分散控制系統SOE性能測試及問題分析

于慶彬，丁衛東

（山東電力研究院，山東 濟南 250002）

0 引言

當今國內火電廠對單元機組的控制多采用分散控制系統 （Distribute Control System，以下簡稱DCS），常見的DCS系統均含有事件順序記錄（Sequence of Event，以下簡稱SOE）系統。SOE系統是DCS中用于異常記錄的子系統。它所記錄的是電廠事故發生前后主輔機的運行狀態、事件發生時間、首發事件和連鎖發生事件的間隔順序，是電廠分析運行異常、設備故障和生產事故的最重要依據。單元機組DCS系統經長期運行后，硬件電路、電子元件出現老化，SOE系統可能會出現通道失靈、漏記、錯記等現象。比如，有時SOE記錄的異常事件順序或時間間隔在邏輯上是明顯錯誤的，那么在分析時則無法正確判斷首發事件點，因此很難確定事故原因。作為如此重要的子系統，在新機組調試、機組檢修及設備維護中非常有必要對SOE的準確性進行性能測試。因此定期進行SOE性能測試是實現機組安全、穩定運行的重要保證，也是DCS性能評估體系中開展的重要工作之一。

近年來，山東電力研究院利用新機組調試和機組停機檢修機會，對山東省內大多數機組的SOE系統進行了性能測試，測試型號包括Ovation、ABB、SEMEIS、新華系統、XDPS等，結合測試結果，對SOE常見的問題進行分析。

1 測試方法

SOE性能測試方法主要有三種，一是如圖1所示，A、B為SOE卡件中待測的兩個通道，手動短接各通道，A1和A2，B1和B2，利用通道閉合時的細微時間差來檢驗SOE的分辨力。該方法優點是操作簡便，可以檢測SOE發生順序，但無法精確測量各通道時間間隔，且每次只能檢測兩個通道。由于大部分電廠缺乏專用的SOE測試設備，因此主要采取該方法進行粗略測試，測試結果僅可作為參考。

第二種方法是采用全球定位系統（GPS）來對SOE進行性能測試［1］，這種方法已在繼電保護的SCADA系統中應用，在DCS中的應用還需要進一步研究。

圖1 A、B測試通道

第三種方法是采用專業的SOE測試儀器對SOE系統進行驗證。這種方法優點是測量精度高、可靠性好，便于分析測試結果。但SOE測試儀成本較高，適于專業檢測機構、科研院所使用。

2 測試裝置及內部原理

對于SOE的性能測試過程，DL/T 659-2006《火力發電廠分散控制系統驗收測試規程》6.8.4項中明確的規定［2］：利用一臺開關量信號發生器進行測試，信號發生器的準確度應達到0.1～0.3 ms，信號發生器應能送出間隔時間可在0.1～3 ms之間調節的2～3個開關量信號。將信號發生器的信號接入事件順序記錄的不同控制器的不同輸入模件的輸入端，改變信號發生器的間隔時間，直至事件順序記錄無法分辨時為止，即為事件順序記錄的分辨力。分辨力不得超過1 ms（或按合同規定）。

根據該規定，在測試中使用某公司生產的0113-B型便攜式DCS系統性能測試儀，該測試儀精度為0.1 ms，可產生0.1～75 ms可調脈沖信號，硬件電路采用光電隔離設計，提供高精確度標準脈沖信號，適用于系統的SOE功能測試、站間時鐘同步測試等。整套測試裝置由該測試儀和上位機組成。上位機通過25針并口與測試儀進行數據傳輸，USB口為測試儀供電。上位機包含性能測試主程序程序、數據采集與分析程序、硬件驅動程序，人機操作窗口用來設置脈沖信號分辨率、通道數量、信號先后順序等，操作窗口見圖2。測試儀接受上位機指令輸出脈沖信號，輸出端與被測SOE卡件各通道硬接線相連。

圖3所示，在內部電路中，SOE測試儀通過控制Do使三極管高速導通，采用OC門方式與SOE卡件相連，SOE卡件對采集到的信號進行數字濾波和光電隔離，然后送到DCS中進行進一步處理。

圖2 SOE測試儀操作窗口

圖3 SOE測試內部原理圖

3 測試過程

對于大型機組來說，SOE測點眾多，無法全部進行測試，只能抽樣選擇，每次選取4個通道，使用SOE測試儀與被測通道相連，測試方案有三種：一是對同一DPU同一SOE卡件的不同通道進行抽樣測試；二是對同一DPU不同SOE卡件進行通道測試；三是對不同DPU下的SOE卡件進行測試。

測試前，首先需要重點核查是否有關聯SOE的現場設備正在送電運行，防止測試工作影響到機組運行安全。若無設備運行，則需要確保SOE卡件的工作狀態、報警指示燈、通信、SOE歷史庫等無異常，測試工作方可開始。測量步驟是：首先將0113-B型測試儀各輸出通道的間隔時間設置為0.1 ms，觸發各通道，跳變方式為0到1，檢查SOE歷史庫記錄的信號發生順序是否與測試儀輸出的順序一致，各信號發生時間間隔是否與測試儀設置的時間間隔（0.1 ms）一致，若任一不一致則重新復位測試儀輸出，將各通道輸出設置為0，按0.1 ms/次逐漸增加測試儀間隔時間，重新觸發各通道，直至信號順序與時間間隔同設置完全一致，此時的時間間隔即為最小分辨力時間。為保證測試的可靠性，每組通道測試3次，有1次不合格即認為不合格。若增加到1 ms時間間隔還不一致則認為測試不合格，認定該SOE卡件已不符合規程規定，需進行進一步處理。

4 測試結果及問題分析

通過對山東電網中多家電廠單元機組的SOE測試發現以下問題：

（1）對于同一DPU同一SOE卡件測試和同一DPU不同SOE卡件測試結果大部分符合≤1 ms的規程規定。

（2）對于不同DPU下的SOE卡件測試，尤其對于已運行10年以上的機組，測試結果大部分不合格，因此不同DPU下的SOE信號發生時間及先后順序不能作為判斷事故發生原因的主要依據，僅可作為參考。截取2011年1月某廠SOE部分測試結果，該廠DCS型號為FOXBORO，1998年投運。表1所示為SOE測試儀發送的信號，表2所示為SOE歷史庫接收到的數據。對比表1、表2可知，同一DPU下的SOE測試結果符合規定，但11號和15號DPU間的時間間隔為12 ms（229-217），遠大于1 ms的規程規定，測試結果不符合要求。

表1 SOE測試儀發送的信號

表2 SOE歷史記錄

（3）對于DCS停電檢修后重新恢復上電的SOE測試，若出現測試結果不合格可首先檢查環路中Server的時間級別設置，重新調整主Server的時鐘，待所有設備相應完成各自的時間調整后重新測試。

（4）由于DCS長期運行，不可避免出現電子電路老化，SOE卡件工作不正常，造成測試結果不合格。應及時更換不合格卡件，另外在機組日常運行時，應按照相關規程要求保證電子間的溫度、濕度在規定范圍內，減緩因環境因素引起的電子元件老化問題并定期進行SOE測試。

（5）對于不同DPU下SOE測試不合格問題，建議將不同DPU下的SOE采集卡盡量安裝在同一DPU中，這樣可避免不同DPU時鐘不同步現象。若因設計原因，實在無法配置在同一DPU中的，可采取更換卡件、加裝GPS時鐘方法實現時間統一。

（6）在某些電廠的運行中發現一些重要的跳機、跳閘信號沒有出現在SOE歷史記錄中。除了硬件原因外，則是由于在熱工保護中一般定義為“1”動作，但個別保護定義為“0”觸發，因此動作條件需定義為“0”觸發。對于這種情況可檢查相關保護邏輯，并進行重新組態。

（7）SOE功能在有的電廠中未充分利用。有的機組很多關鍵開關量信號，如MFT觸發條件、手動跳機、火焰消失信號、重要輔機跳閘的始發條件等信號，均未引進SOE，因此沒有充分發揮SOE系統的作用，不利于對機組和重要輔機跳閘進行及時、準確的判斷和分析。建議新機組在設計時應注意SOE的配置，投產后的機組可在機組檢修期間對SOE系統進行硬件整改和軟件完善，在日后的運行過程中可為運行操作人員迅速判斷事故原因、了解事故過程、區別人為因素和非人為因素提供客觀依據。

（8）SOE是分析大型機組故障必不可少的工具，有關專業人員應該充分利用和掌握，經常對記錄資料進行分析，還可以發現設備潛在的隱患和操作上存在的問題，超前預防系統故障的發生［3］。

5 結語

在電廠的生產運行中，SOE歷史記錄對分析事故原因起著很重要的作用，SOE工作不正常將會誤導事故分析的方向，延誤解決問題的時間，甚至無法分析出造成事故的原因。山東電力研究院自開展SOE測試工作以來，針對省內電廠多臺機組SOE測試不合格問題進行了及時處理和分析，并提出多項整改建議，防患于未然，這對于確保DCS系統及整個機組運行提供了重要的安全保障。