[摘要]針對目前火電廠DCS運行的實際情況,對DCS系統(tǒng)的可靠性進行分析和探討。

[關(guān)健詞]DCS可靠性

中圖分類號:TM1文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1220108-02

近年來發(fā)電機組所有非計劃停運中,熱力設(shè)備原因引起的跳閘次數(shù)近70%,而這種跳閘幾乎都和熱控專業(yè)有關(guān)系。所以,如何進一步提高熱控系統(tǒng)的安全性和可靠性、減少非計劃停運變得非常重要。本文根據(jù)自己在電廠從事熱控檢修、老機組DCS系統(tǒng)改造及其參加擴建工程建設(shè)工作的經(jīng)驗,通過九個方面就如何提高整個DCS控制系統(tǒng)的可靠性進行了探討。

一、DCS電源

DCS系統(tǒng)的供電電源是其可靠工作的重要保障,為了盡量避免因電源故障引起DCS系統(tǒng)失靈,現(xiàn)多采用一路UPS電源和一路保安電源互為備用。但是由于接線方式各有不同,在實際應(yīng)用中仍存在諸多隱患:

1.因UPS或保安電源故障后電源自動裝置切換時間較長,導(dǎo)致DCS或ETS瞬間失電造成停機的事故時有發(fā)生,分散控制系統(tǒng)宜采用雙路UPS冗余方式供電,進線分別接在不同供電母線上。例如某電廠因UPS電源溫度高報警,保安電源作為備用電源不能及時(ms級)由備用轉(zhuǎn)為工作電源,使FSSS火檢柜兩路電源同時喪失,全爐膛無火MFT。

2.配置獨立的UPS不與其它設(shè)備共用,一旦因其它設(shè)備原因?qū)е耈PS故障勢必危及DCS的安全。

3.UPS旁路電源當(dāng)受到外界干擾時,輸出電壓波動大。將UPS負載控制在30%～60%額定輸出功率范圍內(nèi)是最佳工作方式,避免因負載突然加上或突然減載時,UPS電源的電壓輸出波動大,而使UPS電源無法正常工作。如某廠一機爐曾發(fā)生因UPS旁路電源輸出電壓波動大,造成其下屬所接的重要系統(tǒng)無法正常工作,而引發(fā)機組跳閘的事故。

二、DCS的軟硬件

不論新建機組還是老機組進行的控制系統(tǒng)改造,從提高可靠性要的角度來考慮,在DCS控制系統(tǒng)選型過程中需要注意以下各方面的問題:

1.在選擇DCS控制系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮有在類似機組上良好運行業(yè)績的控制系統(tǒng),這樣的成套控制系統(tǒng)通過了工廠試驗和實際投運,其可靠性得到了時間的檢驗。同時要盡可能多地了解不同DCS在其他電廠的使用情況,尤其是主要出現(xiàn)的重大問題,以便在招標(biāo)中進行比對和取舍。

2.控制系統(tǒng)的硬件一定要具有高可靠性,在電子元器件上的生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)上采用了成熟技術(shù),電子模件最好能熱拔插?？刂破鞯倪\算和存儲能力要足夠,IO卡件具有很強的抗干擾能力。

3.控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上要充分地采用了冗余技術(shù)。對于控制系統(tǒng)的控制器、網(wǎng)絡(luò)通訊等必須冗余,且各冗余設(shè)備之間必須能實現(xiàn)無擾切換。采用冗余結(jié)構(gòu)不僅能避免控制系統(tǒng)的局部故障擴大事故,保證機組安全穩(wěn)定運行,同時也保證設(shè)備故障的在線排除,從而消除事故隱患。

4.控制系統(tǒng)軟件的可維護性要好。尤其是以下幾個方面:程序及軟件的穩(wěn)定性好,不會出現(xiàn)系統(tǒng)或單個控制器死機等問題;系統(tǒng)自診斷性好:控制器及IO信號有出錯報警;人機交換友好:可以在線修改程序及下裝;備品備件有可靠保證:在15年內(nèi)采購容易且周期短,價格低;功能是否強大?？刂葡到y(tǒng)的軟件的可讀性好,其組態(tài)功能塊的種類是否能輕易實現(xiàn)DCS控制系統(tǒng)的各種工藝功能的需要。

另外,在DCS控制系統(tǒng)選型時,還要充分考慮到以下各個方面:為了確保控制系統(tǒng)的安全可靠性,控制器對數(shù)不能太低,以便于控制功能分配的合理分配;IO模塊的數(shù)量要合理,以便在分配IO通道時既可以避免重要信號的過度集中,以確保各IO模件的余量合理等。

三、DCS網(wǎng)絡(luò)

DCS系統(tǒng)從一個較為獨立的控制島,發(fā)展成為一個同外系統(tǒng)接口越來越多的控制系統(tǒng),因此對DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運行和維護也變得越來越重要。根據(jù)近年來各電廠DCS系統(tǒng)的使用情況,發(fā)現(xiàn)主要有如下因素可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)異常:

1.機組運行時在線調(diào)試實時通訊,因配置沖突導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障。

2.為同其他系統(tǒng)通訊,在實時數(shù)據(jù)網(wǎng)上增加接口或更改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)異常。

3.日常使用過程中,因經(jīng)常對DPU修改或增加功能,導(dǎo)致DPU負荷率過高,影響網(wǎng)絡(luò)正常工作。

4.制定完善的DCS系統(tǒng)操作制度,使用USB口的操作規(guī)定,以免外界的侵入控制系統(tǒng)。

5.熱工專業(yè)平時要加強DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)維護。如利用停機時間逐個復(fù)位DCS系統(tǒng)的DPU和MMI(操作員站),一般要求每隔半年要復(fù)位一次DPU和MMI,以消除計算機長期運行的累計誤差;MMI站主機放置的地方,應(yīng)定期檢查工作環(huán)境和通風(fēng)狀況,避免通風(fēng)散熱不良導(dǎo)致的硬件故障或硬件加速老化;對于DCS系統(tǒng)和其他系統(tǒng)(比如MIS、SIS等)的接口,應(yīng)該在其他系統(tǒng)側(cè)的網(wǎng)關(guān)站上,加裝病毒防火墻,并及時更新病毒庫。同時及時更新操作系統(tǒng)的補丁,從而提高系統(tǒng)的安全性;定期檢查系統(tǒng)風(fēng)扇是否工作正常,以確保系統(tǒng)能長期可靠地運行;定期對DCS主系統(tǒng)及與主系統(tǒng)連接的所有相關(guān)系統(tǒng)(包括專用裝置)的通信負荷率進行在線測試,確認在機組出現(xiàn)異常工況、高負荷運行、當(dāng)DPU或通信總線產(chǎn)生冗余切換的同時出現(xiàn)負荷擾動時,網(wǎng)絡(luò)負荷率控制在行業(yè)規(guī)定范圍內(nèi)。

四、DCS失靈后的后備操作

在《防止電力生嚴(yán)重大事故的二十五項重點要求》中規(guī)定了“操作員站及少數(shù)重要操作按鈕的配置應(yīng)能滿足機組各種工況下的操作要求,特別是緊急故障處理的要求。緊急停機停爐按鈕配置,應(yīng)采用與DCS分開的單獨操作回路”的要求,但目前仍有部分機組的手動停爐停機按鈕沒有直接接入跳閘驅(qū)動回路中,而是直接進入FSSS或ETS裝置的輸入卡件通道,參加邏輯運算后,再通過輸出回路送至跳閘驅(qū)動回路。這樣,在FSSS或ETS故障后,運行人員無法在集控室進行手動緊急停爐。關(guān)于MFT動作回路的設(shè)計目前有帶電跳和失電跳兩種方案。帶電跳采用常開接點進行控制,采用常開接點進行控制的方案雖減少了誤動的可能性,但增加了拒動的可能性,如DCS失電后MFT不能正常動作。失電跳采用常閉接點進行控制,即在DCS失電后,MFT仍能動作,比較來看,這種方案對機組是最安全的,減少了拒動的可能性,但卻增加了誤動的可能性。為了提高動作的可靠性和保證機組的安全性,部分機組采用了另一種方案,即在DCS正常的情況下,可通過DCS邏輯正常觸發(fā)MFT繼電器的常開接點來動作設(shè)備。同時為了保證DCS失電后MFT的正確動作,再引入一路220VDC直流電源,在DCS失電后,采用手動按鈕直接動作直流繼電器,去跳有關(guān)設(shè)備。但是這里仍然有一個設(shè)計觀念問題,當(dāng)DCS電源真正消失時,包括重要保護在內(nèi)也不起作用了,此時機組處于不安全狀態(tài)。按照《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(DL 5000-2000)中的要求,應(yīng)設(shè)計爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)失電后的緊急停爐保護。另外基于某電廠曾發(fā)生過DCS癱瘓機組停機后,因電氣原因兩臺交流潤滑油泵失電,由于潤滑油壓低聯(lián)啟直流油泵的聯(lián)鎖未做電氣硬邏輯聯(lián)鎖,故直流油泵未自動聯(lián)啟,同時沒有及時手動啟動直流油泵,導(dǎo)致汽機化瓦事故的發(fā)生。因此系統(tǒng)設(shè)計上必須充分考慮安全原則,涉及機組安全停機和失電情況下的安全聯(lián)鎖功能,除在控制器邏輯內(nèi)實現(xiàn)外,還應(yīng)在就地硬邏輯中設(shè)計并實現(xiàn)。

五、DCS施工的可靠性

在DCS控制系統(tǒng)安裝調(diào)試施工中尤其注意以下問題:

1.施工中要注意盤柜與地的可靠絕緣和盤柜母線的可靠接地,同時對孔洞等必須做防火處理,盤柜等要有防振動措施。

2.敷設(shè)電纜時尤其要注意強電弱電分開,屏蔽線的可靠接地和抗干擾,如果混淆,可能造成DCS板卡的燒毀。在布線過程中一定要按照設(shè)計圖紙(一定已交專人認真審核),照圖施工,在接線中,電纜及芯線標(biāo)記要清晰完整,能長期保持。

3.要嚴(yán)格控制電子設(shè)備間的環(huán)境條件,注意搞好消防、空調(diào)、通風(fēng)及照明等工作。尤其要提的是通風(fēng)和空調(diào),中央空調(diào)時出風(fēng)口的不能正對機柜或DCS其他電子設(shè)備,以免冷凝水滲透到設(shè)備內(nèi)造成危害;水暖或汽暖散熱片不能離DCS設(shè)備太近,以免水汽泄露進入DCS設(shè)備,造成設(shè)備損毀,我廠#8機一循環(huán)水系統(tǒng)控制柜,就曾發(fā)生此情況,造成數(shù)塊I/O卡件燒毀。同時,電子卡件決不允許有粉塵進入,所以,要求電子間能一直保持環(huán)境清潔和濾網(wǎng)干凈,注意除濕和調(diào)整好溫度。

六、DCS控制邏輯的可靠性

在程序設(shè)計和驗收過程中,要充分調(diào)動全體員工的積極性,使大家盡可能多地和新的DCS控制系統(tǒng)進行了解、熟悉和掌握。在組態(tài)和驗收中,要特別注意以下問題:

1.在程序組態(tài)設(shè)計中,一定要采用保障機組安全運行控制策略。對汽輪機轉(zhuǎn)速、汽輪機潤滑油壓力等,宜采用硬接線保護和軟件保護相結(jié)合,建議采用常閉信號,以確保保護的可靠投入;對重要的三取二保護信號,要采用模擬量和開關(guān)量進行組合,在保證重要主設(shè)備安全的前提下,盡可能采用常開信號,以避免保護的誤動作。

2.在控制系統(tǒng)選型、設(shè)計、測試、驗收、投入運行和在線調(diào)整各階段,程序設(shè)計和測試人員一定要全程參與,要結(jié)合類似控制系統(tǒng)使用中存在的問題,嚴(yán)格審核保護控制邏輯設(shè)計和組態(tài)的合理性,測試中一定要全面測試所有的回路。要仔細記錄各次檢查和試驗結(jié)果,若發(fā)現(xiàn)與軟件相關(guān)的問題要立即與DCS廠家取得聯(lián)系,并將情況完整地反饋給他們以盡快解決問題,例如我廠使用的國電智深DCS系統(tǒng)就在調(diào)試階段解決了一些軟件方面的缺陷。

3.對程序員要加強管理,采用授權(quán)制,且任何人改動程序都必須履行相關(guān)審批手續(xù),并做好異動前后的記錄。對重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PID參數(shù)和閾值檢測塊等必須有記錄,在優(yōu)化調(diào)節(jié)參數(shù)過程中,必須實行監(jiān)護制度,并在修改參數(shù)后及時進行試驗,以免留下安全隱患。

七、DCS1技術(shù)培訓(xùn)

DCS控制系統(tǒng)在進行系統(tǒng)搭建、硬件測試和和程序組態(tài)前,必須對有較強實踐經(jīng)驗的熱控工程師和運行操作人員進行相關(guān)的培訓(xùn)工作。對于控制系統(tǒng)的管理,需特別提醒:在機組運行的情況下,應(yīng)盡量避免在線修改組態(tài)和重要參數(shù),若實在是必須進行組態(tài)修改及下載時,要做好事故預(yù)想,落實各項安全措施,并完善相關(guān)報批手續(xù)。

八、小結(jié)

對于目前DCS系統(tǒng)應(yīng)用可能出現(xiàn)的問題和影響機組穩(wěn)定運行的安全隱患,加強DCS的運行維護和管理,結(jié)合機組檢修和設(shè)備改造升級,限期逐項進行整改。努力減少DCS系統(tǒng)故障率,是提高DCS系統(tǒng)安全性和可靠性的有效手段。對于DCS系統(tǒng)出現(xiàn)的問題,我們要多分析,勤總結(jié),尋找問題的共性,并有針對性地采取措施進行改進。

作者簡介:

邊曉東(1973-),男,大學(xué)本科,畢業(yè)于華北電力大學(xué)(保定),工程師,職務(wù)為工程部熱控專工,研究方向為:熱工專業(yè)技術(shù)管理、生產(chǎn)過程自動化。