火力發電機組DCS系統的故障及預防措施探討

侯海濤

摘要：DCS作為優良的控制系統，被廣泛應用在電力、化工等行業。DCS系統的穩定安全運行時保證電廠機組穩定運行的關鍵。本文主要對DCS系統的工作原理進行簡述，對影響DCS運行穩定性及常見故障進行探討，并結合相關的實踐經驗，提出針對性的建議。

關鍵詞：火電廠；DCS故障；預防措施

1引言

現代化熱電廠的建設道路中，自動化和智能化是發展的主要方向和主題。隨著各種現代化、新型設備的不斷應用，電廠的控制和管理水平需要提升新的高度。DCS是一種集散性控制，已經廣泛應用在電力、化工行業，具有明顯的控制和監測優勢。在電廠的運行應用中，DCS的穩定性直接關系到電廠機組和各個設備的運行，對于電廠的效益具有很大的關系。本文主要針對DCS常見故障、控制系統與穩定性展開說明，為提升DCS控制系統穩定性提出相關措施。

2火力發電機組DCS系統的特點

DCS控制系統是一個以網絡通信技術為核心的極顯示、控制、管理控制等于一體的控制系統，是一種相對分散的計算機網絡控制系統，能夠適應目前工業生產中的各種需要，在化工、電力方面得到了很大的應用。

DCS智能控制系統由于其優秀的控制能力，在最近20年里得到了飛速發展，DCS技術是以計算機為核心，建立在網絡通信基礎上的技術，它可以將現場相對分散的過程控制，高速高效及時的整合在一起，實現集中監視、操作，方便的完成相對復雜的控制和優化，關于DCS的定義，有以下特點：

（1）以回路控制為特點，在現場控制站完成的主要系統，系統可有多臺現場控制站臺，每一臺控制一段回路；

（2）個控制功能均采用數字技術；

（3）人機界面由操作員控制實現；

（4）采用數字通信的方式進行連接。

DCS控制技術的設計原則是分散控制、集中操作和綜合管理，設計原則決定了DCS分為三級：分散過程控制級、集中操作監控級以及綜合信息管理級。如圖1

DCS計算機通過通信技術進行連接，控制網絡是通信的主要渠道，其上連接著各個主要節點，完成數據采集、模擬量控制、以及開關量順序控制等操作。

3火力發電機組DCS系統的故障分析

（1）DCS中軟硬件問題

DCS在熱工自動化控制應用中，為了保證系統的控制能力，常在控制系統中加入BMS、CCS及DEH等組件，從而實現伴生故障的停機保護。但在實際運行中，DCS的系統穩定性受到極大的影響，網絡通訊故障中的流量斷點問題，就容易導致流量過載，在欠缺流量限制保護時，整個系統控制網絡和輸入輸出回路將出現堵塞現象，導致系統相關設備不能作出正確的動作。

（2）熱工元件問題

實際應用中的熱工元件（溫度、壓力、液位、流量等指標控制元件）會由于老化或者自身質量問題而出現運行故障，并且系統運行中的元件冗余識別能力較差，導致系統接收錯誤的數據信息，從而產生錯誤的操作指令。據相關數據統計顯示，熱工元件的故障數量約占整個熱工自動化控制系統故障總數量的一半以上。

（3）電纜回路問題

電纜回路質量問題的出現主要是由于電纜長時間使用或者設計安裝過程的不規范引起。常出現的故障類型有絕緣層老化掉皮、接線口進水等情況，容易出現線路虛接和斷路的情況。

（4）系統設計和安裝過程的缺陷

熱工自動化控制系統是一個高復雜性的系統，涉及到的設備和控制器較多，也容易受到外界運行條件和自身設備元件的影響。尤其系統設計和安裝過程存在缺陷，直接造成系統運行中出現誤動和拒動的情況出現。例如，鍋爐汽包水位監測控制器的設計安裝出現問題時，會造成水位的測量數據產生偏差，進而使流量汽包水位不準確，水位跳閘信號的可靠性受到影響，對系統的可靠性產生較大的影響。

4火力發電機組DCS系統故障的預防措施

（1）提升設計合理性，優化系統運行能力

為提升系統的穩定性，冗余引入到電源和DPU中的做法十分常見。但僅在上述設備中引入冗余操作還不足以滿足自動化控制系統的要求。在系統運行中，可以在熱工信號監測時也引入冗余思想，即多次取樣同一個測試點的數據，以保證測試結果的準確性，防止錯誤指令的產生。另外，為保證系統運行的穩定性，可以將重要測點的通道布置在不同的卡件上，從而減緩故障壓力。總體而言，在熱工自動控制系統構建和升級時，應重視設計、安裝，多角度評測：（1）DCS控制系統的優化，為防止DCS出現軟硬件故障，可通過優化設計，提升DCS系統的“壞質量”診斷體系，通過優化硬件質量和軟件自診斷能力，提升系統預防和弱化故障的能力。（2）系統保護邏輯的優化。可以采取超馳保護、抗積分飽和等運行邏輯提升自動控制系統的穩定性。超馳保護即自動控制系統接收到故障信號、偏差越限等異常信號時，該保護措施會立即切換自動切手動、禁止增或禁止減等邏輯，使得系統設備在故障發生時得到有效保護，也保障系統的穩定運行能力。例如，爐膛內的壓力高于設定值后，超馳保護機制會對送風機進行禁止增，對引風機做禁止減操作，以保證爐膛內的壓力逐漸恢復到正常值。積分飽和即執行機構已經到極限位置，仍然不能消除偏差時，由于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運算結果繼續增大或減小，但執行機構已無相應的動作。出現積分飽和時，系統的自動控制系統不能對被控指標實行有效的控制，因此需要進行抗積分飽和機制。

（2）應用成熟度高、穩定性強的熱工元件

隨著自動化控制系統的復雜性和智能型逐漸提升，系統對于控制和檢測元件的要求更高。另外，熱工元件的故障率又較高，因此為保證系統的穩定性和安全性，盡量使用穩定性強的熱工元件。在熱工元件選擇的過程中，不能盲目的選擇高技術含量的元件或者低成本的元件，選擇的元件類型要與整個系統的匹配度最高為宜。

（3）保證工作環境的穩定和適宜性。在DCS的電子設備間加裝溫度和濕度檢測儀，實時對指標進行監測，對存在偏差的指標及時進行調節，保證電子設備外界環境的穩定性和適宜性。嚴格控制設備間的出入次數，防止因出入時造成灰塵過多的進入設備間，影響電子設備的正常運行。

（4）維持通信系統的穩定。在DCS設備的安裝過程中，嚴格控制設備接地的情況，防止因大面積設備接地對于通信系統穩定性造成影響。為模塊I/O加裝一個固定和良好的隔離，防止其和外界其他的設備之間發生相互影響，同時也有效防止自身發生短路的問題。

（5）提升工作人員的專業素質。對操作人員進行專業的培訓，增加其對于DCS系統各部分運行的基本原理。避免因管理和運行不當導致DCS設備出現故障的情況發生。

5結語

熱電廠DCS控制系統是熱電廠重要的綜合性控制系統，對于熱電廠安全生產、智能控制的目標實現有著構成與系統的支持功能。電廠要立足于電廠DCS的實際運行和結構，做好DCS系統的穩定性措施，提升電廠的穩定運行能力。

參考文獻

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[2] 張藝. 熱電廠DCS控制系統運行故障分析及穩定性探討[J]. 城市建設理論研究：電子版，2015，5（12）.

（作者單位：陜西華電蒲城發電有限責任公司）