论如何应用分散控制系统提升火电站的安全性能

摘要：文中基于分散控制系统提升火电站的安全性能首先对DCS应用设计原则进行了探讨，在提升火电站的安全性能改进中，重点对电源系统、DCS网络、分散处理单元的配置、I／O的分配等系统配置实现改进安全性能的设计进行了探讨，接着就闭环控制系统、重要保护系统、汽机跳闸保护系统( E T S )和炉膛安全保护系统( F S S S )等控制逻辑的安全性能的提升改进进行了分析，这一研究对于推广DCS在火电站的应用具有一定的意义。

关键词：分散控制系统；系统配置；控制逻辑；安全性能

1 引言

DCS是电力市场竞争中非常重要的因素之一，火电机组分散控制系统的可靠性能受到人们的重视。并且伴随竞争愈发高涨，它的重要性也不断地显示出来。分散控制系统的安全功能不单单要求质量过硬的DCS设备，更加需要合理化的系统配置来担此重任，对于一个各项指标过硬，性能结构更优化的DCS，如果他的应用设计没有实现尽善尽美，那么还是不可避免的会产生系统的错误运行，可能会对机组的安全起到破坏的作用。DCS的应用设计不是单一的一个环节，而是一项系统工程，它既包括了整体的设计理念，如何能够实现设计方法可靠性提升的多种办法，还包括如何操控的思维逻辑、网络的硬件设施、电源及其如何接地。本文基于这一背景，对如何应用分散控制系统提升火电站的安全性能进行了分析，这一研究对于推广DCS在火电站的应用具有一定的意义。

2  DCS应用设计原则

创建一套 DCS为核心的全自动控制的体系，实现对机组进行达到分散性的控制和集中监视，要与电网的调度相结合，满足它的要求，努力实现对全自动控制系统的辅助系统和机组的全方面的积极保护是DCS应用设计的目的中最至关重要的一个。可靠性的原则是DCS在应用设计中最应该遵循的原则，并且应该放到最重要的位置，极力表达分散性， 大力使用 DCS原有的作用， 逻辑设计的可实现性和全面思考系统配置的合理性，避免发生故障集中点。DCS应用设计时更先要考虑的是：DCS中无论哪个控制设备发生阻碍，均不能使整套 DCS的收到影响，必须正常运行。  

3   系统配置的改进安全性能的设计

3 . 1 电源系统

 我们一定要按照系统安全运行的法则进行保守设计，以此来保证电源系统在所有情况下都不会出现差错。DCS源自电气保安段及U P S，其总电源通常设置为双电源供电。DCS总电源柜至各DCS机柜的双路电源使用电缆必须分离，使因电缆故障引发的DCS机柜失去电源得到避免。电源额定容量设置必须根据各 DCS机柜实际耗电量总和的2倍来算计，与电源系统配套的辅助材料、设备、如导线、空气、熔断器开关等。在选型时必须使用可靠质优的物品，它的容量应该按照DCS机柜实际耗电量总和的2— 3倍来加以设置。  

3 . 2  DCS网络

DCS已经决定，它的网络结构一经制造出厂，在一般的情况下是不会改变的，所以网络结构是否合理，是否安全可靠，能否满足成熟度等要求就成为DCS设备在选择时应该多加注意的。DCS的制造工艺非常的复杂，没有一定经济和技术实力的公司是不可能制造的，它的机件多采用国外进口，这是一笔相当大的制造成本，公司未来降低成本，只能退而求其次选择普通的网络设备。然而这些普通的设备不能抵抗一般的环境温度，电磁干扰对其作用也很强，就不能够达到DCS的安全可靠，所以工业级的网络通信设备在设计时是很值得推崇的。信号干扰常常出现在电缆的敷设中，为了避免此现象我们必须在电缆敷设的过程中采用穿镀锌管，再加以高质量的屏蔽电缆进行屏蔽，可以实现信号的零干扰。通信电缆的要求比较严格，在使用光缆是，必须将采用不同光缆的A、B网进行分离，以免发生故障影响整个系统。

3 . 3 分散处理单元的配置

火电机组控制系统设计最中心的部分就是分散处理单元的组成，在产品的设计工程中要明确控制单元的负荷率等数值的时候，要充分考虑如何实行分散化。工艺系统布置分散控制单元是分散处理单元的灵魂，在设置过程中应该遵循以下原则：  

( 1 )炉膛安全保护 系统 ( F S S S )、 模拟量闭环控制 ( MC S ) 、实现数据采集 ( D A S )和顺序控制 ( S C S )的分散控制单元均冗余配置。  

( 2 )辅机设备， 如给水泵、 磨煤机、送风机等均应该保证不能出现停机的现象，那么就要采取不一样的冗余分散控制单元，即使一对出现了问题，也只是引起单侧设备的控制故障。

( 3 )在一个冗余分散控制单元不能够包含一对相互之间为备用工艺设备的连锁保护，从而确保整个机组运行工作的顺利进行。

3 . 4   I／O的分配

对于分散处理单元的可信赖程度进行设置后，I/O的可靠性分配对于实现整个系统的安全可靠也起着重要的作用。与I/Q分析进行对比，需要满足以下的分配要求：

( 1 )分散控制单元和源自其它分散控制单元的高速数据公路可以发射出测量信号，来自机器本身的分散处理单元的控制系统的信号，大大的提升了控制系统的可靠性，这部机器的控制系统的常规运作单单受制于该部机器的分散控制单元的常规运作，而与其它分散控制单元是否正常是无关紧要的，以此确保系统的自律性。  

( 2 ) 协调控制系统可以与燃料、温度、风力、给水系统实现信息共享。为了实现主控制系统的正常运行，那么子系统的正常运行是起着决定性的作用的。所以在测点分配时，为了充分强调子系统的可靠性，我们一定要保证主控制系统的信息来自其他的分散控制单元，并且是以高速数据公路为途径；子系统的信息更好来源于本机组的分散控制单元。

( 3 ) 尽更大的限度保证数据采集系统( D A S ) 中两侧的测点信号与A、B测控制系统不再相同的分散控制单元，更低要求在不同的I/O卡件上。  

( 4 ) 使用具有差异性的I/O模件来处置冗余输入的变送器信号、热电偶、热电阻之间的问题。严格避免因为一个I/Q模件的原因，导致整个控制回路的故障亦或是外部跳闸。

( 5 ) 为了提高锅炉的安全性能，防止因为一个模件损坏而导致燃料运输故障，我们对于锅炉的燃料两块模件进行速度控制调试。  

4   控制逻辑的安全性能改进应用设计

4 . 1   闭环控制系统

从科学理论的角度来讲，所谓的控制算法是通过对主要机炉协调控制系统的设计来实现的，相对实际系统，我们更需要周密细致的从安全的角度考虑所有的事项。因此，对于控制系统的设计我们要从如何实现报警、怎么进行调节、提高保护措施、连锁的方式及实现有效的监控管理，必须把汽机和锅炉想象成为一个有效的整体来进行有效的控制、操作。操作的宗旨是能够有效的接收经过电网调度的ADS信号，必须在燃煤有效的负荷范畴之内，经过适宜的变化率确保夜间的低负荷运作。实现汽机和锅炉这个统一体的协调有效的控制，通过直接能量( D E B) 平衡控制原理，这个理论体系，确保机器压力平稳运行。要把机器如何进行受压控制与设备做到充分的协调统一，开发和完善方向闭锁，充分发挥辨别的能力，将能力的利用发挥到更大的限度。

4 . 2 重要保护系统

我们大体上运用三取二的方式对那些重中之重需要保护信号的可靠性进行设计，在相同的时间内把三个信号分别引人到不同的 I/O模件中。这在很大程度上能够确保保护系统的正常运作，不会因为一个测点或一个I/O模件故障而受影响，不过牵一发而动全身，一个处理单元发生错误就会使整个保护系统受到影响。要想提高系统保护的可信赖程度，我们必须将三取二信号经过各自使用的电缆输送到其各自的处理单元，并对其保护逻辑的设置进行有效的区分，保证其输出信号来源于不同的处理单元，通过继电器的处理，实现三取二的方式输出。如此运作的优点有：充分实现了单一的信号、 I/O模件、一个处理单元、单独的电缆等发生故障时，不会中断整个保护系统的正常运行。我们通过开关量的方式对于那些信号达不到三个，也可以说对没有实现三取二信号，我们将以模拟量证实得的渠道，更大力度提高保护系统的可靠性能。

4 . 3 汽机跳闸保护系统( E T S )  

汽车能够实现其安全性是因为拥有汽机跳闸保护系统， 它也满足三取二的要求， 为了防止整个DCS在发生故障时，可以保证它能正常的蹦控制操作甚至是停机，我们采用硬接线来取代DCS，并在操作台上安装了手动停机双按钮。当保护系统也发生故障，不能正常运作时，ETS就会在此时发挥作用，它的超强模拟能力，可以输入一切信息，并通过灯光来检查弱电部分正常与否。安全监控装置可以有效的预防因为电路问题，如：突然的断裂、恢复、刹那的断开，而不产生任何行动。为了防止因为低转速、启动、凝汽器真空低而引起误停机，我们引进了汽机转速不小于1500转每分为限额的凝汽器真空停机保护回路。在停机的命令里，可以通过汽门散文调节实现自动清除故障停机的指令。输出动作继电器运用双位置继电器的方法，防止因DCS失电导致所有的运作依靠持续的自动复位导致的操作失误这种问题的发生。

4 . 4 炉膛安全保护系统( F S S S )  

其主要得控制设施是两对分散控制单元，冗余配置进行模间的处理。F S S S与电厂DCS系统如MC S、D A S和S C S可以实现信号的交流。把 F S S S按钮设置为紧急情况下或者启动的跳闸的装置。首先导致跳闸的原因及火检信号通过硬接线的直接输出，显示在CRT上。主燃料跳闸( Mb " I ' ) 信号必须单独由三块 I／0模件传出，并且要符合以上三种中的两种。

5   结论

火电机组全部控制系统安全性能改进设计项目也作为一项系统工程，在上述安全性能设计改进里，有些想法、方法都是依照实践落实提起的，部分是现存理论的使用。在理论里， 以上的可靠性设计方法和理念是矗立于既是一个控制设备不能正常工作，但却不影响整个控制系统的正常运行，这是火电机组应该严格执行的理念，实施控制系统设计并不是空中楼阁。事实说明，因为采取了许多的科学的，合理的、健全的设计方法和理论，大大的提升了系统性能，也在更大的程度上降低了因为控制系统的原因而导致的停机事故。安全性能改进设计是一个繁杂的课目，必定会跟随技术前进的步伐，实现创新与改进。当下的火电机组的 DCS应该遵循以上的设计方案，虽然我们需要完备的课目仍然有许多，这一切都需要我们进一步改进并研究。

参考文献：

[1]周元仁. 用于火电站的现代分散控制系统[J]. 东方电气评论,1993,01:16-28.

[2]周元仁. 用于火电站的现代分散控制系统(续)[J]. 东方电气评论,1993,02:100-111.

[3]章旋,茆荣,季程煜. 依靠现场总线提高火电站控制系统可靠性[J]. 江苏电机工程,2005,03:1-3.

[4]汪秀丽. 中国电力系统自动化综述[J]. 水利电力科技,2005,02:6-26.

[5]邬菲,龚雪丽. 火电厂热工自动化的发展、现状与展望[J]. 可编程控制器与工厂自动化,2005,08:12-16.

[6]肖伯乐. 我国火力发电厂自动化技术的发展以及前景展望[J]. 动力工程,1997,05:47-60+94-95.

[7]唐世明. 火电站自动化综述(上)[J]. 四川电力技术,1997,04:18-20.

[8]唐世明. 火电站自动化综述(下)[J]. 四川电力技术,1997,05:14-17.