火力发电厂分散控制系统常见故障及处理对策

祝朝阳，高 全，孙伟晋，郑庆元

（1.国网能源和丰煤电有限公司，新疆 塔城 834411；2.烟台龙源电力技术股份有限公司，山东 烟台 264000）

0 引 言

火力发电厂分散控制系统（Distributed Control System，DCS）的应用已经趋于成熟，可以有效保证发电机组的稳定运行。结合目前多数发电厂的DCS系统应用情况分析，仍然存在使用故障问题，需要针对DCS系统可能发生的故障进行分析，采取有效的处理对策，充分发挥DCS系统的应用优势。

1 DCS系统

1.1 DCS系统的概念

DCS系统是在集中控制系统的基础上发展而来的，主要采用分层递阶结构，每一级都包括多个子系统，每一个子系统都需要实现多个特定的目标。DCS系统在火力发电厂中的应用可以有效保证发电机组的安全稳定运行，对于提升火力发电厂的经济效益、降低生产成本具有积极作用。DCS系统构成如图1所示。

图1 DCS系统构成

1.2 DCS系统的基本原理

DCS系统与传统的控制系统存在的明显的差异，主要体现在DCS系统采用的是新型的电气控制系统，可以分成计算机、通信、控制、显示4部分构成。这种分布式管理控制模式可以有效弥补传统系统中的不足，在应用的过程中可以根据火力发电厂的基本特点，对工作内容进行划分，每个部分完成各自的工作任务，同时又相互协调配合[1]。

1.3 DCS系统的主要特点

（1）较强的可靠性。DCS系统并不是由一台计算机进行控制，而是通过多台设备进行控制，如果一台计算机出现故障时，整个系统不会出现停止工作或崩溃的情况。在使用多台计算机进行共同控制时，计算机之间的分工明确，不会出现控制指令混乱的问题，也可以根据实际工作的要求对系统进行调整。

（2）具有更高的开放性。火电厂使用的DCS系统可以利用设备访问系统的数据，对于已经失效的数据从系统中移除，这个过程不会影响整个系统的正常运行。

2 火力发电厂DCS系统常见故障分析

DCS系统的应用可以保证火力发电工作正常开展，但也会出现故障问题。本文主要从硬件设备、软件设备、人为操作3个方面对其存在的故障问题进行分析。

2.1 硬件故障

DCS系统硬件主要包括I/O、处理器、通信模件等，其中I/O模件容易出现卡件故障，故障的位置通常较为隐秘，更多情况下是连接线接触不良或卡件出现老化的问题。如果出现了故障，DCS系统会报警。数据处理器（Data Processing Unit，DPU）常见的故障包括脱网、无法正常初始化等，主要原因是主DPU和辅DPU之间的下位机程序存在异常。脱网的原因较多，主要包括电气元件老化、通信端口接触不良、DPU负载率过高等。

2.2 软件故障

DCS系统软件出现故障的主要原因是软件本身运行错误，通常发生在DCS系统的调试阶段，由于软件程序的工作量相对较大，为避免软件运行过程中出现错误，需要负责运行管理的工作人员在调试阶段对软件的运行情况进行检查，及时发现可能存在的问题。在DCS系统正常运行的过程中，需要通过添加控制点的方式对程序进行修改，可能会导致系统出现错误或死机，对此应提前制定应急控制方案，在修改之前还需要对现有程序进行备份[2]。

2.3 人为故障

人为故障是指因工作人员操作不当导致DCS系统出现故障。该种故障形式通常是DCS系统的本身没有故障问题，某项功能无法正常使用，导致某个控制部分无法正常工作。出现该类问题的主要原因是工作人员对DCS系统的各项功能和应用方式不熟练，导致操作过程中出现失误，经常发生在第一次使用DCS系统的工作过程中[3]。

3 火力发电厂DCS系统常见故障的处理对策

为保证火力发电厂DCS系统在应用过程中充分发挥其优势，保证发电系统的安全稳定运行，可以从以下几方面入手。

3.1 强化DCS系统的运行维护管理

（1）工作人员使用网络测试仪器对DCS系统进行通信负荷率的测试，采取定期测试、抽测的形式，一旦发电机组出现故障可以将网络负荷率控制在规定的范围内。

（2）在机组进行检修时对DCS系统的DPU进行优化，还需要对各部分模件、机柜等设施进行清洁。

（3）针对DCS接地系统进行优化设计。接地系统分保护接地、工作接地以及防雷接地，可以有效避免工作人员在操作过程造成人身伤害。DCS 接地系统的分类和主要目的如表1所示。

表1 DCS接地系统的分类和主要目的

（4）需要针对DCS系统进行巡查和定期检查工作。第一，工作人员需要判断各个通信线是否可靠，各个接口是否处于正常的状态中；第二，针对DCS系统运行风扇进行检查，保证风扇不会出现堵塞；第三，制定DCS系统的运行维护管理制度，管理人员需要严格按照工作方案和系统的运行情况开展相关工作，针对各种硬件设施和软件系统进行维护管理[4]。

3.2 针对系统故障制定应急处理措施

（1）针对操作员站进行故障的应急处理。第一，如果在使用DCS系统时个别操作员的显示屏出现黑屏，可以由其他的操作员站进行监控，并立即联系技术人员对故障问题进行处理，如果在短时间之内无法进行正常监视，则可以积极使用工程师站进行监控管理；其次，如果全部的操作员站都出现故障，可以采取逐台热启的方式，判断操作员站能否正常使用并联系技术人员，如果所有的操作员站都存在故障且在短时间之后无法恢复正常或机组运行不稳定时，操作人员需要立即打闸停机停炉。

（2）通信网络故障的应急处理可以采取以下3种方式。第一，DCS系统的通信网络出现故障会导致系统数据无法及时进行刷新，可以按所有操作员站出现死机问题进行上报处理；第二，如果MCS系统的通信网络出现故障，需要在第一时间通知技术人员，与此同时，操作员需要保证机组可以稳定运行，并对DCS系统进行监视，保证各项参数保持在正常的范围之内，如果运行参数极其不稳定或达到停机值时，需要关闭机组；第三，SCS系统出现通信网络故障时，在完成上报工作后，可以就地采取操作措施，如果运行的设备出现跳闸，备用的设备无法正常启动，则需要停止机组的运行[5]。

3.3 加强DCS系统的防干扰性能

加强DCS系统的防干扰性能可以防止高压输电线产生较强的电磁场干扰，在建设DCS系统时，工作人员可以在中央控制室的墙壁钉上钢丝网，与电气保护接地系统进行连接，有效解决电磁场的干扰问题。通常情况下，火力发电厂DCS系统的中央控制室是使用钢筋混凝土结构进行建设，可以起到一定的抗干扰作用[6]。

3.4 优化人员管理

第一，运行人员应该熟练掌握DCS系统的结构和布局，包括各主单元柜的主要动能和电源回路的设计以及运行情况。第二，作为负责系统维护维修的技术人员需要加强对DCS系统的日常巡视与检查，如果发现系统的通信网络、电源等硬件设备存在故障问题，需要立即通知运行人员，并结合系统的运行情况采取针对性的应急方案。第三，运行人员需要定期检查DCS系统的网络情况和相关设备的运行情况，结合工作实践对可能存在故障的区域进行重点检查。第四，对于DCS系统的维护管理工作，需要组建专业的工作小组进行，工作小组需要结合火力发电厂的管理情况以及DCS系统的运行情况制定可行的维护管理方案，同时加强运行人员之间的沟通，严禁非运行人员或未得到相关权限的人员干扰DCS系统的安全运行。第五，DCS系统包含的软件需要由专门的负责人进行管理，只有负责人授权、审批次才可以进行软件的修改、更新、升级等操作。第六，相关工作人员需要对DCS系统可能存在的故障具备一定的敏感性，及时发现DCS系统运行过程中存在的漏洞，并采取正确的处理措施[7]。

3.5 DCS系统其他功能障碍的处理措施

由于DCS系统包含大量的子系统，一旦子系统出现故障也会引起整个系统的故障问题，如DEH系统可能存在跳闸、停电等问题，需要按照跳闸故障的模式进行处理，如果处理措施无效，需要手动停止系统的运行；炉膛安全监控系统（Furnace Safeguard Supervisory System，FSSS）失电也是DCS系统中常见的故障形式，运行人员需要立即打开保护机制，也可以采取终端运行的方式。在对DCS系统故障进行检修的过程中，维护人员需要做好安全防护，并对出现故障的位置、原因以及维修的情况进行记录，为后续的维护工作提供数据支持。

4 结 论

火力发电厂中DCS系统的广泛应用成为目前发电厂的主要工作模式，可以有效保证发电厂各机组的安全稳定运行。因此需要针对DCS系统可能存在的故障问题进行分析，并结合故障形式和DCS系统的运行特点采取有效的应对措施，加强对系统运行的监督管理，保证火力发电厂DCS系统的稳定、高效运行。