电厂热控DCS控制保护回路误动作原因与应对措施
时间：2023-06-20 18:10:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李辉
（国能宁夏电力有限公司，宁夏 银川 750000）
分布式控制系统（DCS）目前被广泛应用于冶金、电力、石化等领域，主要由监控系统、数据采集系统、模拟量控制系统等组成。将DCS控制保护系统应用于电厂，既能保证电厂机组的安全运行，又能提升电厂的自动化控制水平，大大减轻了工作人员的劳动强度，降低电厂的生产经营成本。但由于DCS是由计算机控制系统、通信单元、I/O卡件、显示单元（CRT）及大量的通信线缆组成，因此极易受到各种主客观因素的影响造成控制回路误动作，影响电厂的稳定运行，提高了安全事故发生的概率。因此，必须加强其抗干扰能力，提高DCS控制系统运行的稳定性，确保电厂生产的安全性和连续性。
1.1 DCS基本原理
DCS系统是现阶段电厂使用的主要控制技术之一，包含控制、显示、通信与计算机4个部分，各子系统之间既相互独立，又协同工作，可根据生产环节的具体要求进行设置，弥补了传统控制系统各部分运行相互独立的缺陷。
1.2 DCS单元机组监控
DCS系统单元机组较多，因此DCS系统必须具有较强的单元监控能力，同时具备一定的管理功能，能够对各单元机组进行有效管理。如：通过对汽轮机历史数据的储存、收集、分析、整理，可提高设备的工作效率。由于当前电厂机组容量不断增大，其参数要求也越来越高，为实现电厂生产的智能化和自动化，必须进一步简化DCS系统功能，在确保电气保护测量准确的基础上，深层次理解信息内容，实现对机组的有效监控。
1.3 DCS控制系统结构
DCS控制系统包括硬件体系结构和软件体系结构。硬件体系结构主要是操作站和现场控制单元，现场控制单元位于生产现场，与控制中心距离较远，由多个监控点构成；
操作站主要记录和显示各控制单元的数据过程，具体设备包含打印设备、储存器、键盘、显示器、主机，具有编程、打印、操作及报警的功能。软件体系结构的基础是实时数据库，具体包含网络通信、控制算法及输出、巡查数据模块，其中实时数据库是软件体系结构的中心，能够共享并处理数据。
电厂热控DCS控制系统内容繁琐，相关操作人员在进行任务的具体操作时，常出现因操作对象差异、操作步骤混乱而导致的误动作，造成电厂生产安全事故[1]。本文在对电厂热控DCS控制保护回路误动作安全事故进行分析时，主要从两个角度探讨：其一，在没有对连锁保护状态进行完全解除时，相关操作人员在对元器件进行检修时所涉及的检测点可能会影响DCS系统，致使热控系统误动作故障，影响发电机组运行，同时在对机构故障进行维修时，操作人员使用的检测系统的信号会对DCS系统控制回路的强电信号造成影响，引发子模件、子板故障。其二，DCS系统日常检修主要针对的是测点、主电机，通常不会经常性地开展全面检查，而DCS系统网络结构现场控制相当复杂，如图1所示，工作人员在具体操作时可能会出现由于检测不完全造成的信号差错，从而导致发电机组瘫痪，最终影响电厂整体经济效益。
图1 DCS系统网络结构图
根据对电厂热控DCS控制保护回路误动作安全事故的分析，DCS控制系统受硬件、软件、人为及外部环境影响，出现热控DCS控制保护回路误动作故障，DCS供电系统常见故障见表1。
表1 DCS供电系统常见故障
3.1 硬件设施故障
在整个电厂热控DCS系统当中，硬件设施为其执行部位，根据所接收工作指令自动运行。在电路接触异常、元器件损坏、电流电压电源标准输出不良的情况下，接收到的工作指令可能存在差错，根据错误工作指令执行的操作会使自身出现故障，影响相关联的监控系统的运行，进而引发驱动效果异常。DCS系统如出现指令信号错误，则硬件在错误信号的指引下，将导致整个控制保护回路发生误动作故障。热工原件出现故障的主要原因是元器件设施质量不合格，当元器件质量不符合试验和测量标准时，就会存在故障隐患，有可能引发DCS系统控制保护回路误动作。
DCS系统的地线、零线、火线、电缆以及电线在长时间的使用下，极易出现保护层破损及老化情况，致使线路暴露，出现因硬件设施故障而导致电线混电的情况，该状况下一旦出现热控误动作，将直接引发火灾，安全隐患极为严重，必须引起重视。
3.2 软件故障
所谓的热控DCS软件故障实际上就是内部逻辑的故障，系统内部逻辑不完善或者内部逻辑出现错误都会导致DCS系统出现误动作。造成逻辑出错的主要原因在于电厂机组在生产调试过程或者在大规模整改之后对发电机组的特性进行了调整，调整后的机组设备与原DCS系统设计的函数曲线及参数控制逻辑不匹配。
3.3 人为操作失误
电厂热控DCS系统具有较高的自动化水平，在硬件设施和相关逻辑数据完善的情况下，人为操作是对系统后续运转状况影响最大的因素，同时也是导致热控误动作的关键因素。电厂操作人员的操作失误主要发生于设备检修养护以及系统操作过程中，具体原因包括操作人员未按照相关规章标准严格执行、工作状态差、专业技术水平不足等，这些原因会造成信号识别错误、DCS系统接线不正确，最终导致控制保护回路误动作。
例如，作为热控管理的主要内容之一，在进行系统保护操作时，相关工作人员需要根据测量信号，具体设置系统的保护功能，但是在实际设置时，工作人员可能会减少程序，没有根据测量信号进行重新设置，而是直接投入保护，导致出现机组投汽机故障，进而引发DCS系统控制保护回路误动作，造成电厂严重经济损失[2]。
3.4 外部环境因素
DCS系统运行外部环境主要影响系统的模拟量和开关量，在外部运行环境的湿度和温度出现剧烈波动、周围粉尘量过高或系统振动过于强烈时，系统具有较大出现拒动作或误动作的可能性。
例如，DCS系统位于强磁环境中，在电导耦合与外部电磁辐射的影响下，系统的设备信号会受到干扰，出现信号错误或信号无法显示的情况。系统设备如出现卡套接触不良、螺丝松动情况，也会影响设备信号。
4.1 严格把控硬件设备质量安全
在采购DCS系统相关硬件设备时，首先要确保相应的采购人员具有一定的专业知识，在进行设备选择时能够对元器件的可靠性、安全性及实用性进行严格把控，在此基础上进行成本控制，达到性价比的最优选择。在进行核心元器件选购时，必须坚持质量第一的原则，坚决不能将价格低廉作为选购标准。同时，要保证各元器件之间的匹配性，保障系统合理运行，防止出现各元器件之间不匹配的情况。在系统运行过程中，应该根据系统自身性能以及系统使用环境，定期对设备进行维护检修，保证设备运行过程中的质量与安全性。针对损害严重的线路，重点关注使用年限及暴露问题，及时进行更换。
4.2 规范电路逻辑参数
热控DCS系统在运行过程中常出现因逻辑问题而导致的信号异常。针对该问题，必须进一步规范电路逻辑参数，保证逻辑的正确性与合理性。在具体进行系统逻辑参数设计时，必须严格遵循机组标准，提升系统容错率，切实降低故障频率。在系统日常运行过程中，要注意对参数的修正，及时对分析数据、控制参数、运行曲线进行更新，确保DCS系统控制保护回路参数和机组性能参数相适应，以此保证机组的稳定运行。在对电路逻辑参数规范的过程中，也可以对元器件系统设施进行逻辑优化，提升热控DCS系统的稳定性，降低元器件设施故障。
4.3 完善DCS电源切换
DCS电源切换相对来说比较复杂，容易出现故障，进而引发电厂热控DCS控制保护系统故障。DCS系统在供电时利用的是两路独立电源，电源的切换利用的是两条冗余电路，因此容易出现设备电源故障。但该类问题在具体生产运行中时常被忽略。一般情况下，电源切换电路包含两个继电路，分别承担负荷，在其中一条出现电压不稳定状况时，可能会引发电源还流问题，导致DCS控制系统供电故障[3]。
针对这类电源切换问题，必须对电路切换形式进行改善。DCS电源供电的切换第一路电源为负载电源，第二路电源为辅助供电电源，在主供电电源无异常时，系统供电的重点是主供电源，该方式可提升电源切换回路的安全性，另一电源负载切换回路按相同原理进行设计，根据具体情况适当调整两路位置。
4.4 提升DCS系统抗干扰能力
提升DCS控制保护系统的抗干扰能力是保障系统稳定运行的基础，同时能够进一步降低故障发生的可能性。在针对其抗干扰能力进行改善时，应将重点放在信号抗干扰、电缆以及系统接地上。针对DCS系统，首先要确定恰当的接地位置，完善接地系统，切实提升系统接地方式。具体进行接地操作时，应选择较大截面的通道线，通常情况下应该选择不超过2 Ω的电阻；
尽可能在距离建筑物15 m的区域进行接地，同时充分考虑强设备和DCS系统接地位置之间距离的合理性，通常应不小于10 m，保证DCS系统具有充足的抗干扰能力。
4.5 加强员工培训
根据电厂热控DCS控制保护回路误动作历史情况可知，导致出现误动作故障的主要原因是人为操作失误，其也是导致电厂经济损失的主要因素。因此，必须重视电厂DCS系统操作人员综合素质的提升。在招聘相关操作人员时，要对招聘指标进行优化，将操作人员的工作经验和专业技术水平作为参考重点，按照岗位的实际操作情况进行岗位需求与职责的设置。针对技术更新问题，要完善电厂一线操作人员的内部培训计划，在操作人员正式上岗前、系统改良时进行岗前培训，严格按照DCS系统操作标准进行教学，明确各个岗位的工作职责，引导操作人员树立责任意识和安全意识，端正工作状态，确保所有上岗员工培训达标。
通过实践可知，电厂热控DCS控制保护回路误动作主要受硬件、软件、人为以及环境因素的影响，电厂可借助把控硬件设备质量安全，规范逻辑参数，优化电源切换与抗干扰能力，加强员工培训与监督检查等操作，切实降低误动作故障发生的可能性。DCS控制系统在发挥优越性的同时还存在一些不足，主要问题为兼容性差。当前各个设备厂家虽然采取了标准的通信方式及通信规约，但在通信协议里也会加入非标参数，由于电厂机、炉、电控制系统要求不同，因此采购的装置及元器件很难做到共享通用，从而造成了资金的浪费。因此，要想DCS控制系统得到广泛应用，必须加强通信协议及元器件的开放性、兼容性，从而更好地发挥其优势。
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