国产DCS系统在火力发电厂应用及常见故障处理

李海宏

摘要：火力发电厂肩负着电能生产的重要责任，机组的安全、稳定、可靠运行尤为重要。现阶段，国内大部分火电厂为了确保机组的正常运行，都采用了DCS系统，该系统在保障机组运行方面效果显著。但是由于一些原因的影响，使得DCS系统常常会出现故障，这严重影响机组的运行稳定性，为此，必须针对这一问题采取有效的处理对策加以解决。基于此点，本文结合神华国华绥中发电有限责任公司2×880MW机组DCS系统，就火力发电厂DCS系统的常见故障与处理对策展开研究。

关键词：火电厂;DCS系统;故障;运行可靠性

DCS系统即分散控制系统，它是一种集计算机、网络、通信、控制、图像显示等技术于一身的控制系统。神华国华绥中发电有限责任公司2×880MW机组DCS系统采用国产和利时HOLLYSYSMACSV系统，该系统通过以太网和基于现场总线技术的控制方式由工程师站、操作员站、现场控制站、通讯站、系统服务器组成的综合控制系统。

1.火电厂DCS系统常见故障现象及其原因分析

虽然各个火电厂采用的DCS系统均不相同，但是DCS系统的故障性质却基本大同小异，可将系统故障大致分为以下三大类：即硬件故障、软件故障和人为故障。

1.1硬件故障

常见的故障现象有DPU脱网、无法正常初始化和切换等等。其中以无法正常初始化较为常见，引起此类故障的原因主要是主DPU和辅DPU之间的下位机程序出现异常，从而导致DOC芯片不兼容;引起DPU脱网的原因有电气元件老化、散热器损坏、主板电容烧损、通讯端子接触不良等等。同时DPU运行的负载率过高也会导致DPU死机脱网.

1.2软件故障

引起此类故障的主要原因是DCS系统软件自身的问题。通常情况下，可将DCS系统的软件故障分为系统软件故障和应用软件故障两种，前者多是由系统自带的，如系统设计时考虑的不周全，在执行某些命令时便会引发故障，从而造成系统停机和死机等问题;DCS系统的应用软件一般都是使用者自己编写的，在具体应用中，由于这类软件的编写工作比较复杂并且工作量非常大，所以一不小心便会出错，而一旦编写错误便会使软件应用时出现问题，如图形组态画面与生产现场实际情况不符、阀门位置序列号标识错误等等。

1.3人为故障

所谓的人为故障实质上就是操作不当引起的故障。在DCS系统正常运行过程中，时常会出现某项功能无法正常使用会使某个控制部分不正常工作的情况，但DCS系统本身却并没有故障，此类问题多数是因为操作人员对DCS系统的功能不熟悉或是操作不熟练造成错误操作引起的。尤其是一些初次接触DCS系统的操作者，由于他们实践经验较少，所以常常会出现误操作的现象。

2.系统设计阶段

2.1 DCS系统硬件配置

要提高DCS系统的安全可靠性，增强DCS系统本身抵御事故能力是关键，在系统设计时必须重点考虑系统配置这个因素。近年来，国内DCS系统发生的故障，如恶性的系统瘫痪、操作员站部分或全部死机及局部系统失灵等典型故障，大多與系统硬件配置不当有关，主要表现为资源配置过紧，处理器配置过少，CPU负荷率太高;处理器的配置不满足分散度的要求，危险过度集中;I/O点配置不合理，很多重要保护和调节用信号集中在一块I/O板上或集中在一个站内等。因此在设计过程中首先应充分考虑DCS系统硬件配置的裕度，保证控制器的CPU负荷率，《火力发电厂设计技术规程》中规定控制器的CPU负荷率应在40%以下，实际应用中考虑到设备老化和使用中增加系统容量或其它相关功能，在设计初始阶段一般要求将控制器CPU负荷率指标定在20%-30%，最好在25%以下，不能因节省经费而影响系统性能;其次，处理器的配置应满足分散度要求，保持重要保护系统和调节系统的相对独立，不能为降低处理器负载、均衡处理任务而放弃工艺、功能划分原则。

2.2电源切换装置切换时间过长。

关于电源切换时间，《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中明确规定应不小于5ms（应能保证控制器不初始化），但实际上很多DCS厂家提供的电源切换装置都达不到切换时间小于5ms的标准，但在出厂测试时基本都能满足保证控制器不初始化的要求。对于这一问题，笔者建议在DCS系统出厂验收时在进行电源切换试验的同时，一定要坚持进行电源切换时间测试，要求厂家达到规定的标准;同时，在以后的使用过程中定期对电源切换时间进行测试，发现切换时间过长及时处理。

2.3通讯网络是DCS系统的工作平台

各DCS厂家也都对网络采取了冗余措施，但仍存在一些问题。首先表现在冗余不彻底之，交换机与交换机间的通讯光缆没有冗余（或冗余光纤共用一根光缆）或光端机没有冗余等;其次，对同一厂内不同机组的DCS系统（包括共用系统、辅控系统）在建立“I/O点目录"、"标签名称"等方面没有总体规划，在接口通讯中留下刷新、覆盖，进而引发通讯瘫痪的危险。笔者建议在进行DCS系统设计时对通讯网络的硬件配置要保证真正的冗余，不能存在因某一硬件故障影响网络通讯的局部瓶颈;在定义“I/O点目录"、"标签名称"等数据库时要总体规划，避免同一厂内不同机组的DCS系统的“I/O点目录"、"标签名称"等重名;操作员站的网线连接应避免接在同一对交换机上，防止因交换机之间的通讯硬件设备出现故障时部分被控设备失去监控或该交换机故障引起所有操作员站瘫痪。

3.解决火电厂DCS系统故障问题的有效处理对策

通过上文对DCS系统故障分析可知，引发系统故障的主要原因是系统自身问题和人为操作问题，所以想要确保DCS系统的稳定运行，应当从这两方面着手解决，具体可采取以下措施。

3.1加大对系统的运行维护力度

应当做好巡检和定期检查工作，并将检查重点放在以下环节上：定期对DCS系统的风扇进行检查，看其是否运转正常，风道有无堵塞的情况;对各个通讯线路进行检查，看其连接是否牢固可靠、接口是否存在异常;定期对各个端子、模件进行检测试验，以确保其能够始终处于最佳运行状态;加强对机组运行过程中设备的维护和巡检力度，认真检查通讯状态，避免因通讯故障的发生引起系统失灵;在对DCS系统进行升级改造的过程中，应当认真做好调研工作，并对升级方案加以完善，同时还要选择好相应的技术和安全措施，以此来确保DCS系统以及机组设备能够安全、稳定运行。

3.2预防人为故障的措施

绥中发电公司根据具体情况，制定相应措施如下1、用制度对员工加以规范，并制定相应的奖惩措施，对于因严重误操作导致系统故障引起重大损失的应当追求当事人责任，对于有防范重大事故发生的员工应给予适当的奖励，以此来调动员工的工作积极性，这有助于确保DCS系统安全、稳定运行。2、制订切实可操作的热控系统应急处理预案，并定期进行反事故演习。3、部分应急备件储存工程师站，以备应急之需。4、重要仿真、应急预案形成文件资料，可以随时查阅。

参考文献：

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