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DCS系统维护的常见问题及处理

2022-09-23李锐

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本文根据DCS系统的故障发生特点,结合实际工作经验,给出了故障防范对策,以供参考。
       为满足不断增加的电力需求,火电厂的装机容量越来越大,相应的设备也越来越多,对这些设备的控制也提出了更高的要求。融合了计算机以及网络技术、过程控制技术等现代信息控制技术的DCS系统操作便捷/运行稳定可靠,维护较方便,成为了火电厂机组运行控制的核心系统。很多火电厂结合实际生产要求,在DCS系统中又纳入了电气控制系统,加上发电机装机容量的增大、热工参数的提高,在控制系统中新的设计及通讯方式被不断引进,让DCS系统的功能更完善,控制的范围更广,对机组运行稳定性的影响越来越大。
       1 DCS系统维护的必要性
       DCS系统是由许多设备及附属零部件、通信网络、软件系统等组成的庞大系统,其组态比较灵活、人机界面友好,在火电厂机组运行中应用比较广泛,尤其是新建火电厂中基本上都采用,之前未应用DCS系统的一些老运行机组也进行了控制系统的改造,应用DCS系统进行控制,发挥其独具优势的控制功能。DCS系统的组成复杂,涉及到的设备众多,在长期运行情况下,会由于环境因素、自身设备质量及长期磨损等导致零部件出现故障,影响系统的稳定运行。控制系统出现问题进而会影响机组的运行,因此需加强对DCS系统的维护。
       导致DCS系统发生故障的因素主要是人为因素(维护不当、安装设计不规范等)、环境因素(高温、潮湿、灰尘、信号干扰等)以及设备因素(设备质量不达标、产品设计不标准等)。通常情况下,由于火电厂对DCS系统的维护比较重视,会定期的对其进行检修维护。在实际运行中发生的故障多为一般性故障,对机组影响较小,但也有较重大的故障发生,会对机组造成严重的后果,虽然发生概率相对较低,但危害程度却很大。因此DCS系统的维护原则是要杜绝大故障发生、减少小故障发生,做到预防为主、检修维护为辅,让其更够平稳运行,减少故障发生率,减少停机次数[1]。
       2 DCS 系统维护的常见硬件、软件问题及处理
       2.1 操作员站故障及处理
       DCS系统操作员站不仅是监控手段,也是指令下达的重要设施。在火电厂机组的实际运行中,运行设备的状况及运行参数都通过操作员站来进行监控。同时运行现场监控人员根据实际的运行要求,结合机组负荷的变化、相关监测参数的变化等来通过操作员站对不同的现场设备下达指令,调整其运行的参数,确保整个系统的运行设备能满足实际运行要求。
       一般每台操作员站是独立的,单一的操作员站出现故障时不会影响机组的运行,只需将操作员站按照操作要求进行重新启动即可。但当多台操作员站出现故障时影响的范围较大,要及时查看是不是还有其它正常工作的操作站,利用正常的操作员站对机组的重要设备及运行参数进行监控,并及时将有故障的操作站进行恢复[2]。处理措施如下:
       要加强现场运行人员的技术培训,提高其紧急事故的处理能力。在实际运行中,要对DCS画面中的系统状态随时查看,看操作站有无离线情况、有无出现网络异常等情况,一旦出现异常要及时维护;单台操作员站出现故障时,通常故障现象为死机、离线等,只需按照正常处理流程进行处理即可。多台操作员站出现故障时,要将重要设备的监控任务交由正常运行的操作站,同时快速排查故障,如果故障短时内排除则可正常运行,如短时内无法排除需根据机组实际运行情况进行应急处理。
       全部操作员站出现故障时,如监视仪表运行正常,要把DEH系统切换至手动控制,通过后备手动操作方式进行。利用监视仪表对机组运行情况进行监视,对转速、振动、液位等重要参数进行实时监视。现场运行人员需根据实际运行情况利用盘台操作按钮进行操作。热控人员要及时排查故障,查看CPU是否正常、I/O卡件运行是不是正常、硬盘或内存有无故障、冷却风扇是不是正常运行、CPU负荷是不是在正常范围内,同时按照运行规程做好停机准备,避免造成不必要的事故[3]。
       2.2 电源故障
       DCS系统的电源采取的双备份冗余方式,当一路电源出现故障时,可自动切换到另一备用电源,确保机组稳定运行。平时只要做好电源的检修工作且确保检修及时,做好电源柜运行情况记录,一般情况下不会出现双路电源都失电情况。发生电源故障的主因是:接线头松动、接线未采取压接的方式或压接不紧导致接线不牢,容易出现接触不良的情况。实际运行中,由于机组是动态运行,不可避免要产生振动,由于长时间振动会导致一些零部件、连接件等出现松动,如连接螺栓松动导致接触不良。在潮湿环境下运行,连接点可能会由于腐蚀而出现接触不良的情况。此外地极和地网断开、热工保护的设备或元件瞬时失电等也会导致电源故障。稳定的电源配置是DCS系统运行的基础,因此需加强对电源的维护,减少电源故障。
        处理措施:电源模块的质量要好,在实际运行中电源故障多是由电源模块质量问题导致,因此要把好电源模块质量关。定期检查电源输出电压,查看是否在正常运行范围。在机组停机检修时,查看电源回路是否正常、接线头是否有松动、线路是否存在老化绝缘不良等情况。利用红外线测温仪测试接线螺栓的温度,查看有无存在接线螺栓温度过高现象。查看电源保险丝容量是不是符合运行要求。查看电源回路的端子排及盘内配线有没有存在接线松动情况。禁止其它用电设备连接在DCS系统电源上,如出现电源故障报警后,要及时进行故障排除,避免单路电源长时间工作。机、炉保护的控制电源一旦出现故障要及时进行更换,防止出现控制器初始化的情况[4]。
       2.3 软件系统故障
       软件故障通常是在DCS系统的调试阶段、软件进行升级进行阶段发生的。DCS系统的应用软件较复杂,无论是调试还是组态都需相关人员配合进行,会涉及到很多人员交叉作业,操作流程重复或沟通不畅会导致系统软件出现错误。软件故障主要是网络通讯忙导致的系统混乱;更换一次元件后变量参数设置与实际运行不符合;主/从CPU组态信息不一致等。
       处理措施:无论是系统软件还是数据库软件,升级、修改、组态等都要严格按照相应的规范进行,完成相应的升级工作后要进行备份,当软件系统发生故障、丢失运行数据时,可将备份数据调取出来进行恢复,在机组调试前要进行完善的方案制定。
        3 故障及处理
        3.1 通信网络故障及处理
        DCS系统网络通信故障主要是分散处理单元初始化、死机等;冗余控制器切换失败;数据通信中断及服务器死机等。导致网络通信故障的主因是:网络通信设备损坏导致网络通信故障;DCS组态不规范导致;一些硬件更换或升级后没有进行相应的驱动程序匹配;运行环境影响,如外界温度过高、电源风扇因故障停止转动导致的电源温度高,供电电源的波动较大等。
       处理措施:网络通信故障多数都与网络通信的负荷率高有关,此外控制器的负荷率高也常会导致通信故障。因此主系统及子系统间的通信负荷率要保证在正常范围内,防止负荷率过高出现网络堵塞现象。在机组检修期间,恢复操作员站及数据站,同时清扫DCS机柜、滤网等。连接主控单元和操作员站的DCS系统要采用双层网络结构,把系统网络和管理网络分开。定期检查系统风道有没有堵塞,通讯接口是不是正常等。定期检查工作环境,查看通风是否良好,避免因运行环境温度高导致零部件出现老化或发生故障。在进行DCS系统故障处理时要严格按照规范流程进行,在对DCS系统进行改造升级前要做好调研工作,并制定完善的升级方案,将相关的安全措施、技术措施等做到位,确保技术改造升级安全有效[5]。
       3.2 DCS系统故障预防策略
       3.2.1 集成、组态要规范
       从DCS系统的常见故障来看,由于人为因素导致的故障比较多,在集成、组态过程中不是完全按照集成的原则和实际机组运行的要求进行的,导致系统在投入运行之后,会由于前期的设计不规范引发一些故障,增加了后期维护的难度。因此,要做好DCS系统的集成、组态工作,确保系统的可靠性。
       电缆的排布要科学合理,电源线和信号线要分开走汇线槽,且采用不同颜色的电线区分接地线和信号线,要保证柜间的配线两端按照规划进行,在布置好电缆及配线后要在电缆上挂上标牌,表明编号、走向,为后续的维护提供便利;柜内要配置温控风扇,用于给设备降温。同时机柜的规格、柜内的空间裕度以及铭牌尺寸等都要符合设计标准。
       合理分配卡件。不同的卡件要承担不同的功能,如控制、逻辑等功能点要在不同的卡件上分配,防止某一点出现故障,导致多点受到影响。在实际运行中,为减少保护误动,可将设备运行与停止的反馈点分配在相同的卡件上。温度、流量等物理参数可设置在同一卡件上,便于后期的维护;组态后的报警方式、物料线颜色等都要进行统一规划,设备的运行状况以及报警的状态都要能够清晰的显示出来。对一些逻辑回路要进行动态的画面显示,包括一些复杂的回路也要进行动态显示,而且还要设置二次确认功能,防止因为运行人员的误操作导致回路故障。所有的开关量都要进行实时记录,为后续的检修维护提供参考[6]。
       3.2.2 安装、调试要标准
       要保证安装环境良好,要有一个温湿度适宜的清洁环境,防止温度高、灰尘多而影响设备的使用寿命。计算机系统附近不要设置大动力的电器设备,功率大的对讲机也禁止在计算机室内使用,确保计算机室内的磁场强度最低。接地要做到接线头压接牢固;连接头要焊牢;螺栓要紧固;地线的布设要合理。电缆的敷设要按照强电、弱电电缆进行分层排放,而且要远离热源和干扰源。端子柜的空间布置要合格,柜内的端子、继电器、风扇的型号以及数量等要按照设计方案进行,不得随意更改设备的数量配置。工作地与安全地不仅要分开,相互之间还要进行绝缘情况的测试。
       安装完毕且经过验收合格后要进行调试。进行调试前要做好DCS的受电工作,检查电源回路绝缘情况;接地电阻是否正常;分路电源开关是不是在断开的位置等。完成受电前的检查工作后再进行受电,进行受电过程中要按照逐系统进行,一个机柜或一个系统进行测试完毕后,再进行下一个机柜或下一系统的测试,避免多系统同时进行测试。如果在受电过程中出现问题要及时停止受电,查明故障源及原因,排除后再继续进行受电测试。测试中易出现模件烧毁的情况,为避免这种情况,在测试前要先将模件的外接线断开,将模件的电源保险松开后插入模件,再送上电源保险,测试完毕后将模件推出。模件进行测试的注意事项:不带电插拔模件;模件进行系统调试后再插入相应的位置[7]。
       综上,火电厂机组的运行控制离不开DCS系统,作为一个复杂的集成控制系统,DCS系统在运行过程中不可避免的要发生故障,影响机组的稳定运行。因此在DCS系统投入前要做好集成、组态、安装及调试工作,减少后期运行过程中故障发生率。在投入运行后,要定期的进行检修,重点排查故障易发部位,及时更换零部件,并做好系统的升级工作,定期检查线路连情况。要做到维护及时,操作规范,消除设备的不安全状态,防患于未然,降低DCS系统的故障发生率。
       参考文献
       [1] 刘鹏亮.浅谈DCS系统维护管理[J].科技视界,2016,2.
       [2] 焦邵华,李娟,等.大型火力发电厂电气控制系统的实现模式[C].全国发电机组节能技术研讨会.中国电机工程学会,云南省电机工程学会,2006.
       [3] 贺光琳,张光新,等.基于Modbus协议的过程监控仪表的设计与实现[J].化工自动化及仪表 ,2007,4.
       [4][1] 高玉峰,胡旭杰,等.开关电源模块并联均流系统的研究[J].电源技术,2011,3.
        [5] 伊洋,刘育权,等.基于信息综合判断的智能变电站网络通信故障定位技术研究[J].电力系统保护与控制,2016,3.
       [6] 王康新.超高压交联电缆排列方式与护层感应电压的分析研究[C].中国科学技术协会2005年学术年会11分会场暨中国电机工程学会2005年学术年会.
       [7] 王岳杰.谈DCS系统安装的一些特点[J].城市建设理论研究:电子版,2012,35.

      来源:《电力设备管理》 2022年第5期
责任编辑:杨培
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