淺談DCS在火力發(fā)電應用中存在的問(wèn)題及解決對策
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分散控制系統（DCS）于上世紀七十年代問(wèn)世，經(jīng)過(guò)三十年的應用、發(fā)展和完善，在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域占據了舉足輕重的地位。我國自上世紀八十年代中后期在成套引進(jìn)發(fā)電機組上應用DCS以來(lái)，絕大多數發(fā)電企業(yè)尤其是大機組的生產(chǎn)過(guò)程控制，均采用了各型進(jìn)口或國產(chǎn)DCS，為電力生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟運行作出了很大貢獻。
1 存在問(wèn)題和解決方法
雖然DCS采用先進(jìn)技術(shù)，功能強大，但實(shí)際應用中，包括設計、安裝、操作、管理和維護等環(huán)節，還存在諸多問(wèn)題。
資料顯示，由于DCS（包括DEH）原因引起熱控保護誤動(dòng)而造成的機組跳閘在全部熱控保護誤動(dòng)中占很大比例，且隨著(zhù)DCS大量應用有逐漸增長(cháng)之勢。如我省100 MW以上機組2001年共發(fā)生熱控保護誤動(dòng)41次，其中DCS原因為19次，占熱控保護誤動(dòng)總數的46.3％；2002年在統計的24次熱控保護誤動(dòng)造成機組跳閘中，DCS原因為13次，占熱控保護誤動(dòng)總數的54.2%；2003年在統計的44次熱控保護誤動(dòng)造成機組跳閘中，DCS原因為25次，占熱控保護誤動(dòng)總數的56.8%。
當前電力供應緊張，分析并解決DCS在應用中出現的各種問(wèn)題對于保障機組安全、經(jīng)濟運行尤為重要。以下結合實(shí)例試進(jìn)行探討，希望能提供有益的借鑒。
1．1 DCS本身原因
1．1．1 早些投產(chǎn)而沒(méi)有經(jīng)過(guò)升級改造的DCS功能不完善，有些DCS供應商或協(xié)作商或被兼并，或某型號停產(chǎn)而無(wú)法繼續提供備件，造成DCS個(gè)別設備不可控或局部失效，這種情況必須進(jìn)行系統升級或進(jìn)行技術(shù)改造。
1．1．2 DCS設備（包括配套設備）存在質(zhì)量問(wèn)題。
1．1．2．1 硬件質(zhì)量問(wèn)題
某300MW機組，正常運行中發(fā)電機出口開(kāi)關(guān)、勵磁開(kāi)關(guān)跳閘，“調節器A柜退出運行”、“調節器B柜退出運行”報警信號發(fā)出，機組解列。對ECS檢查試驗，發(fā)現控制A、B柜調節器的主控制器離線(xiàn)，與之冗余的控制器重啟。分析發(fā)現控制器主板晶振存在問(wèn)題，聯(lián)系制造廠(chǎng)予以全部免費更換。
要重視DCS的FAT工廠(chǎng)測試，派有經(jīng)驗的技術(shù)人員參與DCS出廠(chǎng)的性能測試和驗收，爭取及早發(fā)現并解決問(wèn)題，盡量避免在運行中發(fā)生問(wèn)題。
再如某300MW機組，運行中所有磨煤機跳閘，MFT動(dòng)作，機組跳閘。分析發(fā)現故障原因是DCS選用集線(xiàn)器上的總通訊板故障，導致與其通信的所有控制器同時(shí)切換至備用。切換過(guò)程中，FSSS功能三個(gè)控制器誤發(fā)磨煤機跳閘信號，后用CISCO集線(xiàn)器更換。
對于DCS供應商在配套設備上的選型應提出要求或者規定產(chǎn)品型號，避免采用即將淘汰或非主流產(chǎn)品。
1．1．2．2 軟件問(wèn)題
軟件故障一般較難發(fā)現，但軟件引起的問(wèn)題如果不能及時(shí)發(fā)現，不僅會(huì )影響系統的工作，甚至會(huì )導致系統的癱瘓。
某350MW機組，正常運行時(shí)9個(gè)控制器依次發(fā)NTP報警，在此后的七個(gè)半小時(shí)內，相繼因控制器離線(xiàn)造成三臺磨煤機跳閘和一臺引風(fēng)機動(dòng)葉關(guān)閉。經(jīng)分析，是系統時(shí)鐘偏差積累到一定程度后導致主、備時(shí)鐘不同步，引起系統時(shí)鐘紊亂，最終導致控制器離線(xiàn)，從而導致整個(gè)控制系統癱瘓。找制造商將軟件升級后正常。
某200MW機組DCS采用UNIX操作系統，每臺操作員站運行一段時(shí)間后都會(huì )發(fā)生因資源耗盡而死機，必須定期檢查系統資源，定期重啟操作員站主機，影響機組正常運行。檢查發(fā)現內存資源計數器不能自行復位，由DCS供應商為升級應用程序后正常。
任何軟件即使經(jīng)過(guò)測試也非常有可能存在各種BUG，據統計,初次編出的軟件平均每100-4000條指令就會(huì )出現一個(gè)錯誤，這些錯誤需要在調試、試運,甚至到運行時(shí)才能陸續被發(fā)現和改正。在平時(shí)的運行維護中，要仔細檢查記錄并分析DCS相關(guān)的各種異常和缺陷，發(fā)現與軟件相關(guān)的問(wèn)題后立即與供應商取得聯(lián)系，將情況反饋并加以解決。
1．2 安裝原因
DCS進(jìn)行安裝時(shí)沒(méi)有嚴格按規程要求進(jìn)行，技術(shù)上有漏洞，特別是系統接地、電纜（信號電纜和通訊電纜）敷設方面。
1．2．1 系統接地不好造成設備損壞
某熱電廠(chǎng)DCS在6月投用，夏季兩次由于打雷損壞數塊I/O模件端子板。檢查電源系統均正常，后測量DCS接地電阻，發(fā)現比調試時(shí)的記錄數據大很多，再檢查發(fā)現DCS接地至電氣接地網(wǎng)的接線(xiàn)螺絲由于安裝問(wèn)題造成松動(dòng)，處理后正常。
要重視安裝驗收評審工作，在按要求完成各項安裝指標測試和驗評的同時(shí)，作好技術(shù)數據的記錄、整理、歸檔便于以后分析對比。在目前用電緊張的情況下，很多項目在趕進(jìn)度，更要抓好安裝質(zhì)量。
1．2．2 電纜引入干擾
某200MW機組鍋爐采用煤粉濃度作為熱量調節反饋信號，DCS改造后發(fā)現煤粉濃度信號有高頻干擾，造成給粉機自動(dòng)調節不穩定，影響機組安全經(jīng)濟運行。經(jīng)檢查發(fā)現煤粉溫度熱電偶補償導線(xiàn)沒(méi)有使用屏蔽電纜，且與給粉機變頻器電纜并行。后在小修中使用數采裝置集中采集，用數字通訊方式通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)傳輸信號，改變走向，徹底消除了干擾。
很多機組控制系統是改造為DCS的，對DCS出現的異常情況應全面分析，不能忽視外圍設備的影響。
1．3 DCS設計應用原因
1．3．1 由于歷史原因，某些系統設計僅用來(lái)替代常規儀表，資金投入少，難以發(fā)揮DCS技術(shù)優(yōu)勢，使機組安全性水平不高。
某200MW機組DCS改造時(shí)因節約資金選用現場(chǎng)I/O，鍋爐所有閥門(mén)電動(dòng)裝置接至遠程I/O柜。由于一味考慮成本，結果選用的遠程I/O無(wú)法實(shí)現主控制器故障冗余切換，使得鍋爐電動(dòng)閥門(mén)在單個(gè)控制器故障或控制器切換時(shí)無(wú)法操作，存在較大安全隱患，必須花更多的資金來(lái)改造。
在選擇DCS時(shí)，不但要考察DCS軟硬件技術(shù)水平的先進(jìn)性，更要考察系統配置的可靠性，努力使其滿(mǎn)足機組安全運行的條件。
1．3．2 對DCS不熟悉造成設計配置上的不合理
如后備手操，一般DCS后備手操的配置有以下幾種（見(jiàn)圖1 ）：
?。?） 在操作員站上進(jìn)行手動(dòng)操作，要求操作員站、通信接口、主控制器、I/O模件都正常，具有一定的局限性。
?。?） 用后備手操通過(guò)I/O模件進(jìn)行操作，所經(jīng)過(guò)的環(huán)節較少，但仍然要求I/O模件正常工作。
?。?） 用后備手操直接操作，后備手操直接輸出信號去控制執行機構，即使I/O模件發(fā)生故障仍然可以操作。
第1種為軟手操，第3種為硬手操，而2種介于兩種手操之間。重要設備應考慮后備硬手操，保證在DCS癱瘓時(shí)也能進(jìn)行正常操作，必須采用第3種方式，但很多電廠(chǎng)采用第2種方式，并不可靠。
此外，有些DCS工程技術(shù)人員在系統配置，I/O分配以及邏輯組態(tài)時(shí)，沒(méi)有合理規劃，造成控制器、網(wǎng)、操作員站負荷率較高，在運行中發(fā)生通信堵塞而影響機組安全生產(chǎn)。
1．3．3 設計過(guò)于粗放，不切合實(shí)際，不能適應新的電力生產(chǎn)形勢要求，甚至影響機組可靠性和經(jīng)濟性。
很多機組DCS的軟件組態(tài)包括聯(lián)鎖保護邏輯、順控邏輯以及自動(dòng)控制策略照貓畫(huà)虎，生搬硬抄。由于設備情況、人員配置、運行方式等方面的差異，往往需要結合實(shí)際情況對控制思想和組態(tài)進(jìn)行修改和優(yōu)化。這種情況在采用進(jìn)口DCS對國產(chǎn)機組改造時(shí)較為突出。目前DCS設計特別是機組的監控邏輯一般由DCS供應商來(lái)完成，技術(shù)上更要嚴格把關(guān)。
1．3．3．1 機組保護邏輯設計組態(tài)存在隱患
某300MW機組運行帶70%ECR負荷，由于爐內燃燒工況不穩定運行人員點(diǎn)油槍助燃，使爐膛壓力高Ⅲ值引起MFT動(dòng)作，機組跳閘。從現象初看為操作不當，但分析顯示：燃燒不穩時(shí)有一臺磨煤機出現“層無(wú)火”而一直沒(méi)有跳閘，隨后另兩臺磨煤機也同時(shí)出現了嚴重燃燒不穩“層無(wú)火”現象，且都沒(méi)有跳閘，使得爐膛在燃燒微弱情況下大量燃燒物聚集。當投入油槍?zhuān)⒓匆疱仩t爆燃，造成爐膛壓力高Ⅲ值MFT動(dòng)作。
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