摘要：随着我国经济的发展，DCS在火电厂中得到了广泛的应用。然而DCS在有效提升电厂生产管理水平的同时，也对电厂的机组安全运行产生了一些负面影响，如DCS的失电故障，会导致火电机组的非计划停运。因此，加强对火电厂DCS失电故障原因分析及其应对措施的研究具有重要的意义。本文首先对造成火电厂DCS失电故障的主要原因以及DCS系统失电现象进行了概述，详细探讨了DCS系统失电故障处理措施，旨在保障机组的安全运行。
关键词：火电厂；DCS系统；失电故障；措施
在火电厂机组监测装置中，DCS系统是控制和监测机组工作状态的核心部分，其直观地体现出机组自动化调节水平及其是否稳定、安全地运作。DCS系统主要是在软、硬件结合的方式下实现控制及监测的功能，硬件如操作平台、通信设备等，软件基本上是在计算机、微处理器中执行。在DCS系统中，计算机、微处理器是运算控制调度的中心设备，可通过对其编程以实现对机组监控的操作执行，若系统突然失电，则可能会造成机组异常停运，影响正常供电，更甚者可能会因系统控制操作平台停止运行，使得机组主、辅设备工作紊乱，造成设备损坏等问题。因而，为保障火电厂机组设备的安全、稳定工作，减少经济损失，做好DCS系统失电问题的预防及处理意义非常重大。
1 造成火电厂DCS失电故障的主要原因
火电厂设计年代、建设水平、技术水平以及对机组控制的要求不同，所构筑的机组DCS系统也有很大的差异。从日常运行检修统计分析来看，在我国电厂中服役的DCS系统中的电源控制部分存在的失电隐患大致包括供电方式不合理、逻辑设计不当、技术水平不高等多个方面。
1.1供电方式不合理
合理的供电方式和电源配置是整个DCS系统正常运行的有效保证。由于受建设成本等因素的影响，老式的大型机组的DCS系统在供电方式和电源配置等方面都存在很大的安全隐患。有的机组采用单个UPS电源向两个独立的电源回路提供电源，分别作为火电机组DCS监控系统的工作电源和备用电源。当系统处于正常运行时，DCS系统可以实现工作电源与备用电源的互切。但是当UPS电源出现故障后，DCS内部二次系统将控制回路切换到“备用电源”回路时，依然处于断电状态，从而使得机组的检测和控制系统失电，在二次回路控制下，机组被迫停机，大大降低了机组的运行效率。也有的采用机组间相互共享电源的供电方式，即两台机组共享“工作电源”和“备用电源”，即第一台机组的“工作电源”作为第二台机组的“备用电源”，在这种供电方式下，当某一台机组处于检修或故障停机状态时，另外一台机组的DCS系统就没有“备用电源”，只能在单电源供电的情况下运行，这样就加大了DCS失电事故的发生，降低了机组的运行可靠性。
1.2继电保护逻辑设计不当
机组辅助设备的控制，通常是利用机组DCS控制系统发出“直接命令”完成的，而没有设计合理的闭锁回路。在机组正常运行时，DCS系统会通过“命令”的方式控制辅助设备二次回路，控制燃煤系统、油系统、气系统、水系统等的启动和关闭。当DCS系统发生失电故障时，由于没有设置二次闭锁或备用回路，就不能在有效时间内完成辅助系统的停机工作，导致机组出现输入大于输出的不利现象，造成汽轮机出现飞逸转速、油泵油压过高等不利现象，轻者造成辅助设备损害，重者出现剧烈振动、设备扭曲变形的严重事故。
1.3系统兼容性差
由于厂家技术水平不同、硬件结构、通信协约等的不同，所生产的DCS系统间就会存在明显的设备不兼容状态。在信号的采集、分析判断、操作机构以及报警方式等方面不能很好匹配，造成保护装置某些功能发生失效，不能保障系统的综合检测水平。
1.4部分机组抽汽逆止阀、燃油跳闸阀等设备采用双线圈控制电磁阀，当控制系统失电后，汽轮机则存在超速危险，锅炉不能完全切除燃料；个别新投产的机组磨煤机油泵、空气预热器控制采用长信号控制，一旦DCS失电，将导致磨煤机油泵、空气预热器停止运行，造成设备损坏。
1.5部分老机组无数字式电液控制系统（DEH）功能，汽轮机跳闸系统采用带电动作方式，且无可靠的电源（如直流电源）和电源回路结构，当控制系统失电时手动跳闸按钮无法控制汽轮机，只能就地打闸停止汽轮机运行。
1.6部分机组不满足操作员站及少数重要操作按钮的配置应能在机组各种工况下的操作要求，特别是紧急故障情况下的处理要求。有的机组控制系统没有配置总燃料跳闸（MFT）继电器组。
2 DCS系统失电现象
DCS系统失电后，整个电厂的监视和控制系统将处于瘫痪状态。DCS监控系统失电的主要表现在两个方面。
2.1主电源故障。当DCS主UPS发生故障后，如果没有备用电源，或备用电源不能有效启动时，整个操作员监控站的上位机系统将处于黑屏或死机状态，系统会失去对机组所有主辅设备的监视和控制，导致机组处于孤立运行工况而启动紧急停机回路，造成非计划停机事故的发生。
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2.2辅助设备电源故障。当DCS辅助设备监控系统电源发生故障时，现地单元的监控系统将处于黑屏或死机状态，操作人员不能完成现地操作。但此时可以通过中控室的上位机工程师操作站完成对故障现地单元的监控，若二次回路设备出现故障时，就会失去对故障单元的监控，导致事故的扩大。
3 DCS系统失电故障处理措施
在分析了国内电厂机组DCS电源系统常见的电源故障后，为了提高DCS系统运行的可靠性，需采取相应的改进控制措施提高机组DCS电源系统的运行可靠性。
3.1采用独立电源配置方式
不同机组单独配备独立的UPS电源，不能采用“互为备用”的电源供电方式。设计合理的UPS电源系统检测系统，实时动态的监视DCS工作电源和备用电源系统的工作特性，在工作电源出现故障后，能够快速有效的切换至备用电源中。设计完好的UPS电源检测回路，当UPS电源出现失电故障后，需要通过报警装置及时提醒运行人员进行系统查看，并将失电信号有效供给DCS系统，保证系统能够安全的指导机组停机。为了防止DCS系统发生失电故障，通常采用明备用的电源供电方式，从UPS电源系统DCS电源系统两个方面保证供电的可靠性。UPS由独立的一路电源供电，被配备由安保系统提供的备用电源。机组DCS监控系统分别由两路独立的UPS电源系统供电，并且机组间必须保持相互独立，提高机组的运行灵活性。
3.2在设计DCS内部电源配置时，应采用2种方式：一是2N方式，每个模件柜有2（或4）个电源模件，一半电源模件由主电源供电，另一半电源模件由副电源供电，电源模件输出的直流电源并联，作为I/O模件、主控制器和现场设备的工作电源；二是2路（A、B）交流进线电源互为备用方式，A（B）路电源的主电源为A（B）路交流进线电源，当A（B）路进线电源失去时，切换到B（A）路进线电源供电，当A（B）路进线电源恢复时，切回A（B）路进线电源供电，切换后的A、B2路电源分别提供控制系统一半的电源模件使用，这样即使电源切换不成功，也至少有一半的电源模件能够正常工作，以维持DCS正常运行。
3.3完善对DCS系统的管理
在进行DCS系统管理时，应切实完善系统的运维管理工作，从而能够及时找出系统中存在的安全隐患问题，将故障造成的机组损坏程度降到最低；另外，针对系统中出现的安全故障问题，应根据其造成的后果程度拟定处理顺序，从而降低故障影响；此外，应加强重视DCS系统运维管理的意识，对系统中重要的部分如UPS电源系统、继电保护设备等应定期加以检测和维护，从而从根本上降低系统失电故障的发生率，提高系统的工作效率；最后，为避免DCS系统在进行失电故障处理时因处理不妥而加大损失程度，需制定可靠、正确的反故障处理措施，进行实际验证并不断加以完善。
3.4内部电源冗余设计
为了保证机组DCS监控系统内部具备良好的操作能力，在电源模件容量设计时应预留足够的冗余空间，即系统处于正常运行工况时，电源模块中的一半电源模件供电容量就可以满足电厂整个DCS系统的用电需求，此时另外一半电源模件就处于充电状态，为DCS系统在电源失电或电源间相互切换时提供可靠的电源，保证机组DCS系统的安全可靠运行，提高机组的整体运行效率。
3.5加强设计间配合
在电厂设计中，热工和电气两部分通常是由不同的设计人员完成的，有时会出现两大系统间控制重复、控制漏项、控制矛盾等不利现象。因此在进行设计时，热工和电气两大设计人员应该相互沟通，保证系统整体控制特性，并且通过控制回路的相互制约和补偿，达到整个系统安全可靠的运行。对于辅助设备的控制不能采取“直接命令”的方式，应该采用脉冲信号触发控制模式，实现辅助设备的逐步停机控制，防止设备由于惯性原因出现剧烈振动而导致设备发生损害。
3.6在热工主保护系统配置时，对于采用DCS实现MFT保护的机组，应配置独立的MFT跳闸继电器组。该跳闸继电器组可以采用带电动作或失电动作设计。如果设计为带电动作，应使用由2路不同电源（1路220VAC，110VDC）构成并联回路，即任意回路动作均可停炉，220VAC和直流110VDC2路电源都应有失电报警信号。如果设计为失电动作，则不能使用2路交流电源（交流电源切换时可能造成短暂失电），可使用FSSS公用机柜本身提供的直流电源。MFT跳闸继电器组的输出应不通过DCS，应直接接入就地设备的跳闸回路。ETS采用失电动作设计，危急遮断系统无论是和ETS一体化布置，还是和DEH一体化布置，均应将手动停机按钮输出接入危急遮断回路中与控制系统发出的软件跳闸信号并联。
4 结束语
综上所述，火电厂DCS失电故障原因分析及其应对措施研究对火电厂的正常工作具有重要的作用。因此，必须进一步提高和完善DCS系统失电故障处理措施，这样才能保障DCS系统能稳定、可靠地实现对机组工作状态的控制及监测，提高机组的生产效率。
参考文献：
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[3]王潇，张朝阳.火电厂DCS失电故障原因分析及其应对措施[J].热力发电，2009，（07）：100-101+105.
论文作者:朱振修
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/10
标签：电源论文; 机组论文; 系统论文; 故障论文; 回路论文; 火电厂论文; 方式论文; 《基层建设》2017年第15期论文;