火力发电机组DCS系统的故障及预防措施探讨

侯海涛

摘要：DCS作为优良的控制系统，被广泛应用在电力、化工等行业。DCS系统的稳定安全运行时保证电厂机组稳定运行的关键。本文主要对DCS系统的工作原理进行简述，对影响DCS运行稳定性及常见故障进行探讨，并结合相关的实践经验，提出针对性的建议。

关键词：火电厂；DCS故障；预防措施

1引言

现代化热电厂的建设道路中，自动化和智能化是发展的主要方向和主题。随着各种现代化、新型设备的不断应用，电厂的控制和管理水平需要提升新的高度。DCS是一种集散性控制，已经广泛应用在电力、化工行业，具有明显的控制和监测优势。在电厂的运行应用中，DCS的稳定性直接关系到电厂机组和各个设备的运行，对于电厂的效益具有很大的关系。本文主要针对DCS常见故障、控制系统与稳定性展开说明，为提升DCS控制系统稳定性提出相关措施。

2火力发电机组DCS系统的特点

DCS控制系统是一个以网络通信技术为核心的极显示、控制、管理控制等于一体的控制系统，是一种相对分散的计算机网络控制系统，能够适应目前工业生产中的各种需要，在化工、电力方面得到了很大的应用。

DCS智能控制系统由于其优秀的控制能力，在最近20年里得到了飞速发展，DCS技术是以计算机为核心，建立在网络通信基础上的技术，它可以将现场相对分散的过程控制，高速高效及时的整合在一起，实现集中监视、操作，方便的完成相对复杂的控制和优化，关于DCS的定义，有以下特点：

（1）以回路控制为特点，在现场控制站完成的主要系统，系统可有多台现场控制站台，每一台控制一段回路；

（2）个控制功能均采用数字技术；

（3）人机界面由操作员控制实现；

（4）采用数字通信的方式进行连接。

DCS控制技术的设计原则是分散控制、集中操作和综合管理，设计原则决定了DCS分为三级：分散过程控制级、集中操作监控级以及综合信息管理级。如图1

DCS计算机通过通信技术进行连接，控制网络是通信的主要渠道，其上连接着各个主要节点，完成数据采集、模拟量控制、以及开关量顺序控制等操作。

3火力发电机组DCS系统的故障分析

（1）DCS中软硬件问题

DCS在热工自动化控制应用中，为了保证系统的控制能力，常在控制系统中加入BMS、CCS及DEH等组件，从而实现伴生故障的停机保护。但在实际运行中，DCS的系统稳定性受到极大的影响，网络通讯故障中的流量断点问题，就容易导致流量过载，在欠缺流量限制保护时，整个系统控制网络和输入输出回路将出现堵塞现象，导致系统相关设备不能作出正确的动作。

（2）热工元件问题

实际应用中的热工元件（温度、压力、液位、流量等指标控制元件）会由于老化或者自身质量问题而出现运行故障，并且系统运行中的元件冗余识别能力较差，导致系统接收错误的数据信息，从而产生错误的操作指令。据相关数据统计显示，热工元件的故障数量约占整个热工自动化控制系统故障总数量的一半以上。

（3）电缆回路问题

电缆回路质量问题的出现主要是由于电缆长时间使用或者设计安装过程的不规范引起。常出现的故障类型有绝缘层老化掉皮、接线口进水等情况，容易出现线路虚接和断路的情况。

（4）系统设计和安装过程的缺陷

热工自动化控制系统是一个高复杂性的系统，涉及到的设备和控制器较多，也容易受到外界运行条件和自身设备元件的影响。尤其系统设计和安装过程存在缺陷，直接造成系统运行中出现误动和拒动的情况出现。例如，锅炉汽包水位监测控制器的設计安装出现问题时，会造成水位的测量数据产生偏差，进而使流量汽包水位不准确，水位跳闸信号的可靠性受到影响，对系统的可靠性产生较大的影响。

4火力发电机组DCS系统故障的预防措施

（1）提升设计合理性，优化系统运行能力

为提升系统的稳定性，冗余引入到电源和DPU中的做法十分常见。但仅在上述设备中引入冗余操作还不足以满足自动化控制系统的要求。在系统运行中，可以在热工信号监测时也引入冗余思想，即多次取样同一个测试点的数据，以保证测试结果的准确性，防止错误指令的产生。另外，为保证系统运行的稳定性，可以将重要测点的通道布置在不同的卡件上，从而减缓故障压力。总体而言，在热工自动控制系统构建和升级时，应重视设计、安装，多角度评测：（1）DCS控制系统的优化，为防止DCS出现软硬件故障，可通过优化设计，提升DCS系统的“坏质量”诊断体系，通过优化硬件质量和软件自诊断能力，提升系统预防和弱化故障的能力。（2）系统保护逻辑的优化。可以采取超驰保护、抗积分饱和等运行逻辑提升自动控制系统的稳定性。超驰保护即自动控制系统接收到故障信号、偏差越限等异常信号时，该保护措施会立即切换自动切手动、禁止增或禁止减等逻辑，使得系统设备在故障发生时得到有效保护，也保障系统的稳定运行能力。例如，炉膛内的压力高于设定值后，超驰保护机制会对送风机进行禁止增，对引风机做禁止减操作，以保证炉膛内的压力逐渐恢复到正常值。积分饱和即执行机构已经到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作。出现积分饱和时，系统的自动控制系统不能对被控指标实行有效的控制，因此需要进行抗积分饱和机制。

（2）应用成熟度高、稳定性强的热工元件

随着自动化控制系统的复杂性和智能型逐渐提升，系统对于控制和检测元件的要求更高。另外，热工元件的故障率又较高，因此为保证系统的稳定性和安全性，尽量使用稳定性强的热工元件。在热工元件选择的过程中，不能盲目的选择高技术含量的元件或者低成本的元件，选择的元件类型要与整个系统的匹配度最高为宜。

（3）保证工作环境的稳定和适宜性。在DCS的电子设备间加装温度和湿度检测仪，实时对指标进行监测，对存在偏差的指标及时进行调节，保证电子设备外界环境的稳定性和适宜性。严格控制设备间的出入次数，防止因出入时造成灰尘过多的进入设备间，影响电子设备的正常运行。

（4）维持通信系统的稳定。在DCS设备的安装过程中，严格控制设备接地的情况，防止因大面积设备接地对于通信系统稳定性造成影响。为模块I/O加装一个固定和良好的隔离，防止其和外界其他的设备之间发生相互影响，同时也有效防止自身发生短路的问题。

（5）提升工作人员的专业素质。对操作人员进行专业的培训，增加其对于DCS系统各部分运行的基本原理。避免因管理和运行不当导致DCS设备出现故障的情况发生。

5结语

热电厂DCS控制系统是热电厂重要的综合性控制系统，对于热电厂安全生产、智能控制的目标实现有着构成与系统的支持功能。电厂要立足于电厂DCS的实际运行和结构，做好DCS系统的稳定性措施，提升电厂的稳定运行能力。

参考文献

[1] 石常魁. 电厂DCS控制系统的可靠性和抗干扰性探讨[J]. 城市建设理论研究：电子版，2014（31）.

[2] 张艺. 热电厂DCS控制系统运行故障分析及稳定性探讨[J]. 城市建设理论研究：电子版，2015，5（12）.

（作者单位：陕西华电蒲城发电有限责任公司）