火电厂DCS分散控制系统的故障及预防分析

邵浏睿

摘 要：DCS系统在火电厂运行中有着十分重要的作用。本文结合某火电厂DCS控制系统运行的实践，就其主要故障和预防措施进行了探讨。

关键词：火电厂；DCS控制系统；故障；预防

中图分类号：TM621 文献标志码：A

1 工程实例

某火电厂装机容量是4×300MW机组，自2012年-2014年间4个机组的DCS控制系统相继改造为上海新华控制技术（集团）有限公司设计生产的XDC800分散控制系统。以单台机组为例，其有一工程师控制室，配置一台工程师站（ENG51），一个历史站（HSU52），一个通信站（COM54），一台OPC站（OPC53），机组中央集控室配备5个操作站（OPU41～45），一台单元长操作台（DYZ47）。现场电子间配备网络柜、控制柜、电源柜，其中23个控制柜，装配23对XCU主副控制器（包括：XCU01/21～XCU20/40，两个远程数据传输站XCU61/81、XCU62/82及脱硝控制柜XCU71/91）。

2 火电厂DCS控制系统主要故障分析

2.1 网络通信故障

（1）实时数据网络故障

①网路全部瘫痪，即所有HMI操作无响应或响应延迟大，画面数据不刷新或刷新很慢，实时数据显示为坏点，全部控制设备无法监控；在系统自检画面中显示所有HMI、XCU网线连接为虚线，显示脱双网。该故障原因一般为交换机电源失去、交换机故障、多处网线连接故障或系统数据量过大造成网络堵塞所致。故障后果为机组所有或大部分设备失去监控，各控制器之间无法通信，可能引发设备损坏、机组跳闸的严重后果。

②实时数据网单网运行，即A网或B网单独运行，机组正常运行。故障原因是部分交换机电源失去、部分交换机故障或网线连接故障。但DCS控制任能正常运作，运行人员亦可对机组进行正常监控，若另一网络故障，将引起DCS全网瘫痪。

③实时数据网络局部故障，即部分HMI、XCU脱网，离线的HMI、XCU电源正常，XCU运行指示灯显示正常，HMI亦未死机。故障原因为部分网络接口故障、部分交换机电源失去、部分交换机故障或网线连接故障。故障可能造成部分HMI失去监控功能，离线的XCU控制器所控设备失去监控，可能引发设备损坏、机组跳闸发生。

（2）I/O网络故障

即某XCU模件故障（I/O站一个或多个离线）。其故障原因一般为：I/O网络交换机电源失去、I/O网络交换机故障或通信模件XCC-NET故障，I/O网线接头松动或损坏。故障所致I/O站模件所属设备失去监控，重要的I/O故障可能引起机组跳闸。

实例分析：由于该厂实际情况需将#3、#4机组集控室合并，#3机组的集控室及工程师室要搬至#4机组集控室及工程师室，因#3机组电子间距离合并后的集控室较远，直线距离超过100m，加上走桥架拐弯，实际不能采用网线连接，为可靠期间，DCS改造中采用4芯多模光纤把#3电子间网络柜NOO与#3工程师站、操作员站连接起来，在#3、4工程师站单独安装一面机柜，命名为COO网络柜，柜内安装两台24口A、B网DLINK交换机，一台16口DLINKC网交换机，光端机、光端盒等，网络拓扑结构为总线结构。#3电子间的XCU控制器的A、B网进NOO柜网络柜，操作员站、工程师站、单元长台的A、B网进COO网络柜。

2016年11月22日23：30#3机组DCS工程师站、操作员站流程图画面数据闪烁，时而正常显示，时而呈紫色坏点状，且运行人员无法进行正常操作，机组摸黑运行近20分钟，后又自行恢复正常。热工技术人员发现电气UPS电源电压异常波动致光纤发送器数据传输中断，电源正常后，画面显示及操作均正常。此次事故暴露了一个问题：即由于#3机工程师室，集控室的移位，NOO网络柜与COO网络柜之间采用光纤发送数据，但未设置冗余，该光纤发送器由于电源电压不间断故障，致使其不能正常工作从而引起数据传输的中断，给运行人员的监视及操作造成茫然恐慌，UPS电源恢复正常后DCS系统正常。

2.2 HMI站故障

（1） 操作员站部分失去，即一个或几个操作员站CRT黑屏，一个或几个操作员站虽有过程画面显示，但无数据刷新、操作无响应，仍有部分操作员站正常工作。故障原因一般为：部分操作员站电源失去、操作员站死机、CRT显示器坏、相关网络交换机失电或故障。故障造成运行人员监控设备减少，影响监控。

（2） 操作员站全部失去，即所有HMI站CRT黑屏，无过程画面或虽有画面，但数据不刷新，操作无响应。故障原因：操作员站电源失去，操作员站故障，DCS电源失去。此时运行人员无法通过DCS画面监控，若DCS电源失去则机组跳闸。

2.3 控制器故障

（1） 互为冗余的主副控制故障，即自检画面显示控制器网络连接为虚线，脱双网，控制器所涉及的实时数据为坏点，设备无法操作控制。故障原因为：控制器双路DC24V电源均失去，主副控制器都故障，控制器网络故障。故障造成控制器所涉及的设备无法操作，测点参数无法显示，重要控制器故障也可造成机组跳闸。

（2） 单侧控制器故障，即冗余的控制器其中之一故障，另一个仍在正常工作。这对机组运行不影响，致使所控制得设备监控失去冗余功能，存在隐患。

2.4 电源故障

（1） DCS电源双路失去，即DCS系统全部失电，系统无法工作，对机组失去控制，造成锅炉MFT、汽轮机跳闸、发电机解列。

（2） DCS電源单路失去，即DCS系统双路冗余电源失去，一般原因为UPS电源或保安电源失电 ，此时机组尚能正常运行，如若处理不当，亦可造成DCS电源全部失去。

（3） 控制柜电源失去，即某控制柜分电源开关跳闸；交流电源切换箱故障；控制器直流电源模件故障。故障造成控制器所涉及的设备无法操作，测点参数无法显示，重要控制器故障也可造成机组跳闸。

3 DCS系统故障的预防及可靠性的技术措施

（l）对DCS设备和检修维护实行全过程管理，尽早发现缺陷并及时处理。完善DCS自诊断和故障报警功能，对DCS运行状况的实时监控：需要监视主副控制器的状态，监视主副主控制器网络的状态，监视各控制站冗余的CC-NET通信模件的工作状态，对各控制器及网络的负荷率进行监视，冗余的电源模件的工作状态。在日常工作中，应切实加强电源输出稳定性的检查，预防由于电压不稳定导致的问题，而且需要加强对其的经常性维护。

（2）当DCS装置发生故障，需用备件更换时，使用前必须对备件进行功能测试，外观进行检查，以防患于未然。

（3）对电子间的环境温度、湿度进行监测，掌握维持电子间环境温度、湿度在DCS系统的正常工作范围内。

（4）UPS电源防范措施：定期用红外线测温仪测量关键接线端子的温度，做好技术档案记录，注意温升；用万用表测量两路电源电压值，做好记录，注意电压波动；利用大、小修停机期间做电源切换试验。切换是否正常，切换时间间隔是否符合技术规范；电厂是一个高电压、大电流、强磁场干扰的环境，必须进行计算机接地系统的检查。

（5）制订DCS应急预案和典型故障处理方案，防止因处理不当引起的DCS故障。

结语

本文主要结合某火电厂的实践，对其DCS控制系统可能出现的故障进行分析预想，并就如何防范这些故障，提出了相应的预防措施，有效地确保了其运行的安全性和稳定性，避免故障出现的同时确保电厂的运行效率得到提升。

参考文献

[1]董立南，梁士民.火电厂DCS系统的运行维护与故障处理[J].工程技术研究，2017（5）：134-135.

[2]陈鹏，郭亮.火电厂DCS控制系统故障的应急处理及预防措施研究[J].中国石油和化工标准与质量，2016，36（21）：33-34.