火電廠DCS分散控制系統(tǒng)的故障及預(yù)防分析

邵瀏睿

摘 要：DCS系統(tǒng)在火電廠運(yùn)行中有著十分重要的作用。本文結(jié)合某火電廠DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)踐，就其主要故障和預(yù)防措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：火電廠；DCS控制系統(tǒng)；故障；預(yù)防

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 工程實(shí)例

某火電廠裝機(jī)容量是4×300MW機(jī)組，自2012年-2014年間4個(gè)機(jī)組的DCS控制系統(tǒng)相繼改造為上海新華控制技術(shù)（集團(tuán)）有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的XDC800分散控制系統(tǒng)。以單臺(tái)機(jī)組為例，其有一工程師控制室，配置一臺(tái)工程師站（ENG51），一個(gè)歷史站（HSU52），一個(gè)通信站（COM54），一臺(tái)OPC站（OPC53），機(jī)組中央集控室配備5個(gè)操作站（OPU41～45），一臺(tái)單元長(zhǎng)操作臺(tái)（DYZ47）?，F(xiàn)場(chǎng)電子間配備網(wǎng)絡(luò)柜、控制柜、電源柜，其中23個(gè)控制柜，裝配23對(duì)XCU主副控制器（包括：XCU01/21～XCU20/40，兩個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸站XCU61/81、XCU62/82及脫硝控制柜XCU71/91）。

2 火電廠DCS控制系統(tǒng)主要故障分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)通信故障

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)故障

①網(wǎng)路全部癱瘓，即所有HMI操作無(wú)響應(yīng)或響應(yīng)延遲大，畫面數(shù)據(jù)不刷新或刷新很慢，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示為壞點(diǎn)，全部控制設(shè)備無(wú)法監(jiān)控；在系統(tǒng)自檢畫面中顯示所有HMI、XCU網(wǎng)線連接為虛線，顯示脫雙網(wǎng)。該故障原因一般為交換機(jī)電源失去、交換機(jī)故障、多處網(wǎng)線連接故障或系統(tǒng)數(shù)據(jù)量過(guò)大造成網(wǎng)絡(luò)堵塞所致。故障后果為機(jī)組所有或大部分設(shè)備失去監(jiān)控，各控制器之間無(wú)法通信，可能引發(fā)設(shè)備損壞、機(jī)組跳閘的嚴(yán)重后果。

②實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)單網(wǎng)運(yùn)行，即A網(wǎng)或B網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行，機(jī)組正常運(yùn)行。故障原因是部分交換機(jī)電源失去、部分交換機(jī)故障或網(wǎng)線連接故障。但DCS控制任能正常運(yùn)作，運(yùn)行人員亦可對(duì)機(jī)組進(jìn)行正常監(jiān)控，若另一網(wǎng)絡(luò)故障，將引起DCS全網(wǎng)癱瘓。

③實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)局部故障，即部分HMI、XCU脫網(wǎng)，離線的HMI、XCU電源正常，XCU運(yùn)行指示燈顯示正常，HMI亦未死機(jī)。故障原因?yàn)椴糠志W(wǎng)絡(luò)接口故障、部分交換機(jī)電源失去、部分交換機(jī)故障或網(wǎng)線連接故障。故障可能造成部分HMI失去監(jiān)控功能，離線的XCU控制器所控設(shè)備失去監(jiān)控，可能引發(fā)設(shè)備損壞、機(jī)組跳閘發(fā)生。

（2）I/O網(wǎng)絡(luò)故障

即某XCU模件故障（I/O站一個(gè)或多個(gè)離線）。其故障原因一般為：I/O網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)電源失去、I/O網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)故障或通信模件XCC-NET故障，I/O網(wǎng)線接頭松動(dòng)或損壞。故障所致I/O站模件所屬設(shè)備失去監(jiān)控，重要的I/O故障可能引起機(jī)組跳閘。

實(shí)例分析：由于該廠實(shí)際情況需將#3、#4機(jī)組集控室合并，#3機(jī)組的集控室及工程師室要搬至#4機(jī)組集控室及工程師室，因#3機(jī)組電子間距離合并后的集控室較遠(yuǎn)，直線距離超過(guò)100m，加上走橋架拐彎，實(shí)際不能采用網(wǎng)線連接，為可靠期間，DCS改造中采用4芯多模光纖把#3電子間網(wǎng)絡(luò)柜NOO與#3工程師站、操作員站連接起來(lái)，在#3、4工程師站單獨(dú)安裝一面機(jī)柜，命名為COO網(wǎng)絡(luò)柜，柜內(nèi)安裝兩臺(tái)24口A、B網(wǎng)DLINK交換機(jī)，一臺(tái)16口DLINKC網(wǎng)交換機(jī)，光端機(jī)、光端盒等，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線結(jié)構(gòu)。#3電子間的XCU控制器的A、B網(wǎng)進(jìn)NOO柜網(wǎng)絡(luò)柜，操作員站、工程師站、單元長(zhǎng)臺(tái)的A、B網(wǎng)進(jìn)COO網(wǎng)絡(luò)柜。

2016年11月22日23：30#3機(jī)組DCS工程師站、操作員站流程圖畫面數(shù)據(jù)閃爍，時(shí)而正常顯示，時(shí)而呈紫色壞點(diǎn)狀，且運(yùn)行人員無(wú)法進(jìn)行正常操作，機(jī)組摸黑運(yùn)行近20分鐘，后又自行恢復(fù)正常。熱工技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)電氣UPS電源電壓異常波動(dòng)致光纖發(fā)送器數(shù)據(jù)傳輸中斷，電源正常后，畫面顯示及操作均正常。此次事故暴露了一個(gè)問(wèn)題：即由于#3機(jī)工程師室，集控室的移位，NOO網(wǎng)絡(luò)柜與COO網(wǎng)絡(luò)柜之間采用光纖發(fā)送數(shù)據(jù)，但未設(shè)置冗余，該光纖發(fā)送器由于電源電壓不間斷故障，致使其不能正常工作從而引起數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛?，給運(yùn)行人員的監(jiān)視及操作造成茫然恐慌，UPS電源恢復(fù)正常后DCS系統(tǒng)正常。

2.2 HMI站故障

（1） 操作員站部分失去，即一個(gè)或幾個(gè)操作員站CRT黑屏，一個(gè)或幾個(gè)操作員站雖有過(guò)程畫面顯示，但無(wú)數(shù)據(jù)刷新、操作無(wú)響應(yīng)，仍有部分操作員站正常工作。故障原因一般為：部分操作員站電源失去、操作員站死機(jī)、CRT顯示器壞、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)失電或故障。故障造成運(yùn)行人員監(jiān)控設(shè)備減少，影響監(jiān)控。

（2） 操作員站全部失去，即所有HMI站CRT黑屏，無(wú)過(guò)程畫面或雖有畫面，但數(shù)據(jù)不刷新，操作無(wú)響應(yīng)。故障原因：操作員站電源失去，操作員站故障，DCS電源失去。此時(shí)運(yùn)行人員無(wú)法通過(guò)DCS畫面監(jiān)控，若DCS電源失去則機(jī)組跳閘。

2.3 控制器故障

（1） 互為冗余的主副控制故障，即自檢畫面顯示控制器網(wǎng)絡(luò)連接為虛線，脫雙網(wǎng)，控制器所涉及的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為壞點(diǎn)，設(shè)備無(wú)法操作控制。故障原因?yàn)椋嚎刂破麟p路DC24V電源均失去，主副控制器都故障，控制器網(wǎng)絡(luò)故障。故障造成控制器所涉及的設(shè)備無(wú)法操作，測(cè)點(diǎn)參數(shù)無(wú)法顯示，重要控制器故障也可造成機(jī)組跳閘。

（2） 單側(cè)控制器故障，即冗余的控制器其中之一故障，另一個(gè)仍在正常工作。這對(duì)機(jī)組運(yùn)行不影響，致使所控制得設(shè)備監(jiān)控失去冗余功能，存在隱患。

2.4 電源故障

（1） DCS電源雙路失去，即DCS系統(tǒng)全部失電，系統(tǒng)無(wú)法工作，對(duì)機(jī)組失去控制，造成鍋爐MFT、汽輪機(jī)跳閘、發(fā)電機(jī)解列。

（2） DCS電源單路失去，即DCS系統(tǒng)雙路冗余電源失去，一般原因?yàn)閁PS電源或保安電源失電 ，此時(shí)機(jī)組尚能正常運(yùn)行，如若處理不當(dāng)，亦可造成DCS電源全部失去。

（3） 控制柜電源失去，即某控制柜分電源開關(guān)跳閘；交流電源切換箱故障；控制器直流電源模件故障。故障造成控制器所涉及的設(shè)備無(wú)法操作，測(cè)點(diǎn)參數(shù)無(wú)法顯示，重要控制器故障也可造成機(jī)組跳閘。

3 DCS系統(tǒng)故障的預(yù)防及可靠性的技術(shù)措施

（l）對(duì)DCS設(shè)備和檢修維護(hù)實(shí)行全過(guò)程管理，盡早發(fā)現(xiàn)缺陷并及時(shí)處理。完善DCS自診斷和故障報(bào)警功能，對(duì)DCS運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控：需要監(jiān)視主副控制器的狀態(tài)，監(jiān)視主副主控制器網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，監(jiān)視各控制站冗余的CC-NET通信模件的工作狀態(tài)，對(duì)各控制器及網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷率進(jìn)行監(jiān)視，冗余的電源模件的工作狀態(tài)。在日常工作中，應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)電源輸出穩(wěn)定性的檢查，預(yù)防由于電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致的問(wèn)題，而且需要加強(qiáng)對(duì)其的經(jīng)常性維護(hù)。

（2）當(dāng)DCS裝置發(fā)生故障，需用備件更換時(shí)，使用前必須對(duì)備件進(jìn)行功能測(cè)試，外觀進(jìn)行檢查，以防患于未然。

（3）對(duì)電子間的環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握維持電子間環(huán)境溫度、濕度在DCS系統(tǒng)的正常工作范圍內(nèi)。

（4）UPS電源防范措施：定期用紅外線測(cè)溫儀測(cè)量關(guān)鍵接線端子的溫度，做好技術(shù)檔案記錄，注意溫升；用萬(wàn)用表測(cè)量?jī)陕冯娫措妷褐?，做好記錄，注意電壓波?dòng)；利用大、小修停機(jī)期間做電源切換試驗(yàn)。切換是否正常，切換時(shí)間間隔是否符合技術(shù)規(guī)范；電廠是一個(gè)高電壓、大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)干擾的環(huán)境，必須進(jìn)行計(jì)算機(jī)接地系統(tǒng)的檢查。

（5）制訂DCS應(yīng)急預(yù)案和典型故障處理方案，防止因處理不當(dāng)引起的DCS故障。

結(jié)語(yǔ)

本文主要結(jié)合某火電廠的實(shí)踐，對(duì)其DCS控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析預(yù)想，并就如何防范這些故障，提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，有效地確保了其運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，避免故障出現(xiàn)的同時(shí)確保電廠的運(yùn)行效率得到提升。

參考文獻(xiàn)

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