如何應用分散控制系統提升火電站的安全性能

王關木

紹興縣興亞熱電有限公司，浙江紹興 312000

0 引言

DCS 是電力市場競爭中非常重要的因素之一，火電機組分散控制系統的可靠性能受到人們的重視。并且伴隨競爭愈發高漲，它的重要性也不斷地顯示出來。分散控制系統的安全功能不單單要求質量過硬的DCS 設備，更加需要合理化的系統配置來擔此重任，對于一個各項指標過硬，性能結構最優化的DCS，如果他的應用設計沒有實現盡善盡美，那么還是不可避免的會產生系統的錯誤運行，可能會對機組的安全起到破壞的作用。DCS 的應用設計不是單一的一個環節，而是一項系統工程，它既包括了整體的設計理念，如何能夠實現設計方法可靠性提升的多種辦法，還包括如何操控的思維邏輯、網絡的硬件設施、電源及其如何接地。本文基于這一背景，對如何應用分散控制系統提升火電站的安全性能進行了分析，這一研究對于推廣DCS 在火電站的應用具有一定的意義。

1 DCS 應用設計原則

創建一套 DCS 為核心的全自動控制的體系，實現對機組進行達到分散性的控制和集中監視，要與電網的調度相結合，滿足它的要求，努力實現對全自動控制系統的輔助系統和機組的全方面的積極保護是DCS 應用設計的目的中最至關重要的一個。可靠性的原則是DCS 在應用設計中最應該遵循的原則，并且應該放到最重要的位置，極力表達分散性， 大力使用 DCS原有的作用， 邏輯設計的可實現性和全面思考系統配置的合理性，避免發生故障集中點。DCS 應用設計時最先要考慮的是：DCS 中無論哪個控制設備發生阻礙，均不能使整套 DCS 的收到影響，必須正常運行。

2 系統配置的改進安全性能的設計

2.1 電源系統

我們一定要按照系統安全運行的法則進行保守設計，以此來保證電源系統在所有情況下都不會出現差錯。DCS 源自電氣保安段及U P S，其總電源通常設置為雙電源供電。DCS 總電源柜至各DCS 機柜的雙路電源使用電纜必須分離，使因電纜故障引發的DCS 機柜失去電源得到避免。電源額定容量設置必須根據各 DCS 機柜實際耗電量總和的2 倍來算計，與電源系統配套的輔助材料、設備、如導線、空氣、熔斷器開關等。在選型時必須使用可靠質優的物品，它的容量應該按照DCS機柜實際耗電量總和的2～3 倍來加以設置。

2.2 DCS 網絡

DCS 已經決定，它的網絡結構一經制造出廠，在一般的情況下是不會改變的，所以網絡結構是否合理，是否安全可靠，能否滿足成熟度等要求就成為DCS 設備在選擇時應該多加注意的。DCS 的制造工藝非常的復雜，沒有一定經濟和技術實力的公司是不可能制造的，它的機件多采用國外進口，這是一筆相當大的制造成本，公司未來降低成本，只能退而求其次選擇普通的網絡設備。然而這些普通的設備不能抵抗一般的環境溫度，電磁干擾對其作用也很強，就不能夠達到DCS 的安全可靠，所以工業級的網絡通信設備在設計時是很值得推崇的。信號干擾常常出現在電纜的敷設中，為了避免此現象我們必須在電纜敷設的過程中采用穿鍍鋅管，再加以高質量的屏蔽電纜進行屏蔽，絕對可以實現信號的零干擾。通信電纜的要求比較嚴格，在使用光纜是，必須將采用不同光纜的A、B 網進行分離，以免發生故障影響整個系統。

2.3 分散處理單元的配置

火電機組控制系統設計最中心的部分就是分散處理單元的組成，在產品的設計工程中要明確控制單元的負荷率等數值的時候，要充分考慮如何實行分散化。工藝系統布置分散控制單元是分散處理單元的靈魂，在設置過程中應該遵循以下原則：

1）爐膛安全保護 系統 (FSSS)、 模擬量閉環控制 (MCS) 、實現數據采集 (DAS)和順序控制 (SCS)的分散控制單元均冗余配置；

2）輔機設備， 如給水泵、 磨煤機、送風機等均應該保證不能出現停機的現象，那么就要采取不一樣的冗余分散控制單元，即使一對出現了問題，也只是引起單側設備的控制故障；

3）在一個冗余分散控制單元不能夠包含一對相互之間為備用工藝設備的連鎖保護，從而確保整個機組運行工作的順利進行。

2.4 I/O 的分配

對于分散處理單元的可信賴程度進行設置后，I/O 的可靠性分配對于實現整個系統的安全可靠也起著重要的作用。與I/Q 分析進行對比，需要滿足以下的分配要求：

1）分散控制單元和源自其它分散控制單元的高速數據公路可以發射出測量信號，來自機器本身的分散處理單元的控制系統的信號，大大的提升了控制系統的可靠性，這部機器的控制系統的常規運作單單受制于該部機器的分散控制單元的常規運作，而與其它分散控制單元是否正常是無關緊要的，以此確保系統的自律性；

2）協調控制系統可以與燃料、溫度、風力、給水系統實現信息共享。為了實現主控制系統的正常運行，那么子系統的正常運行是起著決定性的作用的。所以在測點分配時，為了充分強調子系統的可靠性，我們一定要保證主控制系統的信息來自其他的分散控制單元，并且是以高速數據公路為途徑；子系統的信息最好來源于本機組的分散控制單元；

3）盡最大的限度保證數據采集系統(DAS) 中兩側的測點信號與A、B 測控制系統不再相同的分散控制單元，最低要求在不同的I/O 卡件上；

4）使用具有差異性的I/O 模件來處置冗余輸入的變送器信號、熱電偶、熱電阻之間的問題。嚴格避免因為一個I/Q 模件的原因，導致整個控制回路的故障亦或是外部跳閘；

5）為了提高鍋爐的安全性能，防止因為一個模件損壞而導致燃料運輸故障，我們對于鍋爐的燃料兩塊模件進行速度控制調試。

3 控制邏輯的安全性能改進應用設計

3.1 閉環控制系統

從科學理論的角度來講，所謂的控制算法是通過對主要機爐協調控制系統的設計來實現的，相對實際系統，我們更需要周密細致的從安全的角度考慮所有的事項。因此，對于控制系統的設計我們要從如何實現報警、怎么進行調節、提高保護措施、連鎖的方式及實現有效的監控管理，必須把汽機和鍋爐想象成為一個有效的整體來進行有效的控制、操作。操作的宗旨是能夠有效的接收經過電網調度的ADS 信號，必須在燃煤有效的負荷范疇之內，經過適宜的變化率確保夜間的低負荷運作。實現汽機和鍋爐這個統一體的協調有效的控制，通過直接能量(DEB) 平衡控制原理，這個理論體系，確保機器壓力平穩運行。要把機器如何進行受壓控制與設備做到充分的協調統一，開發和完善方向閉鎖，充分發揮辨別的能力，將能力的利用發揮到最大的限度。

3.2 重要保護系統

我們大體上運用三取二的方式對那些重中之重需要保護信號的可靠性進行設計，在相同的時間內把三個信號分別引人到不同的 I/O 模件中。這在很大程度上能夠確保保護系統的正常運作，不會因為一個測點或一個I/O 模件故障而受影響，不過牽一發而動全身，一個處理單元發生錯誤就會使整個保護系統受到影響。要想提高系統保護的可信賴程度，我們必須將三取二信號經過各自使用的電纜輸送到其各自的處理單元，并對其保護邏輯的設置進行有效的區分，保證其輸出信號來源于不同的處理單元，通過繼電器的處理，實現三取二的方式輸出。如此運作的優點有：充分實現了單一的信號、 I/O 模件、一個處理單元、單獨的電纜等發生故障時，不會中斷整個保護系統的正常運行。我們通過開關量的方式對于那些信號達不到三個，也可以說對沒有實現三取二信號，我們將以模擬量證實得的渠道，最大力度提高保護系統的可靠性能。

3.3 汽機跳閘保護系統(ETS)

汽車能夠實現其安全性是因為擁有汽機跳閘保護系統， 它也滿足三取二的要求， 為了防止整個DCS 在發生故障時，可以保證它能正常的蹦控制操作甚至是停機，我們采用硬接線來取代DCS，并在操作臺上安裝了手動停機雙按鈕。當保護系統也發生故障，不能正常運作時，ETS 就會在此時發揮作用，它的超強模擬能力，可以輸入一切信息，并通過燈光來檢查弱電部分正常與否。安全監控裝置可以有效的預防因為電路問題，如：突然的斷裂、恢復、剎那的斷開，而不產生任何行動。為了防止因為低轉速、啟動、凝汽器真空低而引起誤停機，我們引進了汽機轉速不小于1500 轉每分為限額的凝汽器真空停機保護回路。在停機的命令里，可以通過汽門散文調節實現自動清除故障停機的指令。輸出動作繼電器運用雙位置繼電器的方法，防止因DCS 失電導致所有的運作依靠持續的自動復位導致的操作失誤這種問題的發生。

3.4 爐膛安全保護系統（FSSS）

其主要得控制設施是兩對分散控制單元，冗余配置進行模間的處理。FSSS 與電廠DCS 系統如MC S、DAS 和SCS 可以實現信號的交流。把FSSS 按鈕設置為緊急情況下或者啟動的跳閘的裝置。首先導致跳閘的原因及火檢信號通過硬接線的直接輸出，顯示在CRT 上。主燃料跳閘( Mb " I ' ) 信號必須單獨由三塊 I/0 模件傳出，并且要符合以上三種中的兩種。

4 結論

火電機組全部控制系統安全性能改進設計項目也作為一項系統工程，在上述安全性能設計改進里，有些想法、方法都是依照實踐落實提起的，部分是現存理論的使用。在理論里， 以上的可靠性設計方法和理念是矗立于既是一個控制設備不能正常工作，但卻不影響整個控制系統的正常運行，這是火電機組應該嚴格執行的理念，實施控制系統設計并不是空中樓閣。事實說明，因為采取了許多的科學的，合理的、健全的設計方法和理論，大大的提升了系統性能，也在最大的程度上降低了因為控制系統的原因而導致的停機事故。安全性能改進設計是一個繁雜的課目，必定會跟隨技術前進的步伐，實現創新與改進。當下的火電機組的 DCS 應該遵循以上的設計方案，雖然我們需要完備的課目仍然有許多，這一切都需要我們進一步改進并研究。

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