火电厂DCS系统故障原因分析及预防措施

于朝晖，任素龙，赵伟华，温志勇

(1.河北省电力研究院，石家庄 050021；2.河北衡丰发电有限责任公司，河北 衡水 053000)

目前，火电机组大多为单元机组运行方式，控制系统大部分采用DCS系统。河北马头发电有限责任公司新建的2台300 MW机组采用国产DCS系统，在调试过程中，DCS系统在硬件和软件上暴露出了控制器主辅切换故障、模件输出故障、站间网络变量通信故障、系统强制功能不完善、控制站初始化下装等问题，影响机组的安全稳定运行。

1 硬件故障

DCS系统硬件产生故障的原因主要为：元器件质量存在问题、周围环境不满足要求、元器件调整不当、接线错误导致引入不正常电压、接线工人违规带电作业等[1]。

1.1 主辅处理器切换故障

1.1.1 故障现象

该厂DCS系统单元机组控制网包括数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、电气控制系统(ECS)，这些控制系统是在10号站至32号站实现的。在DCS系统调试时，由于环境温度高，10号站主处理器(DPU)自动切换到辅DPU的时间过长，大约在20 s内主、辅DPU均无法正常工作，从而误发主燃料跳闸(MFT)信号，引起机组非正常停机。

1.1.2 原因分析

虽然在静态时成功地完成了主、辅DPU切换试验，但由于现场情况比较复杂，如DPU负荷运算率高、电子间环境温度不满足要求等，这些因素均可能影响DPU的正常切换，引发系统紊乱、通信故障等问题[2]。

1.1.3 预防措施

a. 加强对DPU负荷率和电子间温度的监视。

b. 加强控制器的巡视工作，做好DPU工作记录，发现故障及时处理。

c. 确保硬件运行环境符合相关标准和制造厂家的规定。

1.2 模块输出故障

1.2.1 故障现象

在进入整套试运行前，机组发生非正常跳闸，监视器显示MFT的首发信号是一次风机均停信号，但通过对相关参数的曲线图进行分析和查看事故顺序记录(SOE)，发现MFT动作信号比一次风机均停信号先发出，即发生MFT动作以后才引起一次风机停运。进一步检查引起MFT动作的条件，没有发现任何触发MFT动作的条件，即一次风机均停信号不是MFT的首发信号。MFT的首发信号是通过一个“或”模块实现的，该模块的所有输入端为0时，却输出了1，导致误发了MFT动作信号。

1.2.2 原因分析

由于该厂DCS系统抗干扰能力较差，若“或”模块有很多输入信号时，如果有干扰信号，可能出现误发信号现象，所以在组态过程中尽量避免一个“或”模块有太多输入信号的情况。此外，工作人员在电子间使用大功率无线电通信设备，由于距离机柜太近，干扰信号较强，可能引起模件误发MFT信号。

1.2.3 预防措施

a. 在组态时，当“与”模块或者“或”模块有较多输入信号时，用多个模块组合来实现，避免出现一个模块有太多的输入。

b. 电子间、工程师站等重点场所，禁止使用无线电通信设备；平时应确保机柜柜门处于关闭状态，防止干扰源对DCS和DEH模件的影响；机组运行期间，在打开机柜时应避免使用手机、对讲机等无线电通信设备。

c. 增强DCS系统的抗干扰能力。

2 软件故障

软件故障是由软件本身缺陷引起的，一般出现在系统投运调试阶段。由于应用软件程序比较复杂，工作量大，组态人员交叉作业，因此应用软件可能出现错误。任何修改逻辑的工作必须按规定进行，同时，修改工作应有完善的备份，一旦发生系统故障或者数据库丢失，可用备份文件及时恢复。

2.1 站间网络变量通信故障

2.1.1 故障现象

11号站点DM11TO20Y05(A层给粉机自动信号)为网络变量，该变量在20号站中是A层给粉机投入自动的输入信号。在调试期间，11号站DM11TO20Y05为1，20号站DM11TO20Y05为0，导致A层给粉机不能投入自动，一直为强制手动的工作方式；32号站A循环水泵液控蝶阀开至15°信号是一个网络变量，在顺序启动A循环水泵时，当A循环水泵液控蝶阀开至15°时，32号站A循环水泵液控蝶阀开至15°信号将由0变为1。但29号站的A循环水泵液控蝶阀开至15°信号一直为0，即29号站接收不到A循环水泵液控蝶阀开至15°的信号，导致顺序启动失败。

2.1.2 原因分析

该机组DCS系统各控制站间的通信是通过建立网络变量来实现的。由于网络变量的建立过程比较繁琐，容易出现顺序不一致、资源描述不一致的情况，使这种通信方式容易出现故障。由于11号站和20站对网络变量DM11TO20Y05的资源描述不一致，造成A层给粉机不能投入自动工作方式。由于29号站和32号站的网络变量DM11TO20Y05定义的顺序不一致，造成A循环水泵不能顺序启动。

2.1.3 预防措施

a. 对所有网络变量进行全面检查，确保站与站间网络变量的资源描述、定义顺序、属性保持一致；

b. 在系统组态时，尽可能避免使用网络变量；

c. 完善DCS系统的功能，提高国产DCS系统的稳定性。

2.2 系统强制功能不完善

2.2.1 故障现象

在DCS系统调试过程中，为满足某些条件，通常需要强制使某个变量满足条件，如果强制没有释放就关闭了这个站的逻辑，当再次打开该站逻辑时，不能显示这个变量为强制状态。若没有强制记录，将无法确定本站是否有强制变量，也就不能按照需要释放被强制的变量，为系统安全稳定运行带来隐患。此外，当强制某站的网络变量时，另一个站的网络变量不会被强制，导致同一个网络变量在2个站的值不一致，该网络变量释放强制后也不能回复到强制前的值。

2.2.2 原因分析

上述问题是由于DCS系统功能不完善造成的，需要进一步完善DCS系统的功能，使其具有查询强制变量的功能。

2.2.3 预防措施

a. 完善DCS系统的强制功能。

b. 在调试过程中，调试人员需要做好详细的强制记录，养成良好的工作习惯。

2.3 控制站初始化下装问题

2.3.1 故障现象

在新建机组调试时，通过一个工程师站和一个操作员站对控制系统进行组态和逻辑修改。在工程师站或者操作员站登陆20号站时，系统提示是否进行初始化下装，如果点击“是”就会导致该站所有组态被删除，组态将恢复到最初原始状态。

2.3.2 原因分析

通过分析发现在修改逻辑或组态时，20号站同时在工程师站和操作员站上修改过逻辑，但由于工程师站或者操作员站修改完逻辑后没有重新编译下装，导致编译后的逻辑与编译前不一致，这种情况下如果登录20号站，就会出现初始化下装问题。

2.3.3 预防措施

a. 可规定工程师站用来作锅炉相关逻辑的修改和调试工作；操作员站用来作汽轮机相关逻辑的修改和调试工作。

b. 完善DCS系统功能，使系统具有当用户打开某站的逻辑进行修改时，其他用户只能以只读的方式查看该站逻辑的功能。

c. 对DCS控制逻辑作任何修改，都要有详细的文字记录。在对DCS逻辑修改工作前，必须检查记录，确认修改记录与当前逻辑完全一致后方可进行修改[3]。

3 结束语

DCS系统的广泛应用提高了火电厂的自动化控制水平。由于DCS系统是庞大和复杂的系统，在调试中不可避免地会发生硬件或软件上的故障。对于DCS系统多次出现的故障，需要进行深入的分析和研究，提出有效的预防措施，完善DCS系统的功能，使其更好地为电力生产服务。

参考文献：

[1] 朱北恒，孙长生，龚 皓．火电厂热工自动化系统试验[M]．北京：中国电力出版社，2005．

[2] 吴 海，杜博学.分散控制系统之间数据通信改进[J].电力科学与工程, 2008,24(9): 70-72.

[3] 刘映红，韩 放，耿庆芝.DCS系统薄弱环节分析报告[J].热电技术，2006(1)：32-33