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DCS系统在火力发电厂电气设备中的应用分析

　　【摘要】智能电网的发展对火力发电厂电气设备运行水平提出了更高的要求，本文基于此对火力发电厂的核心系统DCS进行了分析。首先介绍了DCS控制系统的相关概念，此后介绍了DCS系统在火力发电厂的应用，最后分析了DCS系统运行中的常见故障并提出了解决措施。

　　【关键词】DCS系统；火力发电厂；电气设备
　　引言
　　随着智能电网的建设和发展，火力发电厂向着规模化、高效化、复杂化发展，对机组控制系统的自动化水平要求不断提高。分散控制系统（DCS）是控制机组生产运行的核心部分，其可靠稳定的运行直接决定着整个运行机组生产过程的安全、经济稳定运行。
　　一、DCS控制系统的相关概念
　　DCS（Distributed Control Systems，分布式控制系统）是指：通过多个计算机来对火力发电厂生产过程中的多个回路进行控制，并可以进行集中数据管理。DCS系统因此又被称为集散控制系统。DCS系统是火力发电厂机组的核心控制程序之一，它集成了控制（Control）技术、计算机（Computer）技术、通信（Communication）技术、显示（CathodeRay Tube，CRT）技术的多级计算机系统，以通讯网络为纽带实现过程控制和监控控制。
　　二、DCS系统在火力发电厂电气设备中的应用
　　火力发电厂一般规模较大、占地面积广、内部体系庞杂，这些特征决定了对其电气设备的控制应该一方面注重全局调控，另一方面对其本地化问题不断进行响应和处理，实施分散集中控制。DCS系统具有灵活的组态软件、先进的控制算法、高度可靠性和开放的联网能力，完全符合火力发电厂的发展要求，因此近年来逐渐占据了大中型火力发电机组机、炉主控的自动化领域。
　　以DCS在某火力发电厂烟气脱硫控制系统中的应用为例，为确保系统的安全稳定运行，采用了西门子PCS7的DCS系统，该系统基于过程自动化，实现了从传感器、执行器到控制器、上位机的全集成自动化，设置两个操作员站和一个工程师站，对进行烟气脱硫的两套机组进行监控，每套机组的脱硫岛系统中，都设有一个控制站，通过I/O模块采集和输出现场参数。通讯方面，I/O模块通过PROFIBUS现场总线与控制站相连，工程师站、操作员站、控制站通过工业级以太网相连，通过DCS系统能够方面的控制各个参数，有利于提升烟气脱硫的工作效率，降低现场人员的劳动强度。
　　随着DCS技术的不断发展，其硬件和软件特性不断升级，在火力发电厂的各个工艺过程中的应用日益深入。目前，FSSS、DEH、SOE等都可以由DCS组态实现，机炉的整套电气设备均可以处于DCS系统的统一监控之下，大型火力发电厂的机、炉、电一体化控制成为主流趋势。近年来现场总线技术飞速发展，为DCS控制提供了新的发展空间，目前火力发电厂的第四代DCS系统中已经能够支持多种标准的现场总线仪表。
　　三、火力发电厂DCS系统的常见故障和应对措施
　　火力发电厂DCS系统的常见故障主要包括硬件故障、软件故障和人为故障三种，现将其常见故障及其应对措施归纳总结如下：
　　3.1硬件故障
　　火力发电厂运行环境相对复杂，受到高温、高热、粉尘等因素的影响，DCS系统中最常见的多为硬件故障。硬件故障常见的主要有DPU主控单元故障和I/O单元故障。
　　（1）DPU主控单元故障
　　DPU（Distributed Processing Unit，分散处理单元）用于执行工程师组态的控制策略，用来实现系统的离散梯形逻辑控制、连续调节、过程控制算法，还具有数据的采集、变换、告警、记录等功能，是火力发电厂DCS系统的核心软件之一。DPU主控单元故障主要有DPU脱网、初始化程序异常、切换异常等。
　　其中，DPU脱网的可能原因包括元器件严重老化、端子接触不良、主板故障、系统负载率过高等，DPU初始化程序异常的原因多为主DPU与从DPU之间的下位机程序出现问题，或是两者之间的DOC芯片兼容问题导致的。一旦出现DPU主控单元故障，应该立即检查报警日志，并对系统进行检修，及时分析故障原因并排除，对于出现器件老化或主板故障的DPU主控单元，应该立即更换相应的故障器件。
　　（2）I/O单元故障
　　I/O单元是DCS系统的模拟量采集元件，在运行中出现的I/O单元故障可能原因包括通讯线路接触不良、端子板接线虚焊、元器件特性不良、板卡因故损坏等。目前，I/O单元的故障率多与板卡的制造和安装工艺密切相关，因为I/O单元质量不过关导致DCS系统被迫停运的故障屡见不鲜。此外，火力发电厂内部运行环境相对恶劣，空气粉尘较大，I/O单元长期运行于高温环境下，一旦散热环境不佳，也很容易导致I/O单元出现接触不良或元件老化。针对这种情况，火力发电厂I/O单元在进行配置时，应该尽量将重要信号分散配置在不同的板卡上，用于同一个保护或控制系统的信号避免完全集中在一个控制站内，为系统硬件进行充足的容错处理，避免因某一块I/O板卡故障，引发电气设备整体失效，影响整个机组的整体运行。
　　3.2软件故障
　　DCS应用软件故障包括程序存在缺陷、控制模块异常、软件在线下载功能不完善、历史数据记录不全等，根据故障出现的原因，可以分为系统软件故障和应用软件故障两种。其中，系统软件故障主要是程序编写时设计存在缺陷，必须返厂进行整改和升级，应用软件故障主要是某一个具体应用存在待完善环节，可能是应用软件编写者的疏漏，导致图形软件画面与火力发电厂实际情况不符合，设备的位置序列号与软件不对应等。目前，火力发电厂DCS系统软件还处于不断的升级和优化的过程中，有些DCS系统生产厂商为了迎合业主的要求，增加某些新功能或新特性，而经常给系统软件打补丁或升级，软件开发缺乏持续追踪和系统性，可能会给软件安全带来较大隐患。例如，近年来安徽电网中发生的两起火力发电大机组故障，就是由于DCS版本升级后，因系统软件存在缺陷、软件与硬件驱动不匹配、系统容错性差等原因造成的。因此，火力发电厂在进行DCS系统升级和改造时，应该慎重考虑，必须经过严谨的系统验证和技术检测后才能进行，以确保DCS系统的安全稳定。
　　3.3人为故障
　　火力发电厂DCS系统操作内容庞杂、涉及技术多样、对人员素质要求较高，对DCS熟悉使用需要一个逐步深入的过程。在火力发电厂的日常运行和维护过程中，因为对DCS系统特性不熟悉而导致的人为故障也时有发生，这种故障具有一定的偶发性，也容易被发现和解决。在实际工作中，火力发电厂应该经常对在岗人员展开技术培训，尤其是对新上岗员工，要及时进行深入的专项培训，使得员工真正能够熟练掌握DCS系统特性。同时，建立健全相应的管理制度，降低人为误操作导致的DCS系统故障概率。
　　结语
　　DCS系统目前已经在火力发电厂电气设备中得到普遍应用，并处于不断发展和完善的过程中。火力发电是我国最主要的发电形式，伴随国家建设智能电网的进程不断深入，各类火力发电厂将不断兴建和投产，火力发电企业应该不断地引进新技术，完善电气设备的控制，提升DCS系统的应用水平，推动我国电网持续健康发展。
　　参考文献
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