國產(chǎn)DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠應(yīng)用及常見故障處理

國產(chǎn)DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠應(yīng)用及常見故障處理【摘要】火力發(fā)電廠肩負(fù)著電能生產(chǎn)的重要責(zé)任，機(jī)組的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行尤為重要。現(xiàn)階段，國內(nèi)大部分火電廠為了確保機(jī)組的正常運(yùn)行，都采用了 DCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)在保障機(jī)組運(yùn)行方面效果顯著。但是由于一些原因的影響，使得 DCS系統(tǒng)常常會(huì)出現(xiàn)故障，這嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性，為此，必須針對(duì)這一問題采取有效的處理對(duì)策加以解決?；诖它c(diǎn)，本文結(jié)合神華陜西國華錦界能源有限責(zé)任公司4×600MW機(jī)組DCS系統(tǒng)，就火力發(fā)電廠 DCS系統(tǒng)的常見故障與處理對(duì)策展開研究。【關(guān)鍵詞】火電廠;DCS系統(tǒng);故障;運(yùn)行可靠性火電廠DCS系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象及其原因分析雖然各個(gè)火電廠采用的 DCS系統(tǒng)均不相同，但是 DCS系統(tǒng)的故障性質(zhì)卻基本大同小異，可將系統(tǒng)故障大致分為以下三大類 :即硬件故障、軟件故障和人為故障。1.1硬件故障這是DCS系統(tǒng)最為常見的故障類型之一，主要是由于系統(tǒng)本身硬件引起的，具體又分為以下幾種:1.1.1DPU主控單元故障。常見的故障現(xiàn)象有 DPU脫網(wǎng)、無法正常初始化和切換等等。其中以無法正常初始化較為常見，引起此類故障的原因主要是主 DPU和輔DPU之間的下位機(jī)程序出現(xiàn)異常，從而導(dǎo)致 DOC芯片不兼容;引起DPU脫網(wǎng)的原因有電氣元件老化、散熱器損壞、主板電容燒損、通訊端子接觸不良等等。同時(shí) DPU運(yùn)行的負(fù)載率過高也會(huì)導(dǎo)致 DPU死機(jī)脫網(wǎng)，間接會(huì)造成 DCS系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)失靈。2013年4月4日上午08時(shí)45分，#2機(jī)DCS系統(tǒng)#24站B主控單元異常。熱控人員檢查發(fā)現(xiàn)#24號(hào)站B主控單元處于離線報(bào)警狀態(tài)，A主控單元(主機(jī))狀態(tài)指示正常，B主控單元(從機(jī))狀態(tài)指示正常，但兩個(gè)主控 RNET(備用網(wǎng)絡(luò)指示燈)燈均未亮，經(jīng)查看報(bào)警日志發(fā)生故障時(shí)間為 2013年4月4日06時(shí)51分40秒，B主控故障前為從機(jī)。分析為主控單元冗余網(wǎng)卡故障，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員討論制定詳細(xì)的處理預(yù)案，更換故障的DPU主控單元后系統(tǒng)恢復(fù)正常。1.1.2I/O 卡件故障。此類故障主要包括 I/O通道故障、通訊電纜接觸不良、端子板接線不正確、電氣元件陳舊老化、強(qiáng)電串入損壞卡件等等。 2006年國華錦界投產(chǎn)初期，曾發(fā)生疑似DCS系統(tǒng)DO誤發(fā)指令導(dǎo)致設(shè)備誤跳閘。經(jīng)專家分析DCS系統(tǒng)DO控制設(shè)備誤動(dòng)可能是因主控的雙口RAM在快速重復(fù)搬運(yùn)數(shù)據(jù)或干擾時(shí)，造成數(shù)據(jù)搬運(yùn)錯(cuò)誤，所以在主控中對(duì)雙口RAM搬運(yùn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密處理。和利時(shí)公司制定出主控升級(jí)方案:在主控中對(duì)IEC算法邏輯運(yùn)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，再放到內(nèi)存中;雙口RAM搬運(yùn)時(shí)，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不對(duì)就扔掉，重新獲取 IEC運(yùn)算輸出數(shù)據(jù)，擴(kuò)大加密范圍，增強(qiáng)系統(tǒng)抵抗電源干擾能力和容錯(cuò)功能。經(jīng)升級(jí)后的系統(tǒng)再未發(fā)生因DO指令誤發(fā)導(dǎo)致的設(shè)備跳閘情況發(fā)生。1.2軟件故障引起此類故障的主要原因是 DCS系統(tǒng)軟件自身的問題。通常情況下，可將 DCS系統(tǒng)的軟件故障分為系統(tǒng)軟件故障和應(yīng)用軟件故障兩種，前者多是由系統(tǒng)自帶的，如系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的不周全，在執(zhí)行某些命令時(shí)便會(huì)引發(fā)故障，從而造成系統(tǒng)停機(jī)和死機(jī)等問題;DCS系統(tǒng)的應(yīng)用軟件一般都是使用者自己編寫的，在具體應(yīng)用中，由于這類軟件的編寫工作比較復(fù)雜并且工作量非常大，所以一不小心便會(huì)出錯(cuò)，而一旦編寫錯(cuò)誤便會(huì)使軟件應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)問題，如圖形組態(tài)畫面與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不符、閥門位置序列號(hào)標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤等等。1.3人為故障所謂的人為故障實(shí)質(zhì)上就是操作不當(dāng)引起的故障。在 DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)某項(xiàng)功能無法正常使用會(huì)使某個(gè)控制部分不正常工作的情況，但 DCS系統(tǒng)本身卻并沒有故障，此類問題多數(shù)是因?yàn)椴僮魅藛T對(duì) DCS系統(tǒng)的功能不熟悉或是操作不熟練造成錯(cuò)誤操作引起的。尤其是一些初次接觸 DCS系統(tǒng)的操作者，由于他們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，所以常常會(huì)出現(xiàn)誤操作的現(xiàn)象。系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段2.1DCS系統(tǒng)硬件配置要提高DCS系統(tǒng)的安全可靠性，增強(qiáng) DCS系統(tǒng)本身抵御事故能力是關(guān)鍵，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)考慮系統(tǒng)配置這個(gè)因素。近年來，國內(nèi) DCS系統(tǒng)發(fā)生的故障，如惡性的系統(tǒng)癱瘓、操作員站部分或全部死機(jī)及局部系統(tǒng)失靈等典型故障，大多與系統(tǒng)硬件配置不當(dāng)有關(guān)，主要表現(xiàn)為資源配置過緊，處理器配置過少， CPU負(fù)荷率太高;處理器的配置不滿足分散度的要求，危險(xiǎn)過度集中;I/O點(diǎn)配置不合理，很多重要保護(hù)和調(diào)節(jié)用信號(hào)集中在一塊I/O板上或集中在一個(gè)站內(nèi)等。因此在設(shè)計(jì)過程中首先應(yīng)充分考慮DCS系統(tǒng)硬件配置的裕度，保證控制器的CPU負(fù)荷率，《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定控制器的CPU負(fù)荷率應(yīng)在40%以下，實(shí)際應(yīng)用中考慮到設(shè)備老化和使用中增加系統(tǒng)容量或其它相關(guān)功能，在設(shè)計(jì)初始階段一般要求將控制器CPU負(fù)荷率指標(biāo)定在 20%-30%，最好在25%以下，不能因節(jié)省經(jīng)費(fèi)而影響系統(tǒng)性能 ;其次，處理器的配置應(yīng)滿足分散度要求，保持重要保護(hù)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立，不能為降低處理器負(fù)載、均衡處理任務(wù)而放棄工藝、功能劃分原則。圖1. 控制系統(tǒng)配置圖另外，在配置I/O點(diǎn)時(shí)必須堅(jiān)持重要保護(hù)、調(diào)節(jié)信號(hào)分散配置的原則，重要保護(hù)和調(diào)節(jié)用信號(hào)不能集中在一塊 I/O板上，用于同一保護(hù)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的信號(hào)最好不配置在同一個(gè)控制站內(nèi)。錦能公司在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí) DCS系統(tǒng)硬件配置裕度較大，重要信號(hào)的分布考慮了分散的要求，自 2006年改造至今，沒有出現(xiàn)過影響機(jī)組安全的系統(tǒng)故障。系統(tǒng)電源和網(wǎng)絡(luò)配置 DCS系統(tǒng)的電源和通迅網(wǎng)絡(luò)是 DCS系統(tǒng)可靠工作的重要保證，各分散控制系統(tǒng)廠家和各發(fā)電廠對(duì) DCS系統(tǒng)的配電和網(wǎng)絡(luò)硬件配置都非常重視。但近年來國內(nèi)還是有因電源和通訊問題導(dǎo)致的機(jī)組跳閘甚至擴(kuò)大至設(shè)備損壞的案例。筆者認(rèn)為主要存在以下幾個(gè)方面的問題。2.2.1電源切換裝置切換時(shí)間過長。關(guān)于電源切換時(shí)間，《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中明確規(guī)定應(yīng)不小于5ms(應(yīng)能保證控制器不初始化 )，但實(shí)際上很多 DCS廠家提供的電源切換裝置都達(dá)不到切換時(shí)間小于 5ms的標(biāo)準(zhǔn)，但在出廠測(cè)試時(shí)基本都能滿足保證控制器不初始化的要求。對(duì)于這一問題，筆者建議在 DCS系統(tǒng)出廠驗(yàn)收時(shí)在進(jìn)行電源切換試驗(yàn)的同時(shí)，一定要堅(jiān)持進(jìn)行電源切換時(shí)間測(cè)試，要求廠家達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn) ;同時(shí)，在以后的使用過程中定期對(duì)電源切換時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)切換時(shí)間過長及時(shí)處理。2.2.2 關(guān)于DCS系統(tǒng)供電方式現(xiàn)很多電廠都采用兩套 UPS系統(tǒng)并列運(yùn)行的方式(兩套UPS共用一條母線)，DCS系統(tǒng)的兩路電源也都引自 UPS并列運(yùn)行的公用母線，這種設(shè)計(jì)存在 UPS電源故障引起機(jī)組跳閘的危險(xiǎn)。筆者認(rèn)為 :DCS系統(tǒng)的供電方式最好采用雙路 UPS冗余方式，但電源進(jìn)線必須接在不同的供電母線上 ;如沒有兩套完全獨(dú)立的 UPS電源，也可以采用一路UPS電源、一路保安電源的供電方式，但考慮到保安電源沒有 UPS電源穩(wěn)定，最好在電源切換裝置中設(shè)計(jì)閉鎖輔路電源功能，保證在 UPS電源正常的情況下，DCS系統(tǒng)由UPS電源供電。控制和保護(hù)系統(tǒng)的兩路獨(dú)立供電電源，優(yōu)先考慮單路獨(dú)立運(yùn)行就可以滿足控制系統(tǒng)容量要求的二路不間斷電源 (UPS)供電，正常運(yùn)行時(shí)各帶一半負(fù)荷同時(shí)工作，確保電源切換對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生擾動(dòng)。當(dāng)采用一路不間斷電源(UPS)、一路保安電源供電時(shí)，如保安電源電壓波動(dòng)較大，應(yīng)增加一臺(tái)穩(wěn)壓器以穩(wěn)定電源。2.2.3操作員站的供電方式是 DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較薄弱的環(huán)節(jié)很多發(fā)電廠的操作員站和工程師站都只有一路電源供電。隨著火電廠自動(dòng)化水平的不斷提高，操作員站成了運(yùn)行人員與運(yùn)行機(jī)組的核心紐帶，對(duì)操作員站的可靠性要求越來越高，對(duì)操作員站的供電方式也應(yīng)采用冗余切換方式，同時(shí)還應(yīng)將操作員站的電源分散配置，盡量避免所有操作員站電源取自同一配電柜，降低所有操作員站同時(shí)癱瘓的危險(xiǎn)。2.2.4通訊網(wǎng)絡(luò)是DCS系統(tǒng)的工作平臺(tái)各DCS廠家也都對(duì)網(wǎng)絡(luò)采取了冗余措施，但仍存在一些問題。首先表現(xiàn)在冗余不徹底之，交換機(jī)與交換機(jī)間的通訊光纜沒有冗余(或冗余光纖共用一根光纜)或光端機(jī)沒有冗余等;其次，對(duì)同一廠內(nèi)不同機(jī)組的DCS系統(tǒng)(包括共用系統(tǒng)、輔控系統(tǒng))在建立“I/O點(diǎn)目錄"、"標(biāo)簽名稱"等方面沒有總體規(guī)劃，在接口通訊中留下刷新、覆蓋，進(jìn)而引發(fā)通訊癱瘓的危險(xiǎn)。筆者建議在進(jìn)行 DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)的硬件配置要保證真正的冗余，不能存在因某一硬件故障影響網(wǎng)絡(luò)通訊的局部瓶頸;在定義“I/O點(diǎn)目錄"、"標(biāo)簽名稱"等數(shù)據(jù)庫時(shí)要總體規(guī)劃，避免同一廠內(nèi)不同機(jī)組的DCS系統(tǒng)的“I/O點(diǎn)目錄"、"標(biāo)簽名稱"等重名;操作員站的網(wǎng)線連接應(yīng)避免接在同一對(duì)交換機(jī)上，防止因交換機(jī)之間的通訊硬件設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)部分被控設(shè)備失去監(jiān)控或該交換機(jī)故障引起所有操作員站癱瘓。錦能公司DCS系統(tǒng)錦能公司DCS系統(tǒng)采用赫斯曼POWERMICE型交換機(jī)，全雙工網(wǎng)段采用PAUSE方案，半雙工網(wǎng)段通常采用backpressure方案。其通訊方式為C/S結(jié)構(gòu)，其對(duì)服務(wù)器依賴性較大，由于其工業(yè)特性以及對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)傳輸性能較一般性民用網(wǎng)絡(luò)相比有更嚴(yán)格的要求，工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)是解決這一問題的首選方案。解決火電廠DCS系統(tǒng)故障問題的有效處理對(duì)策通過上文對(duì)DCS系統(tǒng)故障分析可知，引發(fā)系統(tǒng)故障的主要原因是系統(tǒng)自身問題和人為操作問題，所以想要確保 DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)從這兩方面著手解決，具體可采取以下措施。3.1加大對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)力度3.1.1借助網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀器對(duì) DCS系統(tǒng)進(jìn)行定期和不定期的通信負(fù)荷率測(cè)試，確保機(jī)組發(fā)生問題時(shí)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率控制在規(guī)定范圍內(nèi) ;3.1.2可以借助機(jī)組檢修的機(jī)會(huì)，對(duì) DCS系統(tǒng)的DPU進(jìn)行逐個(gè)復(fù)位，同時(shí)將組態(tài)當(dāng)中存在的無效 I/O節(jié)點(diǎn)刪除掉，借此來對(duì) DPU組態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。此外，還應(yīng)對(duì)DCS模件、濾網(wǎng)和機(jī)柜等進(jìn)行清潔，避免灰塵積聚應(yīng)用系統(tǒng)正常運(yùn)行 ;3.1.3建議有條件的火電廠應(yīng)當(dāng)將 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改為雙層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)，借此來使管理和系統(tǒng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)分開，這有利于提高 DCS運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性 ;3.1.4應(yīng)當(dāng)做好巡檢和定期檢查工作，并將檢查重點(diǎn)放在以下環(huán)節(jié)上 :定期對(duì)DCS系統(tǒng)的風(fēng)扇進(jìn)行檢查，看其是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，風(fēng)道有無堵塞的情況 ;對(duì)各個(gè)通訊線路進(jìn)行檢查，看其連接是否牢固可靠、接口是否存在異常 ;定期對(duì)各個(gè)端子、模件進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，以確保其能夠始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài) ;加強(qiáng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行過程中設(shè)備的維護(hù)和巡檢力度，認(rèn)真檢查通訊狀態(tài)，避免因通訊故障的發(fā)生引起系統(tǒng)失靈 ;3.1.5為了確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，應(yīng)當(dāng)在 DCS系統(tǒng)那個(gè)與其它系統(tǒng)的接口上加裝防火墻，并在系統(tǒng)與 CRT之間設(shè)置異常報(bào)警;3.1.6要做好系統(tǒng)故障應(yīng)急措施，并將故障緊急處理、安全、技術(shù)以及檢修步驟等編寫成冊(cè)，借此來確保機(jī)組的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。此外，在對(duì) DCS故障進(jìn)行處理和常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，必須嚴(yán)格按照設(shè)備廠商提供的指導(dǎo)意見書進(jìn)行操作，以免引起不必要的問題。3.1.7在對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造的過程中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真做好調(diào)研工作，并對(duì)升級(jí)方案加以完善，同時(shí)還要選擇好相應(yīng)的技術(shù)和安全措施，以此來確保 DCS系統(tǒng)以及機(jī)組設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。3.2預(yù)防人為故障的措施首先，應(yīng)當(dāng)防止人為的誤改以及誤動(dòng)，這是避免人為操作故障發(fā)生的有效途徑之一;其次，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)操作人員的崗位培訓(xùn)力度，特別是要針對(duì)新上崗的操作人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)，使他們能夠?qū)CS系統(tǒng)的相關(guān)操作有所了解和掌握，以免在實(shí)際工作中因錯(cuò)誤操作引起系統(tǒng)故障;再次，應(yīng)當(dāng)建立健全相關(guān)的管理制度。想要有效杜絕人為誤操作的情況發(fā)生，除了提高操作者的技術(shù)水平之外，火電廠還應(yīng)當(dāng)制定切實(shí)可行的監(jiān)護(hù)和批準(zhǔn)制度，為了建立高效的熱控設(shè)備故障應(yīng)急處理機(jī)制，以確保機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)生控制系統(tǒng)故障時(shí)能夠迅速、可靠地組織故障處理，最大限度地降低故障造成的影響，錦能公司根據(jù)具體情況，用制度對(duì)員工加以規(guī)范，并制定相應(yīng)的獎(jiǎng)懲措施，對(duì)于因嚴(yán)重誤操作導(dǎo)致系統(tǒng)故障引起重大損失的應(yīng)當(dāng)追求當(dāng)事