DCS在火力發(fā)電應(yīng)用中的問(wèn)題及解決對(duì)策

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分散控制系統(tǒng)（DCS）于上世紀(jì)七十年代問(wèn)世，經(jīng)過(guò)三十年的應(yīng)用、發(fā)展和完善，在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域占據(jù)了舉足輕重的地位。我國(guó)自上世紀(jì)八十年代中后期在成套引進(jìn)發(fā)電機(jī)組上應(yīng)用DCS以來(lái)，絕大多數(shù)發(fā)電企業(yè)尤其是大機(jī)組的生產(chǎn)過(guò)程控制，均采用了各型進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)DCS，為電力生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作出了很大貢獻(xiàn)。

1存在問(wèn)題和解決方法

雖然DCS采用先進(jìn)技術(shù)，功能強(qiáng)大，但實(shí)際應(yīng)用中，包括設(shè)計(jì)、安裝、操作、管理和維護(hù)等環(huán)節(jié)，還存在諸多問(wèn)題。

資料顯示，由于DCS（包括DEH）原因引起熱控保護(hù)誤動(dòng)而造成的機(jī)組跳閘在全部熱控保護(hù)誤動(dòng)中占很大比例，且隨著DCS大量應(yīng)用有逐漸增長(zhǎng)之勢(shì)。如我省100MW以上機(jī)組2001年共發(fā)生熱控保護(hù)誤動(dòng)41次，其中DCS原因?yàn)?9次，占熱控保護(hù)誤動(dòng)總數(shù)的46.3％；2002年在統(tǒng)計(jì)的24次熱控保護(hù)誤動(dòng)造成機(jī)組跳閘中，DCS原因?yàn)?3次，占熱控保護(hù)誤動(dòng)總數(shù)的54.2%；2003年在統(tǒng)計(jì)的44次熱控保護(hù)誤動(dòng)造成機(jī)組跳閘中，DCS原因?yàn)?5次，占熱控保護(hù)誤動(dòng)總數(shù)的56.8%。

當(dāng)前電力供應(yīng)緊張，分析并解決DCS在應(yīng)用中出現(xiàn)的各種問(wèn)題對(duì)于保障機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行尤為重要。以下結(jié)合實(shí)例試進(jìn)行探討，希望能提供有益的借鑒。

1.1DCS本身原因

1.1.1早些投產(chǎn)而沒(méi)有經(jīng)過(guò)升級(jí)改造的DCS功能不完善，有些DCS供應(yīng)商或協(xié)作商或被兼并，或某型號(hào)停產(chǎn)而無(wú)法繼續(xù)提供備件，造成DCS個(gè)別設(shè)備不可控或局部失效，這種情況必須進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)或進(jìn)行技術(shù)改造。

1.1.2DCS設(shè)備（包括配套設(shè)備）存在質(zhì)量問(wèn)題。

1.1.2.1硬件質(zhì)量問(wèn)題

某300MW機(jī)組，正常運(yùn)行中發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)、勵(lì)磁開(kāi)關(guān)跳閘，“調(diào)節(jié)器A柜退出運(yùn)行”、“調(diào)節(jié)器B柜退出運(yùn)行”報(bào)警信號(hào)發(fā)出，機(jī)組解列。對(duì)ECS檢查試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)控制A、B柜調(diào)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(xiàn)控制器主板晶振存在問(wèn)題，聯(lián)系制造廠予以全部免費(fèi)更換。

要重視DCS的FAT工廠測(cè)試，派有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員參與DCS出廠的性能測(cè)試和驗(yàn)收，爭(zhēng)取及早發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，盡量避免在運(yùn)行中發(fā)生問(wèn)題。

再如某300MW機(jī)組，運(yùn)行中所有磨煤機(jī)跳閘，MFT動(dòng)作，機(jī)組跳閘。分析發(fā)現(xiàn)故障原因是DCS選用集線器上的總通訊板故障，導(dǎo)致與其通信的所有控制器同時(shí)切換至備用。切換過(guò)程中，F(xiàn)SSS功能三個(gè)控制器誤發(fā)磨煤機(jī)跳閘信號(hào)，后用CISCO集線器更換。

對(duì)于DCS供應(yīng)商在配套設(shè)備上的選型應(yīng)提出要求或者規(guī)定產(chǎn)品型號(hào)，避免采用即將淘汰或非主流產(chǎn)品。

1.1.2.2軟件問(wèn)題

軟件故障一般較難發(fā)現(xiàn)，但軟件引起的問(wèn)題如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不僅會(huì)影響系統(tǒng)的工作，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓。

某350MW機(jī)組，正常運(yùn)行時(shí)9個(gè)控制器依次發(fā)NTP報(bào)警，在此后的七個(gè)半小時(shí)內(nèi)，相繼因控制器離線造成三臺(tái)磨煤機(jī)跳閘和一臺(tái)引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉關(guān)閉。經(jīng)分析，是系統(tǒng)時(shí)鐘偏差積累到一定程度后導(dǎo)致主、備時(shí)鐘不同步，引起系統(tǒng)時(shí)鐘紊亂，最終導(dǎo)致控制器離線，從而導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)癱瘓。找制造商將軟件升級(jí)后正常。

某200MW機(jī)組DCS采用UNIX操作系統(tǒng)，每臺(tái)操作員站運(yùn)行一段時(shí)間后都會(huì)發(fā)生因資源耗盡而死機(jī)，必須定期檢查系統(tǒng)資源，定期重啟操作員站主機(jī)，影響機(jī)組正常運(yùn)行。檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)存資源計(jì)數(shù)器不能自行復(fù)位，由DCS供應(yīng)商為升級(jí)應(yīng)用程序后正常。

任何軟件即使經(jīng)過(guò)測(cè)試也非常有可能存在各種BUG，據(jù)統(tǒng)計(jì)，初次編出的軟件平均每100-4000條指令就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤需要在調(diào)試、試運(yùn)，甚至到運(yùn)行時(shí)才能陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)和改正。在平時(shí)的運(yùn)行維護(hù)中，要仔細(xì)檢查記錄并分析DCS相關(guān)的各種異常和缺陷，發(fā)現(xiàn)與軟件相關(guān)的問(wèn)題后立即與供應(yīng)商取得聯(lián)系，將情況反饋并加以解決。

1.2安裝原因

DCS進(jìn)行安裝時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格按規(guī)程要求進(jìn)行，技術(shù)上有漏洞，特別是系統(tǒng)接地、電纜（信號(hào)電纜和通訊電纜）敷設(shè)方面。

1.2.1系統(tǒng)接地不好造成設(shè)備損壞

某熱電廠DCS在6月投用，夏季兩次由于打雷損壞數(shù)塊I/O模件端子板。檢查電源系統(tǒng)均正常，后測(cè)量DCS接地電阻，發(fā)現(xiàn)比調(diào)試時(shí)的記錄數(shù)據(jù)大很多，再檢查發(fā)現(xiàn)DCS接地至電氣接地網(wǎng)的接線螺絲由于安裝問(wèn)題造成松動(dòng)，處理后正常。

要重視安裝驗(yàn)收評(píng)審工作，在按要求完成各項(xiàng)安裝指標(biāo)測(cè)試和驗(yàn)評(píng)的同時(shí)，作好技術(shù)數(shù)據(jù)的記錄、整理、歸檔便于以后分析對(duì)比。在目前用電緊張的情況下，很多項(xiàng)目在趕進(jìn)度，更要抓好安裝質(zhì)量。

1.2.2電纜引入干擾

某200MW機(jī)組鍋爐采用煤粉濃度作為熱量調(diào)節(jié)反饋信號(hào)，DCS改造后發(fā)現(xiàn)煤粉濃度信號(hào)有高頻干擾，造成給粉機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)煤粉溫度熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線沒(méi)有使用屏蔽電纜，且與給粉機(jī)變頻器電纜并行。后在小修中使用數(shù)采裝置集中采集，用數(shù)字通訊方式通過(guò)屏蔽雙絞線傳輸信號(hào)，改變走向，徹底消除了干擾。

很多機(jī)組控制系統(tǒng)是改造為DCS的，對(duì)DCS出現(xiàn)的異常情況應(yīng)全面分析，不能忽視外圍設(shè)備的影響。

1.3DCS設(shè)計(jì)應(yīng)用原因

1.3.1由于歷史原因，某些系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅用來(lái)替代常規(guī)儀表，資金投入少，難以發(fā)揮DCS技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使機(jī)組安全性水平不高。

某200MW機(jī)組DCS改造時(shí)因節(jié)約資金選用現(xiàn)場(chǎng)I/O，鍋爐所有閥門(mén)電動(dòng)裝置接至遠(yuǎn)程I/O柜。由于一味考慮成本，結(jié)果選用的遠(yuǎn)程I/O無(wú)法實(shí)現(xiàn)主控制器故障冗余切換，使得鍋爐電動(dòng)閥門(mén)在單個(gè)控制器故障或控制器切換時(shí)無(wú)法操作，存在較大安全隱患，必須花更多的資金來(lái)改造。

在選擇DCS時(shí)，不但要考察DCS軟硬件技術(shù)水平的先進(jìn)性，更要考察系統(tǒng)配置的可靠性，努力使其滿足機(jī)組安全運(yùn)行的條件。

1.3.2對(duì)DCS不熟悉造成設(shè)計(jì)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：

（1）在操作員站上進(jìn)行手動(dòng)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。

（2）用后備手操通過(guò)I/O模件進(jìn)行操作，所經(jīng)過(guò)的環(huán)節(jié)較少，但仍然要求I/O模件正常工作。

（3）用后備手操直接操作，后備手操直接輸出信號(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，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(shè)備應(yīng)考慮后備硬手操，保證在DCS癱瘓時(shí)也能進(jìn)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(shù)人員在系統(tǒng)配置，I/O分配以及邏輯組態(tài)時(shí)，沒(méi)有合理規(guī)劃，造成控制器、網(wǎng)絡(luò)、操作員站負(fù)荷率較高，在運(yùn)行中發(fā)生通信堵塞而影響機(jī)組安全生產(chǎn)。

1.3.3設(shè)計(jì)過(guò)于粗放，不切合實(shí)際，不能適應(yīng)新的電力生產(chǎn)形勢(shì)要求，甚至影響機(jī)組可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

很多機(jī)組DCS的軟件組態(tài)包括聯(lián)鎖保護(hù)邏輯、順控邏輯以及自動(dòng)控制策略照貓畫(huà)虎，生搬硬抄。由于設(shè)備情況、人員配置、運(yùn)行方式等方面的差異，往往需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)控制思想和組態(tài)進(jìn)行修改和優(yōu)化。這種情況在采用進(jìn)口DCS對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)組改造時(shí)較為突出。目前DCS設(shè)計(jì)特別是機(jī)組的監(jiān)控邏輯一般由DCS供應(yīng)商來(lái)完成，技術(shù)上更要嚴(yán)格把關(guān)。

1.3.3.1機(jī)組保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)組態(tài)存在隱患

某300MW機(jī)組運(yùn)行帶70%ECR負(fù)荷，由于爐內(nèi)燃燒工況不穩(wěn)定運(yùn)行人員點(diǎn)油槍助燃，使?fàn)t膛壓力高Ⅲ值引起MFT動(dòng)作，機(jī)組跳閘。從現(xiàn)象初看為操作不當(dāng)，但分析顯示：燃燒不穩(wěn)時(shí)有一臺(tái)磨煤機(jī)出現(xiàn)“層無(wú)火”而一直沒(méi)有跳閘，隨后另兩臺(tái)磨煤機(jī)也同時(shí)出現(xiàn)了嚴(yán)重燃燒不穩(wěn)“層無(wú)火”現(xiàn)象，且都沒(méi)有跳閘，使得爐膛在燃燒微弱情況下大量燃燒物聚集。當(dāng)投入油槍?zhuān)⒓匆疱仩t爆燃，造成爐膛壓力高Ⅲ值MFT動(dòng)作。