电厂DCS控制系统的可靠性和抗干扰性研究

葛铮

【摘 要】在科学技术不断进步的过程中，计算机技术被广泛应用于电力行业中，同时也促进了国民经济的增长，电力部门也加强了对计算机技术的应用研究。目前，计算机DCS控制系统在电厂中获得推广应用，电厂的安全稳定也取决于DCS系统的可靠性和抗干扰性，为了促进电力行业的发展，必须提高DCS控制系统的稳定性。本文结合DCS控制系统的可靠性和干扰的形成，提出了影响DCS控制系统的主要因素，论述了提高DCS控制系统稳定性的方法。

【关键词】DCS控制系统 可靠性 抗干扰性

随着电力产业的发展，加快了DCS控制系统的推广和应用，提高了电厂的工作效率。但是在实际运行过程中，DCS控制系统的稳定性将对电厂的安全产生影响，在分析DCS控制系统故障的过程中也面临着一些困难。为了保证电厂的安全稳定运行，必须结合DCS控制系统的运行实际，提高可靠性，及时处理系统故障。

1 DCS控制系统概述

DCS即分布式控制系统，借助计算机技术、通信技术和图像显示技术发展起来的一种集中式电力控制方法。传统模式中的DCS系统主要应用PLC进行数据采集，进而实现系统控制，电厂中的DCS系统有一定的差异，它整合两种以上的功能，结合电厂的实际运行状况对不同的结构部件进行控制。由于控制层面的不同，一般将DCS控制系统分为过程级、操作级和管理级。其中过程级包含过程控制部分、仪表系统和I/O单元，是整个DCS控制系统的核心。操作级主要包含系统的操作站和工程师站，用于系统中不同结构部件的操作，在电厂的控制中，操作级主要对内部系统的不同部件进行组合和控制。管理级主要是电厂的信息管理部分，可以借助电压、电流和运行时间的记录实现系统分析，为设备的可靠运行提供重要的依据[1]。

2 DCS控制系统的可靠性和干扰

在人们生活水平不断提高的同时，加大了对电力资源的需求量，DCS控制系统获得了广泛的应用。由于电厂企业注重安全生产和质量效益，这就使得DCS控制系统的可靠性研究成为工作重点。DCS控制系统在电厂运行中发挥着重要的作用，保障电力系统安全运行的同时，提高了电厂的自动化水平。但是DCS控制系统的可靠性关系着电厂的安全运行，必须在电力产业的发展过程中认识到这一问题。

在DCS控制系统受到干扰的情况下，电厂的安全性和稳定性也将受到影响。DCS控制系统的干扰主要受到干扰源的影响，干扰源分为外部干扰和内部干扰。外部干扰与控制系统本身无关，主要受到自然环境和工作环境的影响，自然环境包括环境温度、空气湿度和雷电等，工作环境因素包括电磁场、大功率电器和无线电波等。内部干扰主要由系统内部和设备在运行过程中产生的干扰，例如电源运行中的干扰、系统震荡过程中的干扰、地线电位差的干扰和元器件本身的干扰等，内部干扰与系统设计和设备的性能有关[2]。

3 DCS控制系统稳定性的影响因素

目前，DCS控制系统在电厂运行中获得了广泛的应用，但是电厂的安全稳定也会受到DCS控制系统稳定性的影响，影响DCS控制系统稳定性的影响因素主要包括然间部分和硬件部分。

3.1 DCS控制系统软件的影响

目前的DCS控制系统软件应用还不够成熟，软件的开发过程也比较换慢，最终导致DCS控制系统的应用效益并不高。當系统软件升级过程中出现问题时，将会直接影响到DCS控制系统的安全，例如控制器程序出现故障、控制模块的输入输出问题、历史存储数据异常等。另外，如果DCS控制系统与电厂中的其它模块连接不稳定，也会影响到系统的稳定性和可靠性。

3.2 DCS控制系统硬件的影响

在DCS控制系统的硬件设计方面依然面临着一些问题，导致系统的控制卡件存在故障。系统故障与控制卡件的抗干扰能力和控制器功能的配置等有直接的关系。DCS控制卡件选用浮空的接地措施，如果控制卡件的电源接地后使执行部分的信号传输工作正常，一般执行部分的信号选用二线制传输，在大量的静电集聚之后很容易对系统造成电磁干扰，电磁干扰也成为DCS控制系统中的重要影响因素。为了保证控制系统的抗干扰能力满足要求，可以在电缆的安装过程中按照一定的顺序进行排列，同时保证电缆远离温度较高的环境，避免电缆受损。在控制系统设计的过程中，需要重视对系统配置的优化，提高控制部分处理信息的能力，为了避免控制功能的危险集中，需要选用科学的保护系统。如果控制器的数量不足时，可以结合实际配置情况增用控制器，实现对系统功能的合理控制[3]。通常情况下，室内环境温度会对系统电子元器件的工作产生影响，DCS控制系统的可靠性也会降低，如果空气湿度较低，系统在运行的过程中就将会产生大量的静电，影响计算机设备的运行。如果空气中存在灰尘，磁盘部分和接插件部分将会受到影响，甚至造成机械损伤，严重时出现短路问题。

4 DCS控制系统的应用分析

4.1 应用案例

某发电公司总装机容量大1040MW，电厂中应用了2台100MW机组，编号#1和#2，此外还有4台210MW机组，编号#3、#4、#5和#6。该电厂自2007年-2009年间，共出现大型故障36例，其中被迫停机22次，对故障总结后发现，只要其中一台机组出现故障，其它机组都会被迫停机。在检修的过程中遇到较大的困难，主要表现在电缆较复杂，原有的控制系统无法满足扩展的要求，仍然只能采用仪表控制的方式，相关设备的使用周期不长，增加了系统的故障几率。为了跟上电力系统的发展，该公司在2010年首先对故障率较高的#4机组进行DCS系统改造，应用中国电力科学研究院江苏大志公司生产的EDPF-NT分散控制系统，改造后系统运行良好，后对#1、#2、#3、#5和#6号机组进行了改造，所有机组全部实现了DCS控制，运行过程中发现故障率大大降低，其中一台机组出现故障时，其它机组可以正常运行，提高了发电质量，促进了经济效益的提高。

4.2 优势总结

DCS控制系统的应用解决了故障集中的问题，其中的微处理器只承担较小范围的控制，某个微处理器出现故障时不会影响整个发电系统的工作。控制系统减少了大量的电缆，方便检修工作的开展，提高了控制系统的灵活性和可扩展性。系统中加强了对实时参数和历史数据的管理，可以随时查阅系统故障，这是传统仪表控制方法无法实现的。

5 提高DCS控制系统稳定性的方法

5.1 引进先进的系统，提高系统可靠性

在系统设计过程中，必须考虑到后期运行的可靠性和抗干扰性，对电源和控制器等进行规划配置，保证系统接地设计的合理性。从而保证系统信号传输的可靠性，保证电源信号的变化在系统允许的范围内。在控制器分配的过程中，应该选用多台控制器联合工作，在一台控制器出现故障后，不会对系统产生较大的影响。由于系统接地部分会影响DCS系统的抗干扰能力，必须保证不同电缆之间有一定的间距，避免电缆受到温度的影响。

5.2 选择抗干扰性设备

（1）应选用抗干扰能力强的产品，综合考虑系统的电磁兼容性和工作能力，必要时可以采用浮地技术，提高产品的隔离性能，避免不同的大功率设备之间造成影响。在详细掌握生产厂家给出的抗干扰指标后，结合系统的差模拟制比、共模拟制比和耐压能力等，合理规划磁场强度和设备功率。（2）保证控制系统的硬件部分具有较高的可靠性，电子元器件可以实现多次拔插，在结构方面可以采用冗余技术。（3）积极关注DCS系统在电厂中的应用实际，优选业绩较好的控制系统。

5.3 系统安装过程切断干扰途径

严格遵循技术规范对电源进行布置，电源供电的稳定性会直接影响到信号的采集和通讯传输，必须保证通讯电源变化符合规定要求。DCS系统一般采用冗余供电的方式，选用不同ups电源为系统供电，采用电源冗余配置的方法可以保证在一路电源断电的情况下系统仍然正常运行，保证监视系统可以正常工作，DCS测量系统的220V、24V和5V电源按照要求进行调整[4]。DCS系统功能和结构差异不大，控制总线的分配将直接影响控制器的运行能力。控制器數量较多，需要传输的信号就越多，系统比较分散，存在的故障也会越多。控制器数量较少，单台控制器的负荷将越高，系统安全受到一定的影响。在设计过程中必须在保证正常运行的前提下选择尽可能少的控制器，针对主要控制器，采用冗余配置，严格遵循保护原则均匀分配负荷，将控制器的负荷控制在50%以下。为了提高系统的抗干扰能力，需要做好系统接地和电缆敷设工作，必要时可以降低接地电阻，排除系统故障。电缆必须按照分层布置的要求，强弱电的走向分开，避免相互干扰，系统中应用的屏蔽线可靠接地。

6 结语

本文结合DCS控制系统的介绍，提出了控制系统稳定性的影响因素，论述了提高DCS控制系统稳定性和可靠性的方法。DCS控制系统的可靠性和抗干扰性直接影响着电厂的安全运行，提高了控制系统的可靠性和抗干扰性，将有助于机组的高效运行，降低设备的运行维护成本。在提高控制系统可靠性和抗干扰性的过程中，需要将理论联系实际，技术人员不断钻研，提高自动化控制水平。

参考文献：

[1] 高军礼，邓则名，陈玮 等.基于可靠性预测的DCS选型方法的研究[J].华南理工大学学报（自然科学版），2011（4）：91.

[2] 白会贤，牛玉广，刘吉臻 等.DCS电源供电系统的可靠性定量分析[J].自动化仪表，2009（7）：191.

[3] 路永宇.提高DCS运行可靠性的措施[J].化工自动化及仪表，2011（8）：103.

[4] 王建锋，罗振新，薛鹏 等.影响DCS可靠性的因素分析[J].华东电力，2013（4）：109.