電廠熱控DCS控制保護回路誤動作原因與應對措施

李輝

（國能寧夏電力有限公司，寧夏 銀川 750000）

0 引言

分布式控制系統（DCS）目前被廣泛應用于冶金、電力、石化等領域，主要由監控系統、數據采集系統、模擬量控制系統等組成。將DCS控制保護系統應用于電廠，既能保證電廠機組的安全運行，又能提升電廠的自動化控制水平，大大減輕了工作人員的勞動強度，降低電廠的生產經營成本。但由于DCS是由計算機控制系統、通信單元、I/O卡件、顯示單元（CRT）及大量的通信線纜組成，因此極易受到各種主客觀因素的影響造成控制回路誤動作，影響電廠的穩定運行，提高了安全事故發生的概率。因此，必須加強其抗干擾能力，提高DCS控制系統運行的穩定性，確保電廠生產的安全性和連續性。

1 電廠熱控DCS控制系統概述

1.1 DCS基本原理

DCS系統是現階段電廠使用的主要控制技術之一，包含控制、顯示、通信與計算機4個部分，各子系統之間既相互獨立，又協同工作，可根據生產環節的具體要求進行設置，彌補了傳統控制系統各部分運行相互獨立的缺陷。

1.2 DCS單元機組監控

DCS系統單元機組較多，因此DCS系統必須具有較強的單元監控能力，同時具備一定的管理功能，能夠對各單元機組進行有效管理。如：通過對汽輪機歷史數據的儲存、收集、分析、整理，可提高設備的工作效率。由于當前電廠機組容量不斷增大，其參數要求也越來越高，為實現電廠生產的智能化和自動化，必須進一步簡化DCS系統功能，在確保電氣保護測量準確的基礎上，深層次理解信息內容，實現對機組的有效監控。

1.3 DCS控制系統結構

DCS控制系統包括硬件體系結構和軟件體系結構。硬件體系結構主要是操作站和現場控制單元，現場控制單元位于生產現場，與控制中心距離較遠，由多個監控點構成；操作站主要記錄和顯示各控制單元的數據過程，具體設備包含打印設備、儲存器、鍵盤、顯示器、主機，具有編程、打印、操作及報警的功能。軟件體系結構的基礎是實時數據庫，具體包含網絡通信、控制算法及輸出、巡查數據模塊，其中實時數據庫是軟件體系結構的中心，能夠共享并處理數據。

2 電廠熱控DCS控制保護回路誤動作安全事故

電廠熱控DCS控制系統內容繁瑣，相關操作人員在進行任務的具體操作時，常出現因操作對象差異、操作步驟混亂而導致的誤動作，造成電廠生產安全事故[1]。本文在對電廠熱控DCS控制保護回路誤動作安全事故進行分析時，主要從兩個角度探討：其一，在沒有對連鎖保護狀態進行完全解除時，相關操作人員在對元器件進行檢修時所涉及的檢測點可能會影響DCS系統，致使熱控系統誤動作故障，影響發電機組運行，同時在對機構故障進行維修時，操作人員使用的檢測系統的信號會對DCS系統控制回路的強電信號造成影響，引發子模件、子板故障。其二，DCS系統日常檢修主要針對的是測點、主電機，通常不會經常性地開展全面檢查，而DCS系統網絡結構現場控制相當復雜，如圖1所示，工作人員在具體操作時可能會出現由于檢測不完全造成的信號差錯，從而導致發電機組癱瘓，最終影響電廠整體經濟效益。

圖1 DCS系統網絡結構圖

3 電廠熱控DCS控制保護回路誤動作的原因

根據對電廠熱控DCS控制保護回路誤動作安全事故的分析，DCS控制系統受硬件、軟件、人為及外部環境影響，出現熱控DCS控制保護回路誤動作故障，DCS供電系統常見故障見表1。

表1 DCS供電系統常見故障

3.1 硬件設施故障

在整個電廠熱控DCS系統當中，硬件設施為其執行部位，根據所接收工作指令自動運行。在電路接觸異常、元器件損壞、電流電壓電源標準輸出不良的情況下，接收到的工作指令可能存在差錯，根據錯誤工作指令執行的操作會使自身出現故障，影響相關聯的監控系統的運行，進而引發驅動效果異常。DCS系統如出現指令信號錯誤，則硬件在錯誤信號的指引下，將導致整個控制保護回路發生誤動作故障。熱工原件出現故障的主要原因是元器件設施質量不合格，當元器件質量不符合試驗和測量標準時，就會存在故障隱患，有可能引發DCS系統控制保護回路誤動作。

DCS系統的地線、零線、火線、電纜以及電線在長時間的使用下，極易出現保護層破損及老化情況，致使線路暴露，出現因硬件設施故障而導致電線混電的情況，該狀況下一旦出現熱控誤動作，將直接引發火災，安全隱患極為嚴重，必須引起重視。

3.2 軟件故障

所謂的熱控DCS軟件故障實際上就是內部邏輯的故障，系統內部邏輯不完善或者內部邏輯出現錯誤都會導致DCS系統出現誤動作。造成邏輯出錯的主要原因在于電廠機組在生產調試過程或者在大規模整改之后對發電機組的特性進行了調整，調整后的機組設備與原DCS系統設計的函數曲線及參數控制邏輯不匹配。

3.3 人為操作失誤

電廠熱控DCS系統具有較高的自動化水平，在硬件設施和相關邏輯數據完善的情況下，人為操作是對系統后續運轉狀況影響最大的因素，同時也是導致熱控誤動作的關鍵因素。電廠操作人員的操作失誤主要發生于設備檢修養護以及系統操作過程中，具體原因包括操作人員未按照相關規章標準嚴格執行、工作狀態差、專業技術水平不足等，這些原因會造成信號識別錯誤、DCS系統接線不正確，最終導致控制保護回路誤動作。

例如，作為熱控管理的主要內容之一，在進行系統保護操作時，相關工作人員需要根據測量信號，具體設置系統的保護功能，但是在實際設置時，工作人員可能會減少程序，沒有根據測量信號進行重新設置，而是直接投入保護，導致出現機組投汽機故障，進而引發DCS系統控制保護回路誤動作，造成電廠嚴重經濟損失[2]。

3.4 外部環境因素

DCS系統運行外部環境主要影響系統的模擬量和開關量，在外部運行環境的濕度和溫度出現劇烈波動、周圍粉塵量過高或系統振動過于強烈時，系統具有較大出現拒動作或誤動作的可能性。

例如，DCS系統位于強磁環境中，在電導耦合與外部電磁輻射的影響下，系統的設備信號會受到干擾，出現信號錯誤或信號無法顯示的情況。系統設備如出現卡套接觸不良、螺絲松動情況，也會影響設備信號。

4 電廠熱控DCS控制保護回路誤動作的處理措施

4.1 嚴格把控硬件設備質量安全

在采購DCS系統相關硬件設備時，首先要確保相應的采購人員具有一定的專業知識，在進行設備選擇時能夠對元器件的可靠性、安全性及實用性進行嚴格把控，在此基礎上進行成本控制，達到性價比的最優選擇。在進行核心元器件選購時，必須堅持質量第一的原則，堅決不能將價格低廉作為選購標準。同時，要保證各元器件之間的匹配性，保障系統合理運行，防止出現各元器件之間不匹配的情況。在系統運行過程中，應該根據系統自身性能以及系統使用環境，定期對設備進行維護檢修，保證設備運行過程中的質量與安全性。針對損害嚴重的線路，重點關注使用年限及暴露問題，及時進行更換。

4.2 規范電路邏輯參數

熱控DCS系統在運行過程中常出現因邏輯問題而導致的信號異常。針對該問題，必須進一步規范電路邏輯參數，保證邏輯的正確性與合理性。在具體進行系統邏輯參數設計時，必須嚴格遵循機組標準，提升系統容錯率，切實降低故障頻率。在系統日常運行過程中，要注意對參數的修正，及時對分析數據、控制參數、運行曲線進行更新，確保DCS系統控制保護回路參數和機組性能參數相適應，以此保證機組的穩定運行。在對電路邏輯參數規范的過程中，也可以對元器件系統設施進行邏輯優化，提升熱控DCS系統的穩定性，降低元器件設施故障。

4.3 完善DCS電源切換

DCS電源切換相對來說比較復雜，容易出現故障，進而引發電廠熱控DCS控制保護系統故障。DCS系統在供電時利用的是兩路獨立電源，電源的切換利用的是兩條冗余電路，因此容易出現設備電源故障。但該類問題在具體生產運行中時常被忽略。一般情況下，電源切換電路包含兩個繼電路，分別承擔負荷，在其中一條出現電壓不穩定狀況時，可能會引發電源還流問題，導致DCS控制系統供電故障[3]。

針對這類電源切換問題，必須對電路切換形式進行改善。DCS電源供電的切換第一路電源為負載電源，第二路電源為輔助供電電源，在主供電電源無異常時，系統供電的重點是主供電源，該方式可提升電源切換回路的安全性，另一電源負載切換回路按相同原理進行設計，根據具體情況適當調整兩路位置。

4.4 提升DCS系統抗干擾能力

提升DCS控制保護系統的抗干擾能力是保障系統穩定運行的基礎，同時能夠進一步降低故障發生的可能性。在針對其抗干擾能力進行改善時，應將重點放在信號抗干擾、電纜以及系統接地上。針對DCS系統，首先要確定恰當的接地位置，完善接地系統，切實提升系統接地方式。具體進行接地操作時，應選擇較大截面的通道線，通常情況下應該選擇不超過2 Ω的電阻；盡可能在距離建筑物15 m的區域進行接地，同時充分考慮強設備和DCS系統接地位置之間距離的合理性，通常應不小于10 m，保證DCS系統具有充足的抗干擾能力。

4.5 加強員工培訓

根據電廠熱控DCS控制保護回路誤動作歷史情況可知，導致出現誤動作故障的主要原因是人為操作失誤，其也是導致電廠經濟損失的主要因素。因此，必須重視電廠DCS系統操作人員綜合素質的提升。在招聘相關操作人員時，要對招聘指標進行優化，將操作人員的工作經驗和專業技術水平作為參考重點，按照崗位的實際操作情況進行崗位需求與職責的設置。針對技術更新問題，要完善電廠一線操作人員的內部培訓計劃，在操作人員正式上崗前、系統改良時進行崗前培訓，嚴格按照DCS系統操作標準進行教學，明確各個崗位的工作職責，引導操作人員樹立責任意識和安全意識，端正工作狀態，確保所有上崗員工培訓達標。

5 結語

通過實踐可知，電廠熱控DCS控制保護回路誤動作主要受硬件、軟件、人為以及環境因素的影響，電廠可借助把控硬件設備質量安全，規范邏輯參數，優化電源切換與抗干擾能力，加強員工培訓與監督檢查等操作，切實降低誤動作故障發生的可能性。DCS控制系統在發揮優越性的同時還存在一些不足，主要問題為兼容性差。當前各個設備廠家雖然采取了標準的通信方式及通信規約，但在通信協議里也會加入非標參數，由于電廠機、爐、電控制系統要求不同，因此采購的裝置及元器件很難做到共享通用，從而造成了資金的浪費。因此，要想DCS控制系統得到廣泛應用，必須加強通信協議及元器件的開放性、兼容性，從而更好地發揮其優勢。