影響。
　　1．3 DCS設計應用原因
　　1．3．1 由于歷史原因，某些系統(tǒng)設計僅用來替代常規(guī)儀表，資金投入少，難以發(fā)揮DCS技術優(yōu)勢，使機組安全性水平不高。
　 某200MW機組DCS改造時因節(jié)約資金選用現場I/O，鍋爐所有閥門電動裝置接至遠程I/O柜。由于一味考慮成本，結果選用的遠程I/O無法實現主控制器故障冗余切換，使得鍋爐電動閥門在單個控制器故障或控制器切換時無法操作，存在較大安全隱患，必須花更多的資金來改造。

　 在選擇DCS時，不但要考察DCS軟硬件技術水平的先進性，更要考察系統(tǒng)配置的可靠性，努力使其滿足機組安全運行的條件。
　　1．3．2 對DCS不熟悉造成設計配置上的不合理
　如后備手操，一般DCS后備手操的配置有以下幾種（見圖1 ）：

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/330785.htm

　?。?） 在操作員站上進行手動操作，要求操作員站、通信接口、主控制器、I/O模件都正常，具有一定的局限性。
　?。?） 用后備手操通過I/O模件進行操作，所經過的環(huán)節(jié)較少，但仍然要求I/O模件正常工作。
　?。?） 用后備手操直接操作，后備手操直接輸出信號去控制執(zhí)行機構，即使I/O模件發(fā)生故障仍然可以操作。
　　第1種為軟手操，第3種為硬手操，而2種介于兩種手操之間。重要設備應考慮后備硬手操，保證在DCS癱瘓時也能進行正常操作，必須采用第3種方式，但很多電廠采用第2種方式，并不可靠。
　　此外，有些DCS工程技術人員在系統(tǒng)配置，I/O分配以及邏輯組態(tài)時，沒有合理規(guī)劃，造成控制器、網、操作員站負荷率較高，在運行中發(fā)生通信堵塞而影響機組安全生產。
　　1．3．3 設計過于粗放，不切合實際，不能適應新的電力生產形勢要求，甚至影響機組可靠性和經濟性。
　 很多機組DCS的軟件組態(tài)包括聯(lián)鎖保護邏輯、順控邏輯以及自動控制策略照貓畫虎，生搬硬抄。由于設備情況、人員配置、運行方式等方面的差異，往往需要結合實際情況對控制思想和組態(tài)進行修改和優(yōu)化。這種情況在采用進口DCS對國產機組改造時較為突出。目前DCS設計特別是機組的監(jiān)控邏輯一般由DCS供應商來完成，技術上更要嚴格把關。
　　1．3．3．1 機組保護邏輯設計組態(tài)存在隱患
　 某300MW機組運行帶70%ECR負荷，由于爐內燃燒工況不穩(wěn)定運行人員點油槍助燃，使爐膛壓力高Ⅲ值引起MFT動作，機組跳閘。從現象初看為操作不當，但分析顯示：燃燒不穩(wěn)時有一臺磨煤機出現“層無火”而一直沒有跳閘，隨后另兩臺磨煤機也同時出現了嚴重燃燒不穩(wěn)“層無火”現象，且都沒有跳閘，使得爐膛在燃燒微弱情況下大量燃燒物聚集。當投入油槍，立即引起鍋爐爆燃，造成爐膛壓力高Ⅲ值MFT動作。