分散控制系统安装调试及提高可靠性的技术探讨

刘香云

(四川电力建设二公司,四川 成都 610051)

0 引言

分散控制系统(DCS)是火电厂热控专业的核心组成部分,也是电厂运行的视窗界面。自 20世纪末以来,DCS得到了迅速发展,最初仅能完成机组DAS,MCS,FSSS和 SCS的功能,如今已能全方位参与所有系统的监视和控制,如烟气脱硫系统、烟气脱硝系统、燃料系统、空冷系统等工艺系统都能成功应用。只要工艺上有需求,DCS都能实现对其可靠的监控。作为先进且精密的电子设备,DCS在安装、调试及提高运行可靠性方面有其独特的要求。

1 DCS硬件安装及系统集成的技术要求

1.1 DCS安装及运行对环境的要求

DCS是高精密的电子设备,对环境要求相对较高,环境质量是 DCS稳定运行的先决条件,因此,要十分重视 DCS设备安装时的施工环境以及 DCS的运行环境。安装 DCS设备时,必须在其安装位置的土建工作基本结束,环境条件(如温度、湿度、防尘等)达到要求,必要时投用空调的情况下才能开始,以免因温度、湿度、粉尘超标造成机柜内的模件损坏或设备、系统故障。DCS附近不应有较大的电磁干扰,环境磁场强度不应大于计算机系统规范所允许的最小磁场强度,原则上不允许在系统周围使用大功率对讲机、手机等通讯工具。

1.2 DCS对接地的要求

在所有电厂中均对 DCS接地进行了单独设计,采用单独接地系统并与电厂主接地网相连接。其主要作用是给整个 DCS提供以大地为零的基准电压参考点,防止过载电流不能很快传向大地而造成设备事故;另一个重要功能是为进入 DCS的信号提供屏蔽连接点,防止系统受到干扰。因此,正确接地是保证控制系统能够稳定运行的关键之一。DCS对接地有非常严格的要求,总结众多电厂的经验发现,在调试、试运阶段,很多热控系统故障是由于接地不当而受到干扰引起的。

在接地系统中,经常出现的问题有:接地线虚焊虚接;接地箱内接地线连接松动;接地极安装深度不够,电阻增大;地线布置紊乱,不合理。因此,在施工过程中,应杜绝此类质量隐患,防止系统运行事故的发生。

1.3 DCS对电缆设计及敷设的要求

在电缆设计时,主要应注意屏蔽与非屏蔽电缆的使用、多芯电缆在传输不同信号时的分配、有源信号与无源信号电缆之间互不干扰几个方面;信号传输尽量减少中间环节,如能直接从就地至 DCS的信号,最好不设计中间端子箱,以免信号受到外界干扰。在电缆施工过程中,应避免强电与弱电电缆混同敷设或者平行敷设时距离不够。实践证明,电磁干扰已成为影响热工仪表显示、自动投入和保护正确动作的重要因素。在抗电磁干扰的诸多方法中,严格按照强、弱电电缆分层排放的原则进行电缆敷设是行之有效的措施之一。另外,电缆的走向应尽量远离和避开热源,防止电缆外皮加速老化,使电缆绝缘层及屏蔽层损坏;DCS自身的网络传输电缆应采取独立通道,与其他电缆隔离敷设。

1.4 DCS盘柜安装及接线的要求

DCS盘柜必须由专业的热工人员进行安装,在安装时,严格按照厂家技术要求,采用绝缘胶皮,确保所有盘柜绝缘。在每个 DCS盘柜安装之后,应检查绝缘电阻,合格后再安装相邻的下一个盘柜,待成排盘柜安装完成之后,再作整体绝缘电阻测试,这是DCS盘柜与其他电气盘柜在安装时不同的地方。DCS接线及改线工作必须注意以下事项:DCS所有外部接线工作均应通知厂家或调试单位拔出相关模件后再实施;已经传动完的卡件接线,施工单位在进行线路修改时必须办理相关手续并征得相关单位的同意。

1.5 DCS对供电系统的要求

2 DCS调试的技术要求

2.1 DCS受电启动的技术要求

DCS是一个功能强大的计算机局域网络系统,要完成 DCS的系统调试,必须先进行 DCS受电调试工作。受电之前,应先对 DCS安装情况进行全面检查并完成 DCS受电前的相关测试工作(如绝缘电阻测试、接地电阻测试、所有电源开关位置状态检查、卡件位置状态检查等),检查工作必须一丝不苟,所需条件必须一一确认,否则,可能会在受电过程中造成卡件、处理器,甚至主机的损坏。其次,DCS受电时,应先给总电源柜送电,对多回路供电电源进行切换试验,试验合格后才逐一安排各个机柜的受电工作。受电过程中如有问题发生,应立即停止受电,查明原因、排除故障后再恢复受电。在受电调试过程中,经常出现模件烧坏的情况,影响了调试工作的开展,因此,在模件受电调试时,应做好以下工作:

(1)检查模件的所有输入、输出线,确保每根线芯正确无误且无强电窜入、无接地现象;

(2)当线路检查无问题后,再插入模件进行相关的传动试验;

(3)当模件所管控的回路均做过传动试验后方可将模件置于插入位置;

(4)严禁带电插拔模件,避免操作不当而损坏模件。

2.2 DCS调试过程中的常见问题及其处理

2.2.1 DCS死机现象的产生及预防

DCS死机是火电厂热控专业经常遇到的问题,在众多电厂的调试及运行过程中时有发生,究其原因,主要有 2个方面。

2017年7月，DNV-GL颁布了《RULES FOR CLASSIFICATION》[9]，在“Part 6 Additional class notations Chapter 3 Navigation,manoeuvring and position keeping”中提出新的DP系统附加标志——DP-ER，对系统的鲁棒性和适应性要求更强，提出新的母联闭合型母线结构，对电力系统的冗余设计也提出更高的要求，同时还要求电力系统的冗余组件采用热备机的保护模式。

(1)在初期调试过程中,对组态逻辑进行了大量修改和优化,在系统各主机内存中可能产生大量垃圾文件而未及时清理,一直占有着机柜处理器资源。

(2)在功能分配上不够合理,某些处理器负荷过重,在处理复杂工况时计算量大,负荷会濒临极限。因此,在 DCS调试过程中,首先要合理分配各处理器所承担的负荷,该问题必须在设计过程中得到解决。其次,应尽可能减少程序修改,减少垃圾文件的产生。同时,系统在运行过程中也会自动生成一些垃圾文件,要求系统管理员或 DCS维护人员对系统定时进行清理,保证 DCS资源的有效使用。

2.2.2 DCS缺陷处理的管理

在热控系统缺陷处理过程中,很多工作都必须通过 DCS来进行(如问题的查找、参数的调整、逻辑的修改等)。然而,在这些缺陷处理过程中,引起机组或辅机跳闸的事件屡见不鲜,如在陕西清水川电厂调试过程中,热控人员在处理振动信号时,由于走错间隔而导致机组跳闸。可见,机组在运行过程中缺陷的处理一定要非常慎重,缺陷处理前应先填写缺陷处理单,同运行人员联系并经批准后才能进行处理并有相关人员进行监护。

2.2.3 DCS常见软件组态问题的处理

DCS各功能组件的工作是由组态逻辑所决定的,如汽包水位保护和调节、炉膛负压保护和调节、汽轮机 ETS及 DEH控制等。这些自动保护和调节,都建立在信号检测准确及时的基础上,因此,保证信号及时而准确地传输,是一个非常关键的环节。而在系统实际运行过程中,信号往往会受到测量表计、线路以及干扰的影响,产生延时或滞后,因此,在DCS逻辑组态时,对重要的保护信号最好加 1～2s的延时,避免由于信号滞后而误发保护动作信号。对那些 1用 1备的设备(如凝结水泵、火检风机、密封风机等重要辅机)要特别考虑当一台跳闸时,在另一台启动过程中会短暂出现 2设备同时跳闸的状态,引起 MFT跳闸,因此,在 1用 1备设备逻辑组态时,应考虑备用设备的启动时间,适当加以延时,确保不会误发 MFT信号,保证备用设备启动正常。

2.2.4 通过 DCS组态,对其他常见问题的处理

(1)一些容易受到环境干扰的测量仪表(如超声波液位计),在测量信号时,其感测面容易受到水蒸气或污染物的影响而引起信号剧烈跳变或死值,因此,在 DCS组态时应对其测量品质进行分析判断,当品质下降到一定程度时,应及时切除,以免造成运行人员误判或相关调节和保护误动。实际上,信号品质判断是 DCS解决机组保护误动的一个重要手段。

(2)DCS对报警信号的处理。应采取声、光 2种形式向运行人员传递报警信号。在大唐渭河热电厂调试过程中,出现了报警信号没有声音传递,只有光字牌显示的情况,导致运行人员没有及时发现信号报警,最终造成一次风机设备轴承烧坏的运行事故。

(3)汽包水位测量修正。在很多火电机组调试过程中,经常会出现汽包水位几个测点示值不一致的情况。汽包水位测量一般有多种方式,如平衡容器、电接点、双色水位计等,经常出现的问题是几种测量方式显示相差大,或同一种方式的测点之间存在误差。出现这种情况的原因主要有:水位计本身的质量问题;汽包安装质量或受热膨胀不均,造成水平度超差;各个水位计安装标高误差较大;环境温度影响。这些状况产生后很难就地解决。因此,对其中的平衡容器测量方式,可通过 DCS软件功能逐点对误差源进行修正,确保显示一致。

(4)燃烧器火烟检测的逻辑处理。火焰检测功能的好坏是炉膛安全保护能否正常投入的关键。目前,燃烧器火焰检测主要存在 3个方面的问题:一是“偷看”火焰现象;另一个是“漏看”火焰现象;再就是燃烧工况的变化使输出信号不稳定,时有时无。解决该问题应从 2个方面着手:首先,应对火焰检测器进行调整,包括位置及灵敏度的调整,使其处于最佳状态;其次,在 DCS逻辑组态时,可以设计辅助逻辑进行组合判断,如为减少煤火焰检测器的“偷看”现象,可在煤火检信号的基础上,“与”上给煤机运行信号,作为最终的煤火检信号。

3 提高可靠性的技术措施

3.1 加强 DCS技术管理

DCS是高度集成的控制设备,为了确保其在运行操作过程中稳定可靠,减少故障隐患、消除保护误动、拒动,在技术上应加强管理。

(1)防止计算机病毒破坏。DCS是一个相对封闭的系统,一般不与外界(厂外)进行连接,因此,防止病毒的主要措施是不要在系统上运行来历不明的软件,严禁使用非 DCS软件。

(2)在信号采集方面,同一信号有多个采集点的情况,应尽量分散在 DPU的不同模件上,如主汽温度、给水压力、汽包水位、风机轴温、炉膛压力信号等均可以按这种方法处理,这样可以避免其中一个卡件故障时,信号的监视和控制不会影响。

(3)在做 DCS逻辑组态时,为防止信号受到干扰或其他测量故障,建议分别对重要信号串联品质判断逻辑,防止误发信号对逻辑运行造成干扰而引起机组跳闸。

(4)做好组态程序和相关数据的备份工作。在机组调试阶段,每天都会对组态程序进行修改、对相关参数进行调整,所以,最好每天定时进行数据备份,而在机组正常投运后,由于逻辑已经成熟,一般不会做太大改动,主要是要做好历史数据的备份等工作,以方便系统故障后重建。

3.2 加强运行管理

加强机组运行管理是 DCS管理的重要组成部分,应从以下 4个方面加以实施:

(1)在运行人员的管理上,要严格要求执行操作程序及规程,并让其对热工保护的原理和逻辑有所了解,做到条理清楚,能随时应对紧急情况,防止事故发生。

(2)在机组启动前,要求运行人员应在热工人员的指导下,对热工主保护做动态试验,不能进行动态试验的回路,应进行静态试验。

(3)在运行过程中,要经常切换计算机画面,从而了解机组各个系统的运行情况并及时进行调整。

(4)自动投入后,仍然要对自动系统的运行情况进行跟踪,了解其调节特性,并对调节品质作出分析,如有问题应及时切除;运行人员还应定期对备用设备进行切换试验,保证备用设备在需要时能正常投入。

3.3 加强相关人员的技术培训

目前,与 DCS相关的人员主要有 2组,一组是运行人员,另一组是热工维护人员。对运行人员主要从操作方面进行培训。首先,应让运行人员充分熟悉画面,熟悉操作方法,对重要的操作应编制操作规程,供运行人员培训和学习(如机组协调控制操作程序、汽轮机开机程序、锅炉点火启动程序等),最好是在仿真机上做模拟操作试验后,再进行实际操作。其次,应充分征求运行人员的意见,对画面进行组态优化,以满足方便操作的需求。对热工维护人员的培训主要是从技术的角度来进行,DCS是一个庞大的硬、软件集成系统,内部功能众多(如保护、自动、顺控、DEH等),一个人不可能对所有功能全部掌握。因此,应采取分工合作、分组管理的形式,各组应负责部分功能的学习和培训,培训渠道可采取厂家培训或机组调试期的跟班培训、或直接参与调试工作等多种方式。

4 结束语

由于 DCS在火电厂具有十分重要的作用,对DCS的安装、调试应高标准、严要求,确保其可靠。只有这样才有利于机组运行的稳定,才能保证电网的供电安全。