火電廠DCS性能考核試驗與可靠性分析

一、存在問題    隨著計算機控制技術的快速發(fā)展，DCS的人機接口頻繁更新，控制器不斷升級，使許多機組投產(chǎn)不久就面臨控制系統(tǒng)的升級與改造。改造后的DCS具有靈活的人機界面功能和強大的數(shù)據(jù)儲存與處理能力，大大提高了控制系統(tǒng)分析效率，同時也存在一些需要完善之處。 1.l DCS覆蓋范圍增大與設備配置縮減    隨著DCS在火電機組控制中應用的逐步成熟，125MW以上機組在基建與改造中已普遍采用了DCS。近年來，DCS控制功能的覆蓋范圍不斷增大，由最初的模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)等基本功能擴展到電氣控制系統(tǒng)(ECS)、旁路控制系統(tǒng)(BPC)、吹灰程控，以及數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)、給水泵汽輪機電液控制系統(tǒng)(MEH)、脫硫控制、外圍輔助控制等的一體化控制，范圍幾乎包括了電廠的所有設備。目前，大多數(shù)機組控制系統(tǒng)除保留少量用于緊急停機、停爐的后備手動操作按鈕外，所有控制、保護和監(jiān)視功能全部集于DCS,DCS的安全性和可靠性對機組的安全運行起到了越來越重要的作用。但是，隨著市場競爭的加劇，為了降低成本，DCS制造商不斷縮減設備配置，將系統(tǒng)優(yōu)化的空間幾乎擠壓殆盡，導致DCS性能下降。 1.2 控制器能力的增強使故障風險集中    在目前采用的DCS招標技術規(guī)范中僅對I/0模件的分散配置做了詳細規(guī)定，而對于控制器的配置，除了對負荷率有具體要求外，僅籠統(tǒng)地規(guī)定應遵循功能分散和物理分散的原則。隨著CPU芯片主頻的提高，使得DCS控制處理能力不斷加強，DCS制造商以滿足負荷率為標準，減少控制器數(shù)量來取得價格的競爭力，結果造成DCS控制分散性下降，使故障風險集中，嚴重影響了系統(tǒng)整體的安全性和可靠性。有些DCS雖然通過硬件升級滿足了負荷率的要求，但控制軟件并無太大變化，無法實現(xiàn)復雜的控制功能，降低了系統(tǒng)的總體性能。 1.3 新控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性    由于廣泛采用市場化產(chǎn)品降低成本，使DCS總體工藝水平較低，存在許多故障隱患。部分國產(chǎn)DCS的 網(wǎng)絡故障率很高，造成控制系統(tǒng)死機的情況越來越頻繁;有些DCS甚至無法實現(xiàn)正常的在線下載功能等，致使在運行階段不斷對DCS功能進行升級、開發(fā)和完善，嚴重影響了機組的安全運行與正常維護。 1.4 基建工期壓縮使控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能下降    由于電力緊缺使電廠建設工期不斷壓縮，使控制系統(tǒng)調(diào)試時間減少，造成控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能普遍呈下降趨勢。以某火電廠60OMW進口機組為例，在對主要自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的考核試驗中，共獲取測試數(shù)據(jù)143項，試驗合格率為51.75%。目前國內(nèi)采用的DCS技術規(guī)范中，對控制系統(tǒng)性能考核試驗并未考慮對調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能指標的考核，因此失去了對DCS性能要求的一個約束手段，而控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能對于機組的長期穩(wěn)定運行起著至關重要的作用。 二、性能考核試驗的內(nèi)容與要求    DCS性能考核試驗是基建機組移交商業(yè)運行前的最終性能測試。目前國內(nèi)對DCS的最終性能考核試驗僅規(guī)定了現(xiàn)場可利用率試驗(SAT)，而對于DCS一些具體的性能保證如何進行測試和考核末做要求。因此，應對DCS考核試驗內(nèi)容進行以下完善。 2.1 基本性能與功能    DCS的基本性能參數(shù)應滿足其可維護性和容錯能力正常的要求。雖然有些項目在DCS驗收試驗時已做過測試，但機組在調(diào)試過程中，其軟、硬件系統(tǒng)均有所變化。有些系統(tǒng)功能的性能測試要利用機組停機時進行，而在機組運行時性能指標要求更高。    DCS基本性能試驗應主要包括系統(tǒng)實時性(包括畫面調(diào)用時間、參數(shù)刷新時間、操作指令響應時間、信號掃描周期等)、模擬量通道精度、SOE點的分辨率、歷史站容量與采集周期、抗干擾能力、系統(tǒng)容錯能力(包括網(wǎng)絡局部中斷或控制器各類故障下的系統(tǒng)自愈能力、非法輸入的容錯能力、設備斷電的正?；謴湍芰Φ?、系統(tǒng)時間同步精度、控制器負荷率與裕量、網(wǎng)絡通訊負荷率及系統(tǒng)電源裕量等測試。    DCS基本功能試驗應包括對系統(tǒng)完整性的檢查和對用戶要求的功能的確認，一般為控制系統(tǒng)軟件和硬件完整性、I/0點接入率和完好率、系統(tǒng)失電與通電情況、人機接口標準應用功能、SOE與報表打印功能、模件的軟件和硬件工作情況等檢查，以及機組監(jiān)視和操作及報警功能、系統(tǒng)組態(tài)與在線下載功能、I/0通道和模件及網(wǎng)絡的自診斷功能、輸出通道自保持功能、系統(tǒng)可維護性功能(包括控制器與網(wǎng)絡設備的冗余切換、帶電插拔模件、控制裝置與通訊系統(tǒng)的典型故障排除等)、DCS全部失電和部分失電的系統(tǒng)響應、電源切換功能等試驗。 2.2 調(diào)節(jié)品質(zhì)    通過不同負荷變化速率下的負荷擾動試驗，獲得機組各項主要控制參數(shù)的穩(wěn)定情況和控制偏差，并與要求的性能指標進行比較。常規(guī)機組的典型試驗包括主蒸汽壓力、爐膛壓力、風煤比率(以煙氣含氧量反映)、磨煤機出口溫度、汽包水位、過熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度等自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其試驗應在不同的負荷區(qū)間分別進行，試驗范圍應覆蓋到控制系統(tǒng)可自動調(diào)節(jié)的每個負荷段。 2.3 現(xiàn)場可利用率    DCS的可利用率表明了一個可恢復特性的裝置或系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成其規(guī)定功能的概率。通過可利用率試驗，驗證機組DCS連續(xù)可靠運行能力。試驗期間的可利用率一般規(guī)定不低于99.9%，試驗時間為90天，如末達到要求，則可以90天的周期順延，但總時間應限制在250個連續(xù)日內(nèi)。若試驗結果連續(xù)3次不合格，則認為該項試驗末通過。DCS現(xiàn)場可利用率試驗結果應依據(jù)試驗期間的事件記錄，以約定的計算規(guī)則和權重系數(shù)進行折算后產(chǎn)生，最終確定 DCS達到規(guī)定的現(xiàn)場可利用率指標。 三、常見故障    據(jù)相關統(tǒng)計顯示，2000~2005年間某省網(wǎng)屬各電廠因DCS各類軟、硬件故障引起的設備二類以上障礙共41起，占同期二類障礙以上設備異動總數(shù)的30.1%，是機組非計劃停運的主要原因之一。其中，DCS控制器或I/0模件故障造成機組跳閘13次，設備異動10次;DCS電源故障或備用容量不足造成機組跳閘5次;DCS軟件故障或控制邏輯錯誤造成機組跳閘3次，設備異動1次;調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)劣化且運行干預不當造成機組跳閘2次;操作員站服務器死機手動MFT2次;通訊故障或信號干擾造成機組跳閘3次，設備異動2次。以上各類典型故障均與DCS性能考核試驗的測試內(nèi)容密切相關，嚴格考核將有利于促進制造商從系統(tǒng)整體考慮來提高DCS的性能與設備的可靠性。 四、通過性能考核試驗提高 DCS可靠性    (1)現(xiàn)場可利用率試驗方法與原則對不同配置水平的系統(tǒng)普遍適用，可以從試驗結果考察系統(tǒng)的綜合故障時間與正常利用率。由于控制系統(tǒng)考核試驗時間較短，可結合基本性能與功能試驗和調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能品質(zhì)試驗對具體的DCS性能進行考核，以降低試驗結果的偶然性。    (2)性能考?？纱龠M控制系統(tǒng)技術發(fā)展，同時利用科學嚴格的考核指標抑制縮減配置的競爭，保證控制系統(tǒng)的高可靠性能。    (3)進一步充實與完善性能考核試驗的內(nèi)容，對涉及到系統(tǒng)安全和可靠性的分散度、獨立性和完整性制定可操作的性能考核指標。    (4)對于末經(jīng)過長期應用考驗的新的或整體換代的DCS，嚴格的性能考核試驗是對其技術均衡發(fā)展的制約與調(diào)節(jié)手段，可起到正確的引導與促進作用。    (5)為提高DCS的整體可靠性，不僅在基建機組中應嚴格進行性能考核試驗，對于大修后的運行機組也可參照DCS基本性能與功能試驗的要求其性能進行評估與考核。 五、結語    火電廠機組安全、穩(wěn)定運行，DCS的可靠性是關鍵。DCS從控制功能的完善到實際應用需要經(jīng)過應用、反饋、改進、應用的多次循環(huán)的考驗過程，并通過其系統(tǒng)性能考核試驗的指標，確定系統(tǒng)的投入應用。 DCS性能考核試驗是提高DCS性能，確保其長周期、可靠運行和避免商業(yè)化造成系統(tǒng)性能下降的一種手段，需要隨著DCS控制技術的發(fā)展不斷地探索、研究和完善其試驗內(nèi)容，使DCS性能考核試驗更加有效。