火力發電廠DCS系統維修策略和風險分析

文/陳羽 高文儉

現階段電力是人們生活中組成的重要部分，給人們的生活和工作帶來了極大的方便，伴隨著火力發電行業的發展和進步，火力發電廠的裝機容量在逐漸的擴大并由300MW、600MW向1000MW等級發展，對于火力發電DCS控制系統功能在逐漸的完善，性能也在逐漸的提升，其結構越來越繁瑣，對于DCS系統運行可靠性要求越來越高。目前由于火力發電廠DCS系統運行故障引起的嚴重的群死群傷安全事故屢見不鮮，DCS系統運行的穩定性是維持火力發電廠正常運作的關鍵，如果DCS系統運行出現故障，則可能直接導致火力發電廠運行失控、鍋爐熄火、設備損壞、汽機超速以及人員傷亡等嚴重的后果，因此對于DCS維修策略的研究以及風險分析有著重要的意義。

1 DCS系統在火力發電廠中的應用和發展

我國電力行業的發展是我國經濟增長的標志，在很久之前我國就已經將“電力先行”作為我國經濟發展所要遵循的基本原則。我國的發電裝機容量早在2010年就已經達到9億千瓦，我國發電機總容量擁有量連續14年局世界第二位，我國的火電裝機容量占比最高約占74.5%，并達7.066億千瓦，在2010年間，經相關的數據調查，全國的總火力發電量已經達到332533363.72萬千瓦小時，相比于2019年增加了11.74%。在現階段，人們的生活用電幾乎都是來自火力發電廠，火力發電量占總發電量的80%以上。

所謂的DCS系統所指的是分散控制系統，而且屬于有較高穩定性的計算機控制系統。DCS可以實現控制功能配置分散、顯示、數據共享、數據記錄等功能，DCS系統已經被廣泛的應用在火力發電的過程中，DCS系統運行的穩定性將會直接關乎到火力發電廠能否正常的運行。在1990年前，我們在火力發電廠中開始應用DCS系統，有效的提高了發電機組的穩定性和可靠性，在1990年初期，隨著電力行業的進步，我國許多大型的火力發電廠，在相關的技術理論指導下，通過使用DCS系統對傳統儀表控制系統進行改進和優化。在現階段，DCS在火力發電廠中的應用已變成網絡開放、信息管理型分散控制技術，DCS系統發展迅速，其他國家的代表作品有Symphony系統、T300系統、H-5000M系統等，它們分別是由ABB公司、西門子公司、日立公司所研究出來的。DCS性能在不斷的提升，因此其重要性也在不斷的提升，在現階段被廣泛的應用于火力發電廠的數據采集系統、順序控制系統、爐膛安全監控系統以及模擬量調節系統。但是，隨著DCS系統功能和控制范圍的提升，反而造成DCS系統結構越來越復雜，運行但安全性和可靠性有了明顯的下降，DCS系統故障問題普遍發生在世界各地的火力發電廠中。提升DCS系統運行的可靠性面臨著許多問題，例如提升DCS軟件的穩定性，提升DCS硬件生產和安裝水平以及提升DCS維修人員的專業技術水平等。

2 火力發電廠DCS可靠性為中心的維修策略

DCS是火力發電廠發電機組的核心，火力發電廠的維修需要花費大量的資金，通過優化維修策略能夠有效的降低發電廠維修成本，使發電廠獲取更高的經濟效益，在競爭激烈的市場上提升競爭力，維持企業穩定發展方面有著重要的作用。

2.1 火力發電廠DCS系統以可靠性為中心的維修決策

《可靠性為中心的維修過程的評審準則》在1999年出臺，這是由國際汽車工程師協會所出臺的，這項評審準則明確要求了RCM過程所要遵循的具體事項。若其他大綱制定符合RCM標準，那么這也被稱為“RCM過程”。火電廠DCS系統維修滿足RCM標準，在火電廠DCS系統維修過程中應當以可靠性為中心的維修決策，并認清各項設備的功能、所產生的功能故障、產生故障的原因以及帶來的不良后果等，并且要進行明確的定義。火力發電廠DCS系統維修RCM分析的步驟主要如下，首先第1步，對相關設備進行重要性的評定，功能重要性、用途重要性以及運行和使用可靠性的分析；第2步，在對所要維修的設備深入了解的前提下，利用故障模式及影響分析對進行相關的故障審核，然后將維修設備的功能、故障的表現形式、以及故障所帶來的影響詳細列舉出來；第3步，對設備故障所帶來的影響進行相應的分類評估；第4步，通過利用邏輯決斷圖科學合理的選擇相應的維修方式；第5步，并且計算出預防性維修時間間隔，進而確定維修策略的周期；第6步，進行組合維修策略。

2.1.1 火力發電廠DCS系統設備重要度的確定

火力發電廠DCS系統中擁有大量的不同類型設備，并且類型相同的設備其相應的規格參數可能有所不同，每種設備都有著自己獨特的功能，這些設備對于DCS系統的影響比較小，因此不需要對其進行實施RCM。實施RCM的應用對象主要是設備故障對DCS系統影響較大，可能直接阻止DCS系統運行或者是對DCS安全性影響較大的設備。需要確定設備是否屬于實施RCM的應用對象，則需要對其進行重要度評定。重要度評定的方法主要有層次分析方法、模糊綜合評價法以及日本乘數法等。然而在電力學方面，往往會采用基于梯形模糊數的電力變壓器故障模式的評定方法，這項評定方式主要是通過對影響電力變壓器故障模式因素的重要度評定，進而構建出相應的重要度評估體系。由于發電廠許多的設備之間具有一定的關聯性，而且還存在一定程度的復雜性，許多專家都會采用蒙特卡洛模擬方式對油動機等設備進行重要度評估。

2.1.2 火力發電廠DCS設備故障模式及影響分析

通過故障模式及影響分析能夠有效的確定設備的功能、設備故障模式、產生故障的原因以及故障影響等，針對故障產生的原因對設備進行可靠性的維修，針對故障設計出相應的防范措施，以降低故障發生概率。故障模式及影響分析需要結合DCS系統設備重要度，進而對設備產品功能、故障模式、故障原因及影響進行深入的分析，這里的故障模式所指的是設備故障功能表現形式，故障原因指的是以前可能發生過的故障的原因或者是可能發生故障的原因。在故障分析的過程中一定要詳細的描述，以便設計出合理的故障控制策略。

2.1.3 火力發電廠DCS設備RCM邏輯決斷

DCS設備RCM邏輯決斷實質是根據故障產生原因的適應性以及有效性，進行維修策略的選擇。首先要確定功能故障影響種類，功能故障主要有隱蔽性、經濟性、安全性以及任務性4種故障影響類型，可以采用問題劃分的方式進行故障影響類型的確定。選擇維修策略類型主要包括事后維修、定期維修和狀態維修，然后根據RCM準則實行相應的維修策略。

2.2 火力發電廠DCS系統設備維修信息平臺

構建設備維修信息平臺可以將DCS系統維修信息整合在一起形成數據庫，從而為RCM決策過程建立良好的數據基礎，并為其提供有力的可靠依據。DCS系統設備維修信息平臺構建的過程中需要開發維修分廠技術臺帳，這是由于DCS設備故障涉及到許多種類的專業，這樣能夠對其進行有效的管理，可以實現全廠設備維修信息的收集、整理和儲存，這樣可以為維修策略的制定以及實施建立良好的技術基礎。

3 火力發電廠DCS系統維修的風險分析

設備維修風險分析在一定程度上能夠降低火電廠設備故障發生概率，從而保證火電廠能夠穩定的運行。火電發電廠安全性評價，這是由中國電機工程學會專家設計編寫的，這項準則主要是對設備系統、活動安全以及作業環境的安全管理進行有效的指導，采用風險評價的方法進行危險辨識，降低嚴重事故的發生概率。風險分析過程主要包括風險辨識、風險評估、風險控制等環節。風險辨識主要目的是為了進行問題種類和來源的確定，主要可以通過直觀經驗法、專家調查法以及相關的安全檢查法等。風險評估主要是確定風險可發生的概率、后果嚴重程度等，常采用的方法有安全檢查表法、故障假設法以及風險矩陣圖法，風險矩陣圖法是最常使用的風險評估方式。

4 結束語

DCS設備是發電廠發電機組的核心，做好相關的維修工作和風險評估是保證發電廠穩定運行的基礎,做好風險分析研究工作，以降低嚴重事故的發生概率，進而促進我國電力行業的發展。