DCS故障分析及技术措施

一、概述
镇海电厂＃3-＃6215MW机组从1998年开始进行自动化改造，选用国产的DCS系统，2007年起各台机组陆续进行升级改造，目前已完成三台机组的升级工作。镇海电厂DCS的网络结构由上到下分为监控网络、系统网络和控制网络三个层次，如图1所示。其中监控网络中的工程师站、操作员站。
高级计算站等和系统网络中的现场控制站。

通过系统服务器实现互连；控制网络由ProfiBus-DP构成，实现现场控制站与过程I/O单元的通讯。该系统可由多组服务器组成，由此可将系统划分为多个域。镇海电厂215MW机组的DCS均划分为两个域，即主机域和辅机域。每个域由独立的服务器、系统网络和多个现场控制站组成，域内的数据单独组态和管理，完成相对独立的采集和控制功能；两个域共享监控网络和工程师站，操作员站等则通过域名登录到不同的域进行操作。
镇海电厂DCS系统在升级改造前故障率相对较高，经过对历年来故障统计的分析，主要故障有主控制器故障、I/O模件故障、服务器故障、控制网络故障和其它因素等引起，以2006年度为例，#3-＃6机组共发生DCS相关故障39起，其中主控制器故障13起，模件故障8起，占故障总数的53.8%，因此控制系统故障是热工系统故障的主要因素，其分类统计情况，如图2所示。

二、DCS故障现象及其分析
根据上述DCS系统所发生的主要故障发生类型，下面对镇海电厂近年来应用DCS过程中比较典型的软、硬件故障进行分析。
2.1主控制器故障
主控制器故障在镇海电厂DCS故障中占有较大比例，而且引起主控制器故障的原因也各不相同，部分故障在单纯复位或重新启动后能够恢复正常，部分故障则对机组运行产生了严重影响。
(l)异常控制器不能自动切换
2009年8月31日，现场检查时发现＃5机＃11 I/O站和＃26 I/O站主控器故障，均为A主控故障灯闪亮，双机冗余通讯灯不亮，B主控备用。从工程师站上查看，主控制器显示A主控为主，B主控备用，状态显示正常；查阅DCS历史记录，无相关故障记录；相关I/O站内各参数采集、控制设备动作均正常。经分析，认为主控制器当前仍正常运行，但双机冗余的同步性存在问题，如果这时发生主控切换将会出现较大扰动。而在这之前异常控制器不能冗余切换故障已发生过多次，如＃3炉DCS系统曾发生一次风压自动调节偏差大于36OPa时，运行人员手动干预操作送风机勺管调节执行机构无效，急忙至就地进行手操。热工通过工程师站，检查对应的＃12 I/O站，发现A主控离线，B主控备用，在I/O站上查看A主控系统灯1和系统灯2均不亮，故障灯未亮，表明该主控已失去与系统网的数据交流，但主控未实现冗余切换。另＃3炉＃23 I/O站也曾发生过A主控故障离线，故障灯与双机冗余数据交换灯均不亮，主控制器未自动切换。这些故障案例表明，MACS系统主控制器冗余切换功能不完善，某种故障状态下该功能失效。
(2)散热风扇故障导致主控制器故障
主控制器内的散热风扇如果故障，将使主控制器故障率大大增加。自2005年以来，镇海电厂统计的因主控制器内散热风扇异产常导致的主控制器故障共计13次(这类故障的主控制器内散热风扇均有一个或几个运转不正常或完全不运转，一般在更换散热风扇后仍能恢复正常运行)。
(3)电子室环境对主控制器的影响
电子室内的温、湿度对主控制器有一定影响，强制散热的主控制器影响更大。温、湿度过高不一定使主控制器立即发生故障，但长期处于这种环境下必定会使主控制器故障率增高，而且从我们的统计来看，湿度的影响比温度的影响更大。根据2005年以来的统计，每年3-6月份的主控制器故障次数约占到全年总数的1/3到一半多，这段时期正值南方湿热的雨季，中央空调往往会补充大量的新风，电子室内湿度会有所增大。这种情况下发生的主控制器异常，一般均通过复位或重新启动后可以恢复，只有个别需要更换新的主控制器。
2.2模件故障
与主控制器故障相比，模件故障相对容易解决，一般通过模件复位和更换模件就能恢复正常。但有些故障由于受其它因素影响，比较特别。
(l)外部千扰引起I/O模件离线
2007年1月，#5机组按计划转入小修。停机过程中，运行人员投微油点火装置助燃，不久发生用于微油燃烧器壁温测量的热电偶测量模件故障，微油燃烧器壁温显示无效。热工人员对模件复位后恢复正常。之后在小修和开机过程中多次发生该模件故障，均能够通过复位得以解决，期间也更换过模件，但故障依旧。机组复役后该模件运行稳定，直至3月4日再次发生该模件故障。经现场检查，接入该模件的二支热电偶元件安装位置与微油点火枪距离过近，当微油点火枪点火时高能电磁干扰通过电缆串入模件中，造成模件离线，并在试验后得到确认。在调整热电偶与点火枪的安装位置后，此故障排除。
(2)单一通道的故障
模件故障有硬性和软性二种，需通过更换模件来解决的我们称之为硬性故障，而通过对模件进行复位可以解决的故障，我们称之为软故障，这种故障也有可能只反映在其中的某一个通道上，可以通过实际测量来判定。如2007年l月15日，#5机化补水调节阀不能开启，无论DCS中给出的指令是多少，现场测量电流值始终为4mA。之后对该模件进行复位后控制复正常。另有一次#4炉定排疏水电动门开启且无法关闭。现场检查对应的开关量输出模件，第一通道输出为“1”(对应该电动门的开指令)，而DCS中查看该通道的状态为“0”，更换模件无效，对主控制器进行下装后控制恢复正常。
2.3服务器故障
镇海电厂DCS的监控网络和系统网络通过服务器实现互连，因此服务器故障将使处在上层监控网络操作员站失去对下层系统网络中的运行参数和控制设备的监视和控制，给机组的安全稳定运行造成严重的影响。2007年6月11日，#6机主机域主服务器故障，服务器未能自动切换，所有操作站上参数失效，控制失灵，运行人员依靠DEH和后备仪表维持机组运行。热工人员在手动切换到B服务器后DCS恢复运行，但从系统状态图中查看A服务器连接系统网的下层网络仍然处于故障状态，本地网络没有连接，重新启动服务器后网络连接恢复。之后＃6机又多次发生同类故障，检查服务器主机及网卡均未发现异常，也更换过服务器，但至今原因不明。目前采取定期切换、重启服务器的方法，有一定效果。

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