吳 昊，郭 南

(1.南京電力設(shè)備質(zhì)量性能檢驗(yàn)中心 自動(dòng)化技術(shù)部，江蘇 南京 210000； 2.沈陽工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

DCS性能測(cè)試技術(shù)在燃煤電站中的應(yīng)用

吳 昊1，郭 南2

(1.南京電力設(shè)備質(zhì)量性能檢驗(yàn)中心 自動(dòng)化技術(shù)部，江蘇 南京 210000； 2.沈陽工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

通過DCS性能測(cè)試可以使用戶較為全面地了解系統(tǒng)的實(shí)際性能和故障隱患，根據(jù)測(cè)試情況用戶可以對(duì)有問題的部件進(jìn)行更換、升級(jí)等處理。同時(shí)此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到電廠當(dāng)中，可以及時(shí)掌握系統(tǒng)性能的變化情況，避免因?yàn)镈CS的潛在問題導(dǎo)致電廠非?；騌B等事故的發(fā)生也為系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)和升級(jí)換代提供參考。

DCS；性能測(cè)試；系統(tǒng)；故障隱患

隨著我國火電廠單機(jī)容量進(jìn)一步加大，控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)更加重要。DCS作為電廠神經(jīng)中樞必須要求其可靠與穩(wěn)定。近年來各省電網(wǎng)對(duì)入網(wǎng)機(jī)組的兩個(gè)細(xì)則逐步實(shí)施，通過經(jīng)濟(jì)手段激勵(lì)電廠參與輔助服務(wù)。對(duì)于發(fā)電方其經(jīng)營收入直接與機(jī)組性能如AGC調(diào)節(jié)速率、純延遲響應(yīng)時(shí)間等有關(guān)?；痣姀S調(diào)峰幅度和深度進(jìn)一步加大對(duì)三大主機(jī)與主要輔機(jī)是一次嚴(yán)峻的考驗(yàn)，同時(shí)對(duì)DCS的實(shí)時(shí)性、可靠性也提出了更高的要求。

1 測(cè)試內(nèi)容與方法

1.1 DCS工作環(huán)境測(cè)試

1.1.1 溫、濕度測(cè)試

將溫濕度計(jì)放置在機(jī)組集控室中央，測(cè)試時(shí)將溫濕度計(jì)靜置5分鐘以上，待測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄溫濕度。用同樣的方法在工程師站、鍋爐電子間、汽機(jī)電子間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，并記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

1.1.2 積灰情況檢查

電子間內(nèi)檢查：打開電子間內(nèi)各控制柜、網(wǎng)絡(luò)柜、電源柜的柜門，檢查柜內(nèi)控制器、卡件、繼電器、交換機(jī)、電源切換模塊、端子排的積灰情況，并詳細(xì)記錄。

工程師站和集控室內(nèi)檢查：檢查各人機(jī)接口站的顯示器、大屏幕、主機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、交換機(jī)等的積灰情況，并詳細(xì)記錄。

1.2 DCS部件可靠性測(cè)試

1.2.1 供電冗余切換測(cè)試

1)交流供電切換測(cè)試

檢查測(cè)量兩路電源電壓正常，電壓偏離值在標(biāo)準(zhǔn)電壓10%范圍內(nèi)，記錄兩路電源電壓。將DCS性能測(cè)試儀接入切換后電源母線的備用端子。切斷A路電源空氣開關(guān)(假設(shè)當(dāng)前由A路供電)，B路電源接觸器應(yīng)自動(dòng)合閘，用測(cè)試儀記錄切換過程，并分析切換時(shí)間。切換完成后，合上A路電源空氣開關(guān)，然后切斷B路電源空氣開關(guān)(若A路設(shè)計(jì)為主供電，則無需切斷B路空氣開關(guān))，A路電源接觸器應(yīng)自動(dòng)合閘，用測(cè)試儀記錄切換過程，并分析切換時(shí)間。電源切換后，未出現(xiàn)負(fù)載設(shè)備失電或設(shè)備重啟情況。

2) 直流供電切換測(cè)試

檢查測(cè)量兩路電源電壓正常，電壓偏離值在標(biāo)準(zhǔn)電壓10%范圍內(nèi)，記錄兩路電源電壓。切斷A路電源空氣開關(guān)，檢查負(fù)載設(shè)備運(yùn)行正常。切換完成后，合上A路電源空氣開關(guān)，然后切斷B路電源空氣開關(guān)，檢查負(fù)載設(shè)備運(yùn)行正常。電源切換后，未出現(xiàn)負(fù)載設(shè)備失電或設(shè)備重啟情況。

進(jìn)行供電冗余切換測(cè)試時(shí)應(yīng)首先弄清系統(tǒng)的供電方式、切換方法以及各路電源所帶負(fù)載的范圍。

1.2.2 控制器冗余切換測(cè)試

在DCS中過程控制站一般都采用冗余方式運(yùn)行，一臺(tái)作為主站運(yùn)行，另一臺(tái)處于熱備用狀態(tài)，隨時(shí)監(jiān)視主控制站的運(yùn)行情況，一旦檢測(cè)到主控制器故障，副控制器立即無擾切換到主運(yùn)行方式，期間不得丟失數(shù)據(jù)或產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。就地檢查控制器運(yùn)行指示燈、通訊指示燈、主備用指示燈指示是否正常；在人機(jī)接口站打開DCS自檢功能畫面，檢查控制器狀態(tài)與就地指示是否一致；主備控制器組態(tài)是否同步一致、網(wǎng)絡(luò)是否正常、是否無其他故障指示。測(cè)試中一般做法是使主DPU模件停止或掉電，使付模件切換，期間檢查操作員畫面、工程師站畫面、以及M/A站(模擬投入自動(dòng))是否有狀態(tài)的變化。

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)冗余切換測(cè)試

該項(xiàng)目是用來檢查通信系統(tǒng)的冗余切換功能是否正常。需注意的是，DCS通信系統(tǒng)往往是分層結(jié)構(gòu)，如實(shí)時(shí)網(wǎng)與數(shù)據(jù)網(wǎng)，以及DPU內(nèi)的通信總線等，因此應(yīng)分別測(cè)試。另外，各層網(wǎng)絡(luò)對(duì)于不同的生產(chǎn)商，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟灿兴煌缧切团c環(huán)網(wǎng)型等，冗余的方式也可能不同，如交換機(jī)的冗余、通信卡的冗余等，因此測(cè)試前應(yīng)弄清網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑦\(yùn)行協(xié)議、冗余方式等情況，針對(duì)其每一項(xiàng)冗余措施來進(jìn)行測(cè)試。一般做法有進(jìn)行通信模件冗余測(cè)試、HUB或交換機(jī)冗余、通信電纜冗余的測(cè)試。

1.2.4 鍵盤或鼠標(biāo)容錯(cuò)能力測(cè)試

在操作員站上操作未經(jīng)定義的鍵盤、鼠標(biāo)按鍵組合。該操作員站涉及到的控制系統(tǒng)不應(yīng)該接受任何命令，相關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)備不應(yīng)出現(xiàn)出錯(cuò)、死機(jī)、重啟或其他異常現(xiàn)象。

1.3 DCS部件可維護(hù)性測(cè)試

1.3.1 帶電插拔測(cè)試

選取DI型號(hào)卡件，并將其帶電拔出，DCS應(yīng)顯示該卡件故障，與該卡件相關(guān)控制回路應(yīng)不受影響。將該模件帶電插上，DCS應(yīng)顯示該卡件恢復(fù)正常，與該卡件相關(guān)控制回路應(yīng)不受影響。DCS在卡件帶電插拔過程中應(yīng)能正確顯示卡件的實(shí)際狀態(tài)，并且與該卡件相關(guān)的控制回路不受到影響。選取其他各種類型輸入輸出模件，做上述測(cè)試。

1.3.2 重置能力測(cè)試

長按操作員站停止按鈕，將操作員站強(qiáng)行停止，終止工作站的所有工作，然后將操作員站重啟，用秒表記下工作站重啟動(dòng)的整個(gè)過程時(shí)間。操作站重新啟動(dòng)后，該操作員站運(yùn)行正常，DCS控制系統(tǒng)其他設(shè)備運(yùn)行正常。

1.3.3 操作環(huán)境測(cè)試

將任意一臺(tái)人機(jī)接口站設(shè)為工程師模式，該站應(yīng)具備畫面監(jiān)視、參數(shù)修改、組態(tài)修改下裝功能。將任意一臺(tái)人機(jī)接口站設(shè)為操作員模式，該站應(yīng)具備畫面監(jiān)視、設(shè)備操作功能；不應(yīng)具備參數(shù)修改、組態(tài)修改下裝功能。

1.4 DCS抗干擾能力測(cè)試

1.4.1 信號(hào)敷設(shè)與屏蔽情況檢查

DCS系統(tǒng)接地原則是一點(diǎn)接地，逐級(jí)匯接方式。規(guī)范的接地方法應(yīng)該是，機(jī)柜與基礎(chǔ)絕緣，柜內(nèi)至少應(yīng)使保護(hù)地和信號(hào)地分開。保護(hù)地排接入現(xiàn)場(chǎng)電纜的屏蔽層、電源保護(hù)地、機(jī)柜框架。信號(hào)地排專用接入模件信號(hào)地線。二者各單設(shè)一條帶絕緣層的地線接至電子間總匯流地排，并由總匯流排接至地網(wǎng)。

1.4.2 抗射頻干擾能力測(cè)試

打開DCS柜門，距柜門1.5 m處，用正常的講話音量通過對(duì)功率為5 W、頻率為400 MHz～500 MHz的步話機(jī)講話，模擬射頻干擾源。測(cè)試過程中，系統(tǒng)應(yīng)正常工作，柜內(nèi)熱電偶信號(hào)的示值變化范圍應(yīng)小于測(cè)量系統(tǒng)允許誤差的兩倍。

1.5 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測(cè)試

1.5.1 CRT畫面響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

在操作員站用鼠標(biāo)點(diǎn)擊調(diào)用一幅畫面，直到畫面完全顯示,記錄從鼠標(biāo)點(diǎn)擊到畫面完全顯示的時(shí)間。一般選取工藝復(fù)雜、圖形較多的畫面進(jìn)行測(cè)試，調(diào)取多幅畫面，計(jì)算平均值。測(cè)試要求響應(yīng)時(shí)間小于1 s。

1.5.2 CRT畫面數(shù)據(jù)刷新時(shí)間測(cè)試

將多功能信號(hào)校驗(yàn)儀接入模擬量輸入通道,單向連續(xù)斜坡改變信號(hào)校驗(yàn)儀的輸出。讀出某一段時(shí)間內(nèi)CRT上該信號(hào)的變化次數(shù)，計(jì)算平均值。測(cè)試要求響應(yīng)時(shí)間小于1 s。

1.5.3 系統(tǒng)響應(yīng)測(cè)試

開關(guān)量響應(yīng)時(shí)間測(cè)試：將開關(guān)量控制回路的指令輸出通道短接至反饋輸入通道；在CRT操作員界面上操作鍵盤發(fā)出操作指令，直到屏幕上顯示對(duì)應(yīng)反饋狀態(tài)，記錄發(fā)出指令至狀態(tài)在CRT顯示的時(shí)間,重復(fù)測(cè)試,取其平均值。DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程中要求響應(yīng)時(shí)間不得超過2 s。

模擬量響應(yīng)時(shí)間測(cè)試與開關(guān)量響應(yīng)時(shí)間測(cè)試方法一樣，但要求響應(yīng)時(shí)間不得超過2.5 s。

1.5.4 控制器處理周期測(cè)試

該項(xiàng)目用于檢查各控制器的運(yùn)算周期是否穩(wěn)定，以判斷DPU運(yùn)算的穩(wěn)定性、可靠性，以及DPU內(nèi)組態(tài)的運(yùn)算負(fù)荷分配是否合理?？刂破饔?jì)算周期不穩(wěn)定可能會(huì)給一些實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用帶來不確定性，對(duì)于在組態(tài)中有通過運(yùn)算周期值進(jìn)行累計(jì)運(yùn)算的場(chǎng)合也會(huì)帶來較大的誤差。

一般測(cè)試方法是選取不同的功能控制器進(jìn)行如下步驟的測(cè)試：

1)在DCS組態(tài)中增加下圖1所示的邏輯，并將其輸出直接接到同DPU內(nèi)的DO通道上。從該圖可知，非門每一次的狀態(tài)變化即表示一個(gè)運(yùn)算周期。

圖1 邏輯門

2)將DO輸出接至高速數(shù)據(jù)采集器(對(duì)于DO繼電器可不用取出，由于繼電器的滯后僅為20 ms左右，且穩(wěn)定，因此對(duì)一般所測(cè)的100 ms以上運(yùn)算周期影響不大)。

3)利用采集軟件進(jìn)行采集，并檢查采集信號(hào)各周期信號(hào)的高電平和低電平長度是否符合標(biāo)稱值，是否穩(wěn)定。

4)如功能控制器內(nèi)有不同的運(yùn)算周期，則改變DPU運(yùn)算周期(需征得用戶和廠家得同意)，再次進(jìn)行測(cè)試。某一測(cè)試曲線如圖2所示。

對(duì)于該項(xiàng)目的一個(gè)問題是對(duì)運(yùn)算周期指標(biāo)的評(píng)定，一般是抽取一組連續(xù)的10個(gè)(或以上)的周期值，計(jì)算其平均值，但僅用均值還是不夠的，應(yīng)采用一指標(biāo)評(píng)定周期的波動(dòng)范圍，可考用慮標(biāo)準(zhǔn)差，即隨機(jī)選取至少5組的連續(xù)10個(gè)周期，計(jì)算各組平均值和實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差，再計(jì)算各組平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的均值，當(dāng)然，采用人工計(jì)算方式比較麻煩，可采用軟件自動(dòng)計(jì)算。

圖2 控制器測(cè)試曲線

1.5.5 SOE分辨率測(cè)試

同柜同SOE卡分辨率測(cè)試：將DCS性能測(cè)試儀連接至同一SOE卡件的四個(gè)通道。通過DCS性能測(cè)試儀向四個(gè)通道同步發(fā)出的置1信號(hào)，然后復(fù)位，重復(fù)3次。通過DCS性能測(cè)試儀向四個(gè)通道順序發(fā)出間隔1 ms的置1信號(hào)，然后復(fù)位，重復(fù)3次。在操作員站調(diào)取查看SOE記錄。DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程中要求SOE信號(hào)的記錄分辨率小于1 ms。

同柜不同卡SOE分辨率測(cè)試：采取3～6步方法對(duì)分布在同一控制柜不同卡件上的四個(gè)通道進(jìn)行SOE分辨率測(cè)試。不同柜不同卡SOE分辨率測(cè)試：采取3～6步方法對(duì)分布在不同控制柜不同卡件上的四個(gè)通道進(jìn)行SOE分辨率測(cè)試。圖3為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試截圖。

1.6 系統(tǒng)接地電阻測(cè)試

DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程中要求DCS采用獨(dú)立接地網(wǎng)時(shí)，若制造廠無特殊要求，則其接地極與電氣接地網(wǎng)之間應(yīng)保持10 M以上的距離，且接地電阻不應(yīng)大于2 Ω。當(dāng)DCS與電廠電氣系統(tǒng)公用一個(gè)接地網(wǎng)時(shí)，控制系統(tǒng)接地線與電氣接地網(wǎng)只允許有一個(gè)接地點(diǎn)，且接地電阻應(yīng)小于0.5 Ω。

圖3 SOE分辨率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

1.7 模擬量精度的測(cè)試

1)4～20 mA模擬量輸入通道精度測(cè)試：選取DCS系統(tǒng)中某一4～20 mA模擬量輸入通道，將多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀接入該通道。通過多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀向該通道分別輸入4 mA、8 mA、12 mA、16 mA、20 mA的電流信號(hào)，在人機(jī)接口站畫面讀取并記錄對(duì)應(yīng)的示值，并進(jìn)行精確度的計(jì)算。

2)4～20 mA模擬量輸出通道精度測(cè)試：選取DCS系統(tǒng)中某一4～20 mA模擬量輸出通道，將多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀接入該通道。在操作員站手動(dòng)將該通道的輸出分別設(shè)定為0%、25%、50%、75%、100%，通過多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀讀取通道輸出的電流信號(hào)，記錄對(duì)應(yīng)的電流值，并進(jìn)行精確度的計(jì)算。

3)熱電阻模擬量輸入通道精度測(cè)試：選取DCS系統(tǒng)中某一熱電阻RTD模擬量輸入通道，將多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀接入該通道。通過多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀向該通道分別輸入0 ℃、50 ℃、100 ℃、150 ℃、200 ℃(具體數(shù)值根據(jù)測(cè)點(diǎn)量程會(huì)有所變化)對(duì)應(yīng)的電阻信號(hào)，在人機(jī)接口站畫面讀取并記錄對(duì)應(yīng)的示值，并進(jìn)行精確度的計(jì)算。

4)熱電偶模擬量輸入通道精度測(cè)試：選取DCS系統(tǒng)中某一熱電偶TC模擬量輸入通道，將多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀接入該通道。通過多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀向該通道分別輸入0 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃(具體數(shù)值根據(jù)測(cè)點(diǎn)量程會(huì)有所變化)對(duì)應(yīng)的毫伏信號(hào)，在人機(jī)接口站畫面讀取并記錄對(duì)應(yīng)的示值，并進(jìn)行精確度的計(jì)算。

5)轉(zhuǎn)速模擬量輸入通道精度測(cè)試：選取DCS系統(tǒng)中某一轉(zhuǎn)速模擬量輸入通道，將多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀接入該通道。通過多功能過程信號(hào)校驗(yàn)儀向該通道分別輸入相當(dāng)于0%、25%、50%、75%、100%通道量程對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)，在人機(jī)接口站畫面讀取并記錄對(duì)應(yīng)的示值，并進(jìn)行精確度的計(jì)算。

測(cè)試精度要求：模擬量輸入電流<0.1%，模擬量輸入熱電阻、熱電偶<0.2%，模擬量輸入轉(zhuǎn)速<1 r/min，模擬量輸出電流<0.25%。

1.8 輸入?yún)?shù)的真實(shí)性判斷和補(bǔ)償功能檢查

4～20 mA輸入通道超量程判斷：用信號(hào)發(fā)生器緩慢輸入大于上限20 mA或小于下限4 mA的測(cè)試信號(hào)；熱電偶通道超量程判斷：用信號(hào)發(fā)生器緩慢輸入超過量程的測(cè)試信號(hào)(mV信號(hào))；熱電阻通道超量程判斷：用信號(hào)發(fā)生器輸入超過量程的測(cè)試信號(hào)(電阻信號(hào))，工程師站及操作員站的CRT屏幕應(yīng)能顯示超量程，記錄超量程報(bào)警和變壞點(diǎn)時(shí)的電流值、毫伏值、電阻值。

1.9 負(fù)荷率測(cè)試

1.9.1 控制器負(fù)荷率測(cè)試

打開DCS系統(tǒng)的控制器掃描工具，讀取實(shí)時(shí)控制器負(fù)荷率，分多個(gè)時(shí)段多次讀取負(fù)荷率值，統(tǒng)計(jì)最高值、平均值。測(cè)試要求為滿足不同控制回路要求的掃描速率的前提下，最高值不超過60%。

1.9.2 人機(jī)接口站負(fù)荷率測(cè)試

打開操作系統(tǒng)的任務(wù)管理器，讀取CPU和內(nèi)存的使用率和余量，分多個(gè)時(shí)段多次讀取負(fù)荷率值，統(tǒng)計(jì)最高值、平均值。測(cè)試要求為人機(jī)接口站畫面切換時(shí)間小于1 s，畫面數(shù)據(jù)刷新時(shí)間小于1 s，窗口操作靈活無卡頓。

1.9.3 網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率測(cè)試

將網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷測(cè)試儀接入DCS的控制網(wǎng)絡(luò)，在一段時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)各通訊端口的平均速率并計(jì)算荷率值。測(cè)試要求為以太網(wǎng)負(fù)荷率小于20%，令牌環(huán)網(wǎng)負(fù)荷率小于30%。

1.10 系統(tǒng)可用率考核

DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程中要求系統(tǒng)可用率大于99.9%?？捎寐式y(tǒng)計(jì)只包括系統(tǒng)本身不包括變送器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。系統(tǒng)可用率A的計(jì)算公式如下：

(1)

式中，tt為實(shí)際試驗(yàn)時(shí)間，它等于整個(gè)連續(xù)考核統(tǒng)計(jì)時(shí)間扣除由于非本系統(tǒng)因素造成的空等時(shí)間；tf為故障時(shí)間，它是指被考核系統(tǒng)中任一裝置或子系統(tǒng)在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)因故障而停用的時(shí)間，經(jīng)加權(quán)后的總和；tfi為第i個(gè)裝置或子系統(tǒng)故障停用時(shí)間；Kfi為第i個(gè)裝置或子系統(tǒng)故障加權(quán)系數(shù)，加權(quán)系數(shù)參見DLT 659-2016。

統(tǒng)計(jì)期間如果發(fā)生因DCS導(dǎo)致MFT和ETS動(dòng)作或網(wǎng)絡(luò)功能故障則認(rèn)為可用率不合格。

2 經(jīng)常出現(xiàn)的問題及處理經(jīng)驗(yàn)

2.1 SOE測(cè)試不合格問題

對(duì)于同一DPU同一SOE卡件測(cè)試和同一DPU不同SOE卡件測(cè)試結(jié)果大部分符合小于1 ms的規(guī)程規(guī)定，對(duì)于不同DPU下的SOE卡件測(cè)試 ，測(cè)試結(jié)果大部分不合格。

例如 2017年7月某廠SOE部分測(cè)試結(jié)果，該廠鍋爐側(cè)SOE在1#DPU汽機(jī)側(cè)和電氣側(cè)SOE在12#DPU預(yù)計(jì)2018年投運(yùn)。表1所示為DCS性能測(cè)試儀發(fā)送的信號(hào)，圖4所示為SOE接收到的數(shù)據(jù)。對(duì)比表1、圖4可知，同一DPU下的SOE測(cè)試結(jié)果符合規(guī)定，但1#和12#DPU間的時(shí)間間隔為 3 ms(565-568)，遠(yuǎn)大于 1 ms ，測(cè)試結(jié)果不符合DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程要求。

表1 SOE測(cè)試儀發(fā)送的信號(hào)

圖4 系統(tǒng)配置調(diào)整前SOE歷史記錄

導(dǎo)致以上情況的原因有幾下三點(diǎn)：

1)對(duì)于DCS停電檢修后重新恢復(fù)上電的SOE測(cè)試， 若出現(xiàn)測(cè)試結(jié)果不合格可首先檢查網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)器的時(shí)間級(jí)別設(shè)置，重新調(diào)整時(shí)鐘，待所有設(shè)備相應(yīng)完成各自的時(shí)間調(diào)整后重新測(cè)試。檢查網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器設(shè)置，檢查結(jié)果為所有設(shè)置都正確，工程師站NTP運(yùn)行正常。

2)由于DCS長期運(yùn)行，不可避免出現(xiàn)電子電路中晶振老化，SOE卡件工作不正常和電子間環(huán)境溫度濕度不正常造成測(cè)試結(jié)果不合格。本套DCS為新建機(jī)組供貨產(chǎn)品并且第一次投入運(yùn)行不存在老化問題。而且電子間溫濕度達(dá)到DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程要求。

3)對(duì)于不同DPU下SOE測(cè)試可能出現(xiàn)不合格問題 ，因?yàn)椴煌珼PU時(shí)鐘可能出現(xiàn)不同步現(xiàn)象。

解決方案：調(diào)整系統(tǒng)配置將7月11日測(cè)量的兩DI16E卡件統(tǒng)一配置到1#DPU。更改組態(tài)數(shù)據(jù)庫將A閉式循環(huán)冷卻水泵SOE、A開冷泵SOE、A定子冷卻水泵SOE三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)改到1#DPU。

7月16日系統(tǒng)重新配置后，原發(fā)送順序不變，第二次進(jìn)行測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

測(cè)試結(jié)果好于上次，達(dá)到DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程要求。

不同DPU時(shí)鐘可能出現(xiàn)不同步現(xiàn)象，所以盡量將SOE卡件配置到同一DPU下。試驗(yàn)過后將全部SOE卡件配置到1#DPU。原卡槽留為備用，原1#DPU中的少油點(diǎn)火配置到2#DPU。

圖5 系統(tǒng)配置調(diào)整后SOE歷史記錄

2.2 接地電阻不合格

例如2017年7月某廠DCS機(jī)柜接地電阻測(cè)試中發(fā)現(xiàn)燃油泵房電子設(shè)備間中的燃油泵房遠(yuǎn)程柜接地電阻為2 kΩ而且極為不穩(wěn)定。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程要求的0.5 Ω。檢查機(jī)柜接地端子為正常而且螺栓緊固未發(fā)現(xiàn)異常，無法從安裝缺陷上找到原因，考慮是因?yàn)槿加捅梅颗c灰?guī)旖拥鼐€斷開導(dǎo)致，圖6為原接地施工圖。

圖6 原接地施工圖

燃油泵房與灰?guī)祀娮娱g距離較遠(yuǎn)，為了符合DCS單點(diǎn)接地原則特用16 mm2多股單芯銅線將兩機(jī)柜接在一起并且在灰?guī)爝h(yuǎn)程柜用25 mm2多股單芯銅線接到匯流排。從匯流排用三根50 mm2多股單芯銅線接到主接地網(wǎng)。

16 mm2多股單芯銅線破損和灰?guī)?6 mm2多股單芯銅線破損遠(yuǎn)程柜接地未處理好都可導(dǎo)致燃油機(jī)柜接地電阻不合格。但是如果灰?guī)爝h(yuǎn)程控制柜接地電阻合格，則一定是16 mm2多股單芯銅線破損。經(jīng)測(cè)量灰?guī)爝h(yuǎn)程控制柜接地電阻為0.04 Ω，而且極為穩(wěn)定，則原因一定是16 mm2多股單芯銅線破損。

圖7 新接地施工圖

經(jīng)與電建單位和設(shè)計(jì)院溝通，更改接地方案將燃油機(jī)柜直接接地。但是這不符合DCS單點(diǎn)接地的原則。經(jīng)過查閱相關(guān)資料DCS單點(diǎn)接地是為了防止多點(diǎn)接地形成回路照成干擾，但是本工程燃油泵房與灰?guī)祀娮娱g距離較遠(yuǎn)并且灰?guī)斐炭叵到y(tǒng)與燃油程控多為開關(guān)量控制。所以兩機(jī)柜分別接地不會(huì)對(duì)系統(tǒng)照成安全隱患。新接地施工圖如圖7所示。

電建單位根據(jù)設(shè)計(jì)院修改過后的施工圖拆除燃油泵房機(jī)柜原接地線，加裝匯流排通過三根50 mm2多股單芯銅線接至附近主接地網(wǎng)。經(jīng)測(cè)量接地電阻僅為0.03 Ω，而且極為穩(wěn)定，符合DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程要求。

2.3 電機(jī)線圈溫度保護(hù)易誤動(dòng)

火電廠6 kV電機(jī)線圈溫度保護(hù)易發(fā)生誤動(dòng)，導(dǎo)致誤動(dòng)的原因有兩方面：

1)溫度元件埋在線圈內(nèi)絕緣不良的情況下容易受到干擾。

2)電機(jī)運(yùn)行過程中震動(dòng)大會(huì)導(dǎo)致接線端子接觸不良。

雖然很多廠采取各種措施，例如定期緊固端子排等，但是沒有收到良好的效果。也有很多廠取消電機(jī)線圈溫度保護(hù)，這么做風(fēng)險(xiǎn)很高可能導(dǎo)致電機(jī)燒損。通過研究邏輯算法塊特性并結(jié)合各廠生產(chǎn)運(yùn)行檢修管理制度，改造原來的保護(hù)邏輯推出新的保護(hù)邏輯。原保護(hù)邏輯如圖8所示。

圖8 原保護(hù)邏輯

原保護(hù)邏輯中用HP算法塊作超限保護(hù)，原理是當(dāng)溫度正常時(shí)超過設(shè)定值HP算法塊輸出“1”保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)溫度升速率超過限制HP算法塊，認(rèn)為溫度品質(zhì)壞不輸出。這樣做可以極大限度避免誤動(dòng)，但是溫度元件由壞點(diǎn)變成正常并且以正常速率超過限值時(shí)就會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)。HP算法塊并無品質(zhì)壞報(bào)警，如圖9所示。

在原邏輯上加一路QCA(品質(zhì)判斷)算法塊，當(dāng)溫度元件品質(zhì)壞時(shí)QCA輸出“1”經(jīng)過RS觸發(fā)(SET優(yōu)先)塊和NOT算法塊來屏蔽保護(hù)。當(dāng)元件自動(dòng)恢復(fù)為品質(zhì)好時(shí)，保護(hù)也不會(huì)自動(dòng)投入，必須運(yùn)行人員人工確認(rèn)保護(hù)才可投入。QCA算法塊如圖10所示，改造后保護(hù)邏輯如圖11所示。

圖9 HP算法塊

圖10 QCA算法塊

圖11 改造后保護(hù)邏輯

品質(zhì)監(jiān)視算法(QUALITYCHK)用于監(jiān)視連接輸入端的測(cè)點(diǎn)的品質(zhì)。改造后監(jiān)視畫面如圖12所示。監(jiān)視畫面上做好保護(hù)切除報(bào)警和復(fù)位按鈕。當(dāng)元件品質(zhì)變壞時(shí)畫面上的點(diǎn)會(huì)變成紫色并且保護(hù)切除報(bào)警會(huì)顯示。運(yùn)行人員通知檢修人員就地排除故障后共同確認(rèn)溫度測(cè)點(diǎn)，準(zhǔn)確點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，該點(diǎn)保護(hù)才可重新投入。這樣可以避免測(cè)點(diǎn)的品質(zhì)好壞頻繁變化導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)而且降低了運(yùn)行人員的工作量。電廠可以結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況加入報(bào)警光字牌。

圖12 改造后監(jiān)視畫面

2.4 DCS在卡件斷電情況下的問題

DCS在卡件斷電的情況下無法保證DO及AO輸出保持原狀態(tài)，建議在開關(guān)量控制系統(tǒng)中用脈沖量代替長信號(hào)。調(diào)節(jié)型執(zhí)行器應(yīng)具備斷信號(hào)自鎖功能。

3 結(jié) 論

新建機(jī)組調(diào)試過程中往往只重視邏輯控制方式的優(yōu)化從而忽視DCS本身的性能是否達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)和廠家供貨技術(shù)協(xié)議中的要求。DCS性能測(cè)試可以為新建及改造工程是否達(dá)標(biāo)提供依據(jù)。DCS性能測(cè)試還是一個(gè)發(fā)展中的項(xiàng)目，目前已取得一定的成績和效果，也得到電廠的肯定，但是仍存在與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需求脫節(jié)和部分項(xiàng)目測(cè)試方法不合理等情況，需要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需求與規(guī)范要求進(jìn)一步的研究和完善。

[1] 國家能源局.DLT 659-2016 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程[Z].北京：國家能源局，2016.

[2] 國家能源局西北監(jiān)管局.西北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則[Z].西安：國家能源局西北監(jiān)管局，2015.

[3] 北京國電智深控制技術(shù)有限公司.EDPF-NT PLUS控制算法參考手冊(cè)[G].北京：北京國電智深控制技術(shù)有限公司，2008.

[4] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程[Z].北京：中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)，2004.

[5] 朱小娟，高寵博.INFIT在鐵嶺電廠6#機(jī)組AGC優(yōu)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2017,13(2): 174-178.

DCSPerformanceTestTechnologyApplicationinCoal-firedPowerPlants

WUHao1,GUONan2

(1.AutomationTechnologyDepartment,NanjingPowerEquipmentQualityandPerformanceInspectionCenter,Nanjing210000,JiangsuProvince;2.SchoolofAutomationEngineering,ShenyangInstituteofEngineering,Shenyang110136,LiaoningProvince)

The DCS performance test technology enables users to understand the actual performance of the system and the potential risks comprehensively,so the user can carry out the defective parts replacement,upgrade and other processing according to the test situation. When the technology is applied to the power plant,it can not only avoid the stop or accidents such as RB resulted by the potential problem of DCS in power plant because of the grasping of system performance variation in time but also provide reference for technical improvement and the system upgrading.

DCS;Performance test;System;Potential risks

TP273

A

1673-1603(2017)04-0376-09

(責(zé)任編輯魏靜敏校對(duì)張凱)

2017-08-15

吳 昊(1988-)，男，遼寧營口人，助理工程師。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.04.015