电厂DCS保护误动、拒动原因及防范措施探讨

电厂 DCS保护误动、拒动原因及防范措施探讨

刘磊

山西大唐国际云冈热电有限责任公司山西大同 037039

摘要：电厂DCS是发电厂监视、控制机组安全稳定运行的中枢系统，其可靠性对于保证电力安全生产至关重要。为了保证机组稳定经济运行，避免参数超限、设备损坏、人身伤亡等事故，DCS中设置有相应的保护功能。而在实际运行中，电厂的DCS的保护功能可能发生误动或拒动情况，进而增加了电厂机组运行的不稳定性。文章将对电厂DCS保护误动和拒动从各种设备和人员行为多个方面进行分析，并针对其产生原因分析相应的防范措施。

关键词： DCS；发电厂；保护误动和拒动

1电厂DCS保护误动、拒动的发生原因分析

1.1从DCS软硬件方面分析

电厂DCS主要是由硬件部分与软件部分的相互配合而实现其监视、控制等功能的。DCS的硬件部分一般包括：电源、控制处理器（CP）、输入输出（I/O）模件、网络通信装置、人-机接口等；DCS的软件部分一般包括：数据采集系统（DAS）、顺序控制系统（SCS）、模拟量控制系统（MCS）、炉膛安全监控系统系统（FSSS）、汽轮机电液控制系统（DEH）、协调控制系统（CCS）等系统的逻辑组态。

硬件方面，主要有电源故障、模件通道故障、控制器故障、网络通信装置故障等引起的设备误动或拒动现象；软件方面，则主要有逻辑组态配置不当导致负荷率过高、保护逻辑（如保护信号定值、延时时间、逻辑时序、信号冗余等）设置不合理等情况。

1.2从电缆接线方面分析

现场各种远传热控元件、执行机构等设备的信号，均需电缆进行传输。但是由于发电厂本身运行工况及现场环境的特点，电缆所处的环境常常可能因存在高温、粉尘、潮湿、振动等影响，而导致电缆发生短路、虚接、接地、断路等情况，引起机组的热工保护误动或拒动。此外，来自现场的各种干扰也是造成电缆中传输信号失真或故障的常见原因。

因此，现场电缆选型不当、电缆敷设不当、干扰影响是造成电缆老化加剧、损坏频繁、信号失真的重要因素。

1.3从热控元件方面分析

热控元件是热控保护当中重要的组成部分，其主要功能是信号的采集、传送，属于整个热控保护系统的最前端环节。如果参与保护的热控元件存在不稳定性，就会直接导致热控保护系统的可靠性降低，可能引发热工信号的失真或故障，进而造成热工保护功能的误动或拒动。

1.4从人员行为方面分析

除了上述各种设备的“物的不安全原因”外，“人的不安全原因”往往也是导致DCS设备误动或拒动的重要原因之一。各个电厂由于热控人员的失误而导致的保护误动、拒动的事件屡见不鲜。如：信号强置失误、保护投退不当、走错间隔、误碰、误接线、误整定等人为原因造成热工保护功能的误动或拒动。

2预防DCS保护误动、拒动的措施

2.1DCS软硬件方面的防范措施

一是硬件方面。确保DCS硬件可靠的重要手段是将DCS的核心部件进行冗余设计，通过冗余设计和无扰切换技术来降低DCS构成硬件故障时对整体安全和功能的影响。如：DCS重要电源应将两路独立的电源进行冗余配置，并确保其切换时间满足要求；DCS的控制器、通信网络设备等重要设备均采用完全独立的冗余配置，且具备无扰切换功能。

二是软件方面。DCS的软件逻辑设计，则不仅要考虑机组或设备正常运行工况下的控制逻辑，更要研究其异常工况下的控制、保护策略。如：合理分配逻辑组态，避免将大量复杂的逻辑运算配置在同一个CP下，而导致CP负荷率过高，DCS在繁忙工况下无法正常完成相应功能；保护逻辑优化，避免单点信号作为保护条件，尽量采取“三取二”的冗余逻辑或通过因果分析对单点信号加入证实条件的方法提高其可靠性。

2.2电缆敷设方面的防范措施

一是电缆的敷设应满足相关规定，主要措施包括：电缆弯曲半径应符合要求、电缆与热力管道应保持一定距离、电缆保护管应符合要求并做好防腐和封堵措施、电缆应避免中间接头、避免受力。

二是电缆的选型应满足相关规定，主要措施包括：应根据电缆敷设路径面临的环境温度及是否有低毒性、难燃性、耐火性等要求进行选型；测量、控制、动力回路用电缆和补偿电缆的线芯截面，应按回路的最大允许电压降、线路的通流量、仪表或模件的最大允许外部电阻及机械强度等要求选择。

三是信号电缆抗干扰措施。主要措施包括：动力电缆与控制电缆分开敷设、同一测量参数的冗余信号电缆分路径敷设、确保电缆屏蔽层单点接地、确保电缆屏蔽层的全程电气连续性等。

2.3热控元件方面的防范措施

一是取源部件的规范安装。取源部件的安装应能正确反映被测参数的真实情况，并确保其安装位置不易受到机械损伤而导致变形、泄漏等情况。主要措施包括：取源部件的位置选择合理，避开影响被测参数的各种因素，如：压力取源部件的前后直管段距离应符合要求、取源部件的安装方位应防止取样管路积水、积气、堵塞等情况。

二是热控元件的安装应符合相关技术规范。就地热控元件的安装应避开振动源、磁场源等干扰源，并采取符合相应技术规范的防水、防冻、防尘、防腐、减振、保温、屏蔽等措施。如：按照设备的屏蔽接地技术要求在信号源侧、放大器侧、计算机侧进行相应的浮空或接地。

2.4人员行为方面的防范措施

一是完善制度制订和约束。制定保护投退制度并严格落实，保护投退严禁单人执行，投退过程必须有技术水平足够的监护人全程监护确认；严格执行工作票制度，严禁无票作业，对涉及保护的系统和设备的作业，必须开具热控第一种工作票并确认相关保护退出后方可开始工作；严格执行保护传动工作制度，对于保护传动应按要求在现场信号源侧模拟信号发生，严禁直接强置相关逻辑或通道的方法传动。

二是加强人员技术培训。通过技术培训，提升热控人员的技术水平和专业素质。热控人员应熟知机组及其辅机的保护条件、掌握保护投退强制正确方法、认识保护信号对应的就地测量设备。避免由于人员“不知道”而误动设备，导致保护的误动和拒动。

三是推行热控作业的规范化。如：每次检修应将检查和紧固接线列入检修的标准项目，确保各接头处接线牢固无松动；制定推行保护传动卡，保护传动时 严格按照保护传动卡上的标准流程逐项完成，做到不漏项、跳项。

3案例分析

3.1事件概述

某电厂汽动给水泵油动机的一个LVDT杆在运行中脱落，热控人员在重新连接LVDT杆过程中，致使该LVDT反馈瞬时升至55%，小机调门指令由25%升至34%，汽动给水泵转速突然升高，相应给水流量增加，导致汽包水位升高，之后因偏差大给水自动切手动，运行人员手动调整水位无效，汽包水位高保护动作致机组跳闸。

3.2事件原因

（1）汽动给水泵LVDT反馈采用2选高值的逻辑，当其中一个LVDT杆脱落时，因其量程瞬间超限，逻辑自动判断为“坏点”对其进行了切除，未影响汽动给水泵的正常运行。但热控人员恢复LVDT过程中，量程超限瞬时突变为55%，高选作用使其反馈立即被选中并参与逻辑运算。

（2）热控人员在处理缺陷前虽将LVDT反馈故障跳小机保护切除，但未将脱落的LVDT对应的阀门控制卡上接线拆除或将其信号强置为0。

（3）控制器执行时序有问题。正常情况下，阀门指令反馈偏差大于定值，调节系统由自动切为手动，随后指令应跟踪反馈，实现手/自动无扰切换。而本次事件中，出现跟踪先于切换的情况（因时间短未完全跟踪），导致切至手动后因阀门指令反馈不一致的阀位跳变现象。

3.3暴露问题及整改措施

（1）小机LVDT脱落现象暴露热控人员检修质量不过关、日常巡检不到位。应进一步推行热控作业的规范化，严格按照标准进行检修和验收。严格执行热控人员设备巡检制度，保证巡检频次、巡检时间和巡检质量。

（2）相关逻辑设置不合理，导致LVDT突变时被选中参与逻辑运算、手/自动切换后有扰动发生。应进一步完善优化相关控制逻辑：增加单支LVDT反馈速率变化大的“坏质量”判断环节、正确调整模块手/自动切换的执行时序。

（3）人员技术水平欠缺，处理缺陷经验不足。没有充分考虑到重新连接LVDT时可能对调门反馈产生的影响，作业前没有做好拆线或强置的措施。应进一步加强热控专业人员的技能及安全培训工作。

4总结

综上所述，DCS的广泛应用为发电厂的自动化控制提供了技术保障，但其可靠性也是不可回避的重要问题。本文针对DCS保护误动、拒动的现象，在物的方面，从人-机接口到现场热控元件全程，较全面地分析了原因和相应的预控措施；在人的方面，通过人员行为分析，从制度约束、技术培训、规范作业三方面提出一些较为具体防范措施。最后，通过一起DCS系统保护误动的具体案例分析，阐述了人员、逻辑方面的原因及相应的防控措施。

参考文献

[1]电力行业热工自动化技术委员会.火电热控系统可靠性配置与事故预控[M].北京:中国电力出版社,2010

[2]电力行业规划设计标准化技术委员会.DL/T 5128-2004 火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定[S].北京:中国标准出版社,2004

[3] 电力行业规划设计标准化技术委员会. DL/T1083-2008 分散控制系统技术条件[S].北京:中国标准出版社,2008

[4] 电力行业规划设计标准化技术委员会. DL/T 5190.4-2012 电力建设施工技术规范 第4部分:热工仪表及控制装置[S].北京:中国标准出版社,2012