火電廠DCS系統(tǒng)可靠性之探討

[摘要]針對(duì)目前火電廠DCS運(yùn)行的實(shí)際情況,對(duì)DCS系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析和探討。

[關(guān)健詞]DCS可靠性

中圖分類號(hào):TM1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1220108-02

近年來(lái)發(fā)電機(jī)組所有非計(jì)劃停運(yùn)中,熱力設(shè)備原因引起的跳閘次數(shù)近70%,而這種跳閘幾乎都和熱控專業(yè)有關(guān)系。所以,如何進(jìn)一步提高熱控系統(tǒng)的安全性和可靠性、減少非計(jì)劃停運(yùn)變得非常重要。本文根據(jù)自己在電廠從事熱控檢修、老機(jī)組DCS系統(tǒng)改造及其參加擴(kuò)建工程建設(shè)工作的經(jīng)驗(yàn),通過(guò)九個(gè)方面就如何提高整個(gè)DCS控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了探討。

一、DCS電源

DCS系統(tǒng)的供電電源是其可靠工作的重要保障,為了盡量避免因電源故障引起DCS系統(tǒng)失靈,現(xiàn)多采用一路UPS電源和一路保安電源互為備用。但是由于接線方式各有不同,在實(shí)際應(yīng)用中仍存在諸多隱患:

1.因UPS或保安電源故障后電源自動(dòng)裝置切換時(shí)間較長(zhǎng),導(dǎo)致DCS或ETS瞬間失電造成停機(jī)的事故時(shí)有發(fā)生,分散控制系統(tǒng)宜采用雙路UPS冗余方式供電,進(jìn)線分別接在不同供電母線上。例如某電廠因UPS電源溫度高報(bào)警,保安電源作為備用電源不能及時(shí)(ms級(jí))由備用轉(zhuǎn)為工作電源,使FSSS火檢柜兩路電源同時(shí)喪失,全爐膛無(wú)火MFT。

2.配置獨(dú)立的UPS不與其它設(shè)備共用,一旦因其它設(shè)備原因?qū)е耈PS故障勢(shì)必危及DCS的安全。

3.UPS旁路電源當(dāng)受到外界干擾時(shí),輸出電壓波動(dòng)大。將UPS負(fù)載控制在30%～60%額定輸出功率范圍內(nèi)是最佳工作方式,避免因負(fù)載突然加上或突然減載時(shí),UPS電源的電壓輸出波動(dòng)大,而使UPS電源無(wú)法正常工作。如某廠一機(jī)爐曾發(fā)生因UPS旁路電源輸出電壓波動(dòng)大,造成其下屬所接的重要系統(tǒng)無(wú)法正常工作,而引發(fā)機(jī)組跳閘的事故。

二、DCS的軟硬件

不論新建機(jī)組還是老機(jī)組進(jìn)行的控制系統(tǒng)改造,從提高可靠性要的角度來(lái)考慮,在DCS控制系統(tǒng)選型過(guò)程中需要注意以下各方面的問題:

1.在選擇DCS控制系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮有在類似機(jī)組上良好運(yùn)行業(yè)績(jī)的控制系統(tǒng),這樣的成套控制系統(tǒng)通過(guò)了工廠試驗(yàn)和實(shí)際投運(yùn),其可靠性得到了時(shí)間的檢驗(yàn)。同時(shí)要盡可能多地了解不同DCS在其他電廠的使用情況,尤其是主要出現(xiàn)的重大問題,以便在招標(biāo)中進(jìn)行比對(duì)和取舍。

2.控制系統(tǒng)的硬件一定要具有高可靠性,在電子元器件上的生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)上采用了成熟技術(shù),電子模件最好能熱拔插。控制器的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力要足夠,IO卡件具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

3.控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上要充分地采用了冗余技術(shù)。對(duì)于控制系統(tǒng)的控制器、網(wǎng)絡(luò)通訊等必須冗余,且各冗余設(shè)備之間必須能實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。采用冗余結(jié)構(gòu)不僅能避免控制系統(tǒng)的局部故障擴(kuò)大事故,保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)也保證設(shè)備故障的在線排除,從而消除事故隱患。

4.控制系統(tǒng)軟件的可維護(hù)性要好。尤其是以下幾個(gè)方面:程序及軟件的穩(wěn)定性好,不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)或單個(gè)控制器死機(jī)等問題;系統(tǒng)自診斷性好:控制器及IO信號(hào)有出錯(cuò)報(bào)警;人機(jī)交換友好:可以在線修改程序及下裝;備品備件有可靠保證:在15年內(nèi)采購(gòu)容易且周期短,價(jià)格低;功能是否強(qiáng)大。控制系統(tǒng)的軟件的可讀性好,其組態(tài)功能塊的種類是否能輕易實(shí)現(xiàn)DCS控制系統(tǒng)的各種工藝功能的需要。

另外,在DCS控制系統(tǒng)選型時(shí),還要充分考慮到以下各個(gè)方面:為了確保控制系統(tǒng)的安全可靠性,控制器對(duì)數(shù)不能太低,以便于控制功能分配的合理分配;IO模塊的數(shù)量要合理,以便在分配IO通道時(shí)既可以避免重要信號(hào)的過(guò)度集中,以確保各IO模件的余量合理等。

三、DCS網(wǎng)絡(luò)

DCS系統(tǒng)從一個(gè)較為獨(dú)立的控制島,發(fā)展成為一個(gè)同外系統(tǒng)接口越來(lái)越多的控制系統(tǒng),因此對(duì)DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)也變得越來(lái)越重要。根據(jù)近年來(lái)各電廠DCS系統(tǒng)的使用情況,發(fā)現(xiàn)主要有如下因素可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)異常:

1.機(jī)組運(yùn)行時(shí)在線調(diào)試實(shí)時(shí)通訊,因配置沖突導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障。

2.為同其他系統(tǒng)通訊,在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)上增加接口或更改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)異常。

3.日常使用過(guò)程中,因經(jīng)常對(duì)DPU修改或增加功能,導(dǎo)致DPU負(fù)荷率過(guò)高,影響網(wǎng)絡(luò)正常工作。

4.制定完善的DCS系統(tǒng)操作制度,使用USB口的操作規(guī)定,以免外界的侵入控制系統(tǒng)。

5.熱工專業(yè)平時(shí)要加強(qiáng)DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。如利用停機(jī)時(shí)間逐個(gè)復(fù)位DCS系統(tǒng)的DPU和MMI(操作員站),一般要求每隔半年要復(fù)位一次DPU和MMI,以消除計(jì)算機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的累計(jì)誤差;MMI站主機(jī)放置的地方,應(yīng)定期檢查工作環(huán)境和通風(fēng)狀況,避免通風(fēng)散熱不良導(dǎo)致的硬件故障或硬件加速老化;對(duì)于DCS系統(tǒng)和其他系統(tǒng)(比如MIS、SIS等)的接口,應(yīng)該在其他系統(tǒng)側(cè)的網(wǎng)關(guān)站上,加裝病毒防火墻,并及時(shí)更新病毒庫(kù)。同時(shí)及時(shí)更新操作系統(tǒng)的補(bǔ)丁,從而提高系統(tǒng)的安全性;定期檢查系統(tǒng)風(fēng)扇是否工作正常,以確保系統(tǒng)能長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行;定期對(duì)DCS主系統(tǒng)及與主系統(tǒng)連接的所有相關(guān)系統(tǒng)(包括專用裝置)的通信負(fù)荷率進(jìn)行在線測(cè)試,確認(rèn)在機(jī)組出現(xiàn)異常工況、高負(fù)荷運(yùn)行、當(dāng)DPU或通信總線產(chǎn)生冗余切換的同時(shí)出現(xiàn)負(fù)荷擾動(dòng)時(shí),網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率控制在行業(yè)規(guī)定范圍內(nèi)。

四、DCS失靈后的后備操作

在《防止電力生嚴(yán)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中規(guī)定了“操作員站及少數(shù)重要操作按鈕的配置應(yīng)能滿足機(jī)組各種工況下的操作要求,特別是緊急故障處理的要求。緊急停機(jī)停爐按鈕配置,應(yīng)采用與DCS分開的單獨(dú)操作回路”的要求,但目前仍有部分機(jī)組的手動(dòng)停爐停機(jī)按鈕沒有直接接入跳閘驅(qū)動(dòng)回路中,而是直接進(jìn)入FSSS或ETS裝置的輸入卡件通道,參加邏輯運(yùn)算后,再通過(guò)輸出回路送至跳閘驅(qū)動(dòng)回路。這樣,在FSSS或ETS故障后,運(yùn)行人員無(wú)法在集控室進(jìn)行手動(dòng)緊急停爐。關(guān)于MFT動(dòng)作回路的設(shè)計(jì)目前有帶電跳和失電跳兩種方案。帶電跳采用常開接點(diǎn)進(jìn)行控制,采用常開接點(diǎn)進(jìn)行控制的方案雖減少了誤動(dòng)的可能性,但增加了拒動(dòng)的可能性,如DCS失電后MFT不能正常動(dòng)作。失電跳采用常閉接點(diǎn)進(jìn)行控制,即在DCS失電后,MFT仍能動(dòng)作,比較來(lái)看,這種方案對(duì)機(jī)組是最安全的,減少了拒動(dòng)的可能性,但卻增加了誤動(dòng)的可能性。為了提高動(dòng)作的可靠性和保證機(jī)組的安全性,部分機(jī)組采用了另一種方案,即在DCS正常的情況下,可通過(guò)DCS邏輯正常觸發(fā)MFT繼電器的常開接點(diǎn)來(lái)動(dòng)作設(shè)備。同時(shí)為了保證DCS失電后MFT的正確動(dòng)作,再引入一路220VDC直流電源,在DCS失電后,采用手動(dòng)按鈕直接動(dòng)作直流繼電器,去跳有關(guān)設(shè)備。但是這里仍然有一個(gè)設(shè)計(jì)觀念問題,當(dāng)DCS電源真正消失時(shí),包括重要保護(hù)在內(nèi)也不起作用了,此時(shí)機(jī)組處于不安全狀態(tài)。按照《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL 5000-2000)中的要求,應(yīng)設(shè)計(jì)爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)失電后的緊急停爐保護(hù)。另外基于某電廠曾發(fā)生過(guò)DCS癱瘓機(jī)組停機(jī)后,因電氣原因兩臺(tái)交流潤(rùn)滑油泵失電,由于潤(rùn)滑油壓低聯(lián)啟直流油泵的聯(lián)鎖未做電氣硬邏輯聯(lián)鎖,故直流油泵未自動(dòng)聯(lián)啟,同時(shí)沒有及時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)直流油泵,導(dǎo)致汽機(jī)化瓦事故的發(fā)生。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)上必須充分考慮安全原則,涉及機(jī)組安全停機(jī)和失電情況下的安全聯(lián)鎖功能,除在控制器邏輯內(nèi)實(shí)現(xiàn)外,還應(yīng)在就地硬邏輯中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。

五、DCS施工的可靠性

在DCS控制系統(tǒng)安裝調(diào)試施工中尤其注意以下問題:

1.施工中要注意盤柜與地的可靠絕緣和盤柜母線的可靠接地,同時(shí)對(duì)孔洞等必須做防火處理,盤柜等要有防振動(dòng)措施。

2.敷設(shè)電纜時(shí)尤其要注意強(qiáng)電弱電分開,屏蔽線的可靠接地和抗干擾,如果混淆,可能造成DCS板卡的燒毀。在布線過(guò)程中一定要按照設(shè)計(jì)圖紙(一定已交專人認(rèn)真審核),照?qǐng)D施工,在接線中,電纜及芯線標(biāo)記要清晰完整,能長(zhǎng)期保持。

3.要嚴(yán)格控制電子設(shè)備間的環(huán)境條件,注意搞好消防、空調(diào)、通風(fēng)及照明等工作。尤其要提的是通風(fēng)和空調(diào),中央空調(diào)時(shí)出風(fēng)口的不能正對(duì)機(jī)柜或DCS其他電子設(shè)備,以免冷凝水滲透到設(shè)備內(nèi)造成危害;水暖或汽暖散熱片不能離DCS設(shè)備太近,以免水汽泄露進(jìn)入DCS設(shè)備,造成設(shè)備損毀,我廠#8機(jī)一循環(huán)水系統(tǒng)控制柜,就曾發(fā)生此情況,造成數(shù)塊I/O卡件燒毀。同時(shí),電子卡件決不允許有粉塵進(jìn)入,所以,要求電子間能一直保持環(huán)境清潔和濾網(wǎng)干凈,注意除濕和調(diào)整好溫度。

六、DCS控制邏輯的可靠性

在程序設(shè)計(jì)和驗(yàn)收過(guò)程中,要充分調(diào)動(dòng)全體員工的積極性,使大家盡可能多地和新的DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行了解、熟悉和掌握。在組態(tài)和驗(yàn)收中,要特別注意以下問題:

1.在程序組態(tài)設(shè)計(jì)中,一定要采用保障機(jī)組安全運(yùn)行控制策略。對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力等,宜采用硬接線保護(hù)和軟件保護(hù)相結(jié)合,建議采用常閉信號(hào),以確保保護(hù)的可靠投入;對(duì)重要的三取二保護(hù)信號(hào),要采用模擬量和開關(guān)量進(jìn)行組合,在保證重要主設(shè)備安全的前提下,盡可能采用常開信號(hào),以避免保護(hù)的誤動(dòng)作。

2.在控制系統(tǒng)選型、設(shè)計(jì)、測(cè)試、驗(yàn)收、投入運(yùn)行和在線調(diào)整各階段,程序設(shè)計(jì)和測(cè)試人員一定要全程參與,要結(jié)合類似控制系統(tǒng)使用中存在的問題,嚴(yán)格審核保護(hù)控制邏輯設(shè)計(jì)和組態(tài)的合理性,測(cè)試中一定要全面測(cè)試所有的回路。要仔細(xì)記錄各次檢查和試驗(yàn)結(jié)果,若發(fā)現(xiàn)與軟件相關(guān)的問題要立即與DCS廠家取得聯(lián)系,并將情況完整地反饋給他們以盡快解決問題,例如我廠使用的國(guó)電智深DCS系統(tǒng)就在調(diào)試階段解決了一些軟件方面的缺陷。

3.對(duì)程序員要加強(qiáng)管理,采用授權(quán)制,且任何人改動(dòng)程序都必須履行相關(guān)審批手續(xù),并做好異動(dòng)前后的記錄。對(duì)重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PID參數(shù)和閾值檢測(cè)塊等必須有記錄,在優(yōu)化調(diào)節(jié)參數(shù)過(guò)程中,必須實(shí)行監(jiān)護(hù)制度,并在修改參數(shù)后及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn),以免留下安全隱患。

七、DCS1技術(shù)培訓(xùn)

DCS控制系統(tǒng)在進(jìn)行系統(tǒng)搭建、硬件測(cè)試和和程序組態(tài)前,必須對(duì)有較強(qiáng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的熱控工程師和運(yùn)行操作人員進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)工作。對(duì)于控制系統(tǒng)的管理,需特別提醒:在機(jī)組運(yùn)行的情況下,應(yīng)盡量避免在線修改組態(tài)和重要參數(shù),若實(shí)在是必須進(jìn)行組態(tài)修改及下載時(shí),要做好事故預(yù)想,落實(shí)各項(xiàng)安全措施,并完善相關(guān)報(bào)批手續(xù)。

八、小結(jié)

對(duì)于目前DCS系統(tǒng)應(yīng)用可能出現(xiàn)的問題和影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的安全隱患,加強(qiáng)DCS的運(yùn)行維護(hù)和管理,結(jié)合機(jī)組檢修和設(shè)備改造升級(jí),限期逐項(xiàng)進(jìn)行整改。努力減少DCS系統(tǒng)故障率,是提高DCS系統(tǒng)安全性和可靠性的有效手段。對(duì)于DCS系統(tǒng)出現(xiàn)的問題,我們要多分析,勤總結(jié),尋找問題的共性,并有針對(duì)性地采取措施進(jìn)行改進(jìn)。

作者簡(jiǎn)介:

邊曉東(1973-),男,大學(xué)本科,畢業(yè)于華北電力大學(xué)(保定),工程師,職務(wù)為工程部熱控專工,研究方向?yàn)?熱工專業(yè)技術(shù)管理、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。