浅析新建机组提高分散控制系统DCS稳定性的措施

冯国强

摘要：随着电厂热工自动控制技术的不断提高，DCS与DEH一体化及全厂DCS控制成为发电厂自动控制技术发展的必然趋势。分散控制系统DCS的安全、可靠与否对于保证机组的安全、稳定运行至关重要。本文从 DCS控制系统硬件配置、设备安装、I/O点设计三个方面着手，结合发电厂建设实际经验，细化分散控制系统配置选型、现场安装、设计配合措施，浅谈发电厂建设过程中如何有效提高分散控制系统DCS稳定性。

关键词：DCS系统;发电厂;稳定性

引言

分散控制系统DCS因具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、运行安全可靠等特点，在国内外电力、石油、化工等生产领域有着广泛应用。特别是国内大型发电机组控制领域，对DCS系统有着很广泛的应用。且近年来，在运行机组升级改造中，全厂DCS系统控制、DCS系统与DEH系统一体化成为主流趋势。随着分散控制系统DCS在发电机组热工自动控制中的广泛应用，DCS的安全、可靠、及时准确与否对于保证机组的安全、稳定运行有着至关重要的影响。所以分析引起DCS系统故障的原因，采取有效的办法提高DCS系统稳定性，使电厂生产系统更安全、更可靠，是发电厂热工自动控制的重要研究方向。

一、各大品牌DCS系统在国内发电厂行业应用情况

目前，应用于国内发电厂行业的DCS系统有很多，如进口品牌ABB、西门子、艾默生等;国产品牌有国电智深、和利时、浙江中控、南京科远等。

纵观国内近二十几年的发电厂行业，前十几年的大型发电机组，如660WM、1000MW的大型发电机组热工自动控制几乎全部依靠进口品牌DCS系统。核心技术脱胎于进口企业的国产品牌DCS系统只能在小型自备电厂、小型化工企业、供热机组等设备相对单一、控制要求较低的行业摸索。随着国产技术越来越发达，自主研发系统越来越成熟，自主品牌对国外技术依赖度越来越低。且国内发电厂对热工自动控制技术安全性、自主性越来越重视，各国产品牌在发电厂新建机组、改造机组中应用业绩逐步增多，DCS系统国产化也逐渐成为趋势。

二、在使用中影响DCS系统稳定运行的因素

每个厂家的DCS系统都有其各自的特点，在发电厂应用领域硬件配置、运行要求等方面都有不同的要求。但经过国内发电厂几十年运用经验，除却DCS系统软件本身技术的限制，还可从以下三个方面着手解决影响DCS系统在使用过程中稳定运行的因素：

（1）DCS系统硬件配置问题。这类型问题主要包括系统网络配置、电源配置、控制器配置、控制器负荷率等问题。

（2）设备安装问题。这类问题主要包括DCS系统运行环境、DCS系统接地及接线问题等。

（3）I/O点设计、分配问题。这类问题主要考虑点位冗余配置、节点类型问题等。

三、提高DCS系统运行稳定性的措施

1.提高DCS系统硬件配置水平。

提高DCS系统硬件配置水平主要可以从冗余配置、重要网络域独立、控制器负荷率几个方面考虑。

1.1在DCS系统硬件配置中，要求网络冗余、电源冗余以及控制器冗余配置是最基本的DCS系统硬件配置原则。通讯线缆、交换机的双重冗余最大可能减少通讯故障，提供双路UPS电源且DCS系统自带双电源切换装置，保证在运行中，系统不失电。

1.2重要网络域独立。为了避免某个子系统的故障扩大化，我们可以将全厂按照功能以及设备分布区域划分成不同的网络域，如化水域、输煤域、除灰渣域、烟气净化域、锅炉域、汽机域等等，然后化水、输煤、除灰渣、烟气净化又可以全部纳入辅助控制系统，锅炉、汽机、主机公用部分又可以纳入主机控制部分，最终集控室内又可设置访问全厂的全功能站，分域管理、分级管理、单向访问，细化操作员职责同时又能避免故障扩大。

1.3控制每对控制器负荷率。根据各厂家DCS系统DPU负荷量以及机柜卡件容量来看，每只机柜I/O点容量在250点以内，每对DPU控制在500点以内，DPU才能更高效的工作。同时对于标准的800×600×2200（宽X深X高，mm）机柜来说，250点以内才能保证机柜内卡件的合理分布以及线缆布线的工艺美观度。

2.合理规范化进行DCS系统安装接线。

2.1DCS系统安装对于电子间环境有较高的要求。DCS系统运行要求电子间的温湿度适宜、同时要注意安装在防尘、防静电、震动较小的房间内，同时DCS系统机柜及布线要避免接近380V以上线缆及盘柜。尤其对于输煤系统的远程I/O柜，一定要注意做好封堵，避免煤粉污染卡件，造成卡件故障。

2.2按要求进行DCS系统接地。DCS系统接地要从DCS机柜接地以及信号接地两方面考虑。DCS系统要按要求设置独立的接地点，接入电气一次接地网的接入点要至少与大功率电机接地间隔50m以上;同时要注意DCS系统接地线缆的线芯截面积以及接地汇聚铜牌的尺寸大小。信号接地要按强条实施，注意单点接地以及接地线连续性。

2.3信号线接线需在注意工艺美观度的基础上保证安全、准确、牢固。在接线过程中，因先接柜侧、就地线芯裸露接触电源而烧毁卡件的事故时有发生。曾经在某660MW机组电厂整套启动调试时，也曾发生重要信号柜内线芯松动导致跳机事故。

3.I/O点设计、分配需从提高系统运行可靠性出发。

3.1重要保护信号I/O点要考虑独立取源、多重冗余配置，如主蒸汽压力、温度信号，我们通常会考虑各取三个独立的测点，且电缆也考虑单根电缆，重要信号进行“三取二”判断。

3.2重要信号以及互为备用的设备相关I/O 点需尽量考虑分布在不同的控制器及不同的I/O 模块下，避免故障扩大化。

3.3重要开关量信号需根据实际情况考虑节点类型。如电气设备分合闸信号，可以根据情况考虑常开节点控制，避免继电器长期吸合烧毁继电器导致误动。

结语

总的来说，随着我国电厂热力自动控制技术的不断发展，对DCS系统运用水平的不断提高，电厂的生产运行逐渐变得更加安全和稳定。但在享受DCS系统降低成本提高自动化管控水平的同时，也要警醒DCS系统的一个小故障就有可能造成非计划停机、设备损坏等后果，给发电企业造成不应有的损失。在新建机组或DCS系统改造中，一切从零开始，我们可以花费更小的代价规避掉故障发生的可能。要善于收集资料，进行总结分析，吸取教训，在DCS系统的设计、施工、调试过程中采取措施提高发电厂DCS系統的安全可靠性。

参考文献：

[1]祖博. DCS系统可靠性与抗干扰性的提升策略[J]. 电子技术与软件工程，2017，17（No.115）：111-111.

[2]袁博. 提升电厂DCS系统可靠性与抗干扰性的措施[J]. 黑龙江科技信息，2015.

[3]郭文秀. 电厂自动控制之DCS系统可靠性分析与研究[J]. 信息周刊，2020，000（010）：P.1-1.

[4]刘燕江，万登红，王勇. DCS电源系统可靠性分析及优化[J]. 自动化仪表，2020，041（001）：72-76.