热工DCS保护误动原因及防止措施研究

李江仪

摘要：本文介绍了火电厂DCS控制系统的概念，主要特点，以及该系统被广泛应用的自身优势。但是，由于软硬件故障、系统热工元件故障、电缆接线故障以及人工因素，导致目前该系统存在系统保护误动现象的出现，这是使用该系统的安全隐患。为了有效降低热工DCS系统的保护误动现象，笔者建议改善系统电源切换问题，发挥系统抗干扰保护机制，将强设备硬件检查以及提高人员操作水平，减少操作失误的策略。本文旨在引起相关工作人员对于热工DCS系统保护误动现象的重视，旨在抛砖引玉，在行业内让该问题得到重视。相信随着电厂控制系统的发展，在从业人员的重视下，该问题可以得到相当地改善。

关键词：DCS系统 保护误动 防治措施

1. 热工DCS系统的概念，研究价值和应用优势

1. 热工DCS系统的概念

DCS是集散控制系统的简称，电厂热工控制系统是主要的应用场景。DCS系统是在传统的计算机控制系统的基础上，不断改革和发展完善的产物。DCS又被称为4C技术，主要包括现场控制点、人机界面、通信网络和现场仪表阀门系统四个部分。DCS系统优化了传统的集中控制系统，具备集散性、安全性和实效性的特点。DCS系统充分发挥了计算机控制系统的优势。在战略层面，对于电厂的安全高效运行具有不可替代的重要意义。

2. 热工DCS的主要特点

DCS系统具有开放性，该系统可以极为方便的接入新的计算机，或者解除系统中原有的计算机，而这个操作不会对DCS系统的平稳运行产生任何影响。同时，现在的DCS已经拓展到DAS、MCS、DEH等多方面。第二，DCS能够协调各个子站之间的工作，该系统可以整合不同子站，达到最佳匹配状态，一提高整个系统的工作效率。第三，DCS系统的实时性，操作员实时监控系统所有设备的情况，这是该系统自动化的表现，也是该系统具备的应急处理能力。第四，基于拓扑结构的DCS系统，控制功能分化在下辖各子系统之中，因此该系统的容错率很高，即使某个子站出现了异常状态，也不会导致整个DCS系统失灵，工作可靠性很高。

3. 热工DCS系统的应用优势

首先就是DCS系统兼容性强，通常大型火电厂需要同时控制多个对象，而这些控制对象又存在较多的干扰源，整个系统需要控制的参数也有很多。但是在应用DCS系统之后，可以实现复杂和高级的算法控制，大大提高了电厂的自动化控制水平。其次，DCS系统已经开发出远程智能I/O装置。I/O装置包括智能前端，计算机配适器和现场通讯总线。智能前端类似于现场总控，通讯配适器可以实现整个DCS网络的协调运作和综合管控，现场通讯总线支持广播式、点对点，以及点对多点的工作方式，是广泛采用的现场总线产品的平替。I/O远程智能不但可以提高DCS系统的安全性，还兼具了很多现场总线的功能。第三，DCS系统可以和辅机系统、MIS系统连接起来，不仅降低了人工费用，提高了系统运行效率，还可以有效提高管理质量。第四，DCS系统实现了全程化监控的功能。

二、热工DCS系统误动的原因分析

1. DCS软硬件故障导致的系统保护误动

热工DCS系统，是各项机械硬件配合软件使用实现系统的正常运作的。系统以软硬件为基础，所谓软硬件主要包括：信号处理卡、输出模板、设定值模板以及CCS、DEH控制站。这些设备之中，最为常见的故障部位就是CCS DEH，一旦出现故障，就容易触发系统停机保护机制，从而出现本文讨论的热工DCS系统误动。此外，值得注意的是，通过DCS本身的查询电压实现的系统对设备运行和停机的检测，为了防止外围电路对本系统的损害，在多数DCS系统中，设置了相对应的多个保险丝。发生短路或者强电倒送时候，保险丝熔断，由于保险丝电容一般比较小，所以熔断时常发生，系统检测不到设备的具体的真实情况，就容易引发热工保护误动现象。

2. DCS系统的热工元件故障导致系统保护误动

DCS系统发挥保护功能的重要部位就是热工元件，其处在系统最前端，一旦热工元件性能不稳定，就会极大地降低DCS系统整体的安全性，进而引发一些后续安全问题，容易导致DCS系统保护误动问题。同时，由于热工保护系统的热工元件通常会设置较高的灵敏度，此时电力系统运作的温度、压力、流量等原因，会造成DCS系统的误判，发出错误的保护信号，触发不必要的保护误动。在实际应用中，甚至有一半的DCS保护误动，都是由于热工元件故障引起的。

3. 电缆接线故障造成DCS系统保护误动

由于火力发电厂本身的运行特点，容易产生高温、粉尘和潮湿等现象，这就会对电厂内的电缆接线造成侵蚀，降低电缆线的绝缘性，长时间之后，电缆接线容易老化，进而频频发生短路等故障，此时的DCS系统也会发生保护误动的现象。

4. 人工因素导致的DCS系统保护误动

虽然整个DCS控制系统的出发点就是自动化控制和智能化管理，但是系统的运行还是离不开人工的操作。而人工操作必然可能出现操作失误，释放错误的保护需求信号，从而引发DCS系统的保护误动。通常来说，常见的人工因素有：看错端子排接线，没有严格执行“两票三制”制度，不规范使用万用表等。

三、热工DCS系统保护误动的防止措施

1. 改善DCS电源切换问题

DCS系统供电通常是两个独立电源实现的，在两条供电线路切换时，容易造成例如电源环流故障，进而导致DCS系统保护误动。因此，有必要改善系统的电源切换问题。在电源切换是，先将某一电源作为主电源，另一电源作为辅电源。只要主电源运行正常，就关闭辅助电源。只有主电源出现故障时，及时启动辅助电源，这样可以避免DCS保护误动现象。

2. 发挥DCS控制系统抗干扰的优势和作用

当电厂热工DCS系统正常、稳定运行时，将有效降低发生保护误动的几率。因此，有必要提高DCS系统的抗干扰性，以此推进整个控制系统保护功能的良好运行。笔者从电缆的抗干扰能力，信号防干扰能力，以及系统接地工作三个方面，分别分析，以此有效提高火力发电厂DCS系统抗干扰能力。首先，系统接地时，应选择界面面积超过20平方毫米的通道线作为接地线路，以此有效降低接地电阻。此外，接地线要埋设在电厂外围15米以上的区域，由此控制DCS系统接地点和强设备的距离。根据不同的信号选择不同的电缆，使得电流和信号同时传输，尽可能减少电磁干扰。将信号电缆接入控制系统之前，在两个信号电平之间添加，并行连接信号线盒和地面，从而将干扰降到最低。除此之外，工作人员应当合理地用金属导体把被屏蔽的元件、组合件、电路和信号线包围，以此有效一直电容性噪音藕合。这样才能最大可能地增强DCS系统的抗干扰能力，以此降低发生系统保护误动的频率。

3. 加强系统硬件设备检查工作，减少系统保护误动

硬件设备的质量，影响到整个系统的实际应用效果。作为DCS系统保护的重点设备，它的稳定性极大程度影响到系统的保护误动状态。为了有效降低系统保护误动，提升DCS系统保护功能的效果，需要定期开展硬件设备检查工作，派专人承担此项工作，定期检查，及时处理可能出现的故障。通过加强检查的频率和及时的修缮，能够有效降低DCS系统保护误动的出现频率。

4. 提高人工操作DCS系统的水平，减少人员操作失误

在火电厂的实际运行中，离不开人工作业和管理，这就给系统带来了不稳定性，必然存在着操作失误现象。这就影响了系统整体的安全运行，从而容易导致保护误动的发生。为了将人工因素在系统保护误动造成的潜在威胁降到最低，需要提高工人的操作水平，减少操作失误的出现频率。加强对于工作人员的培训工作，不断提高DCS系统操作人员的业务能力和工作责任感。使得相关人员在设计相关操作对策时，举重若轻，操作稳健。同时，适当的平安运行奖励机制和操作失误的惩处机制，也是必要的。做好人员管理工作，可以有效降低DCS系统的保护误动现象出现的频率。

结语：

虽然热工DCS保护误动现象有存在的可能性，也有不可避免的原因。但是只要从业人员足够重视，集思广益，不断改进DCS控制系统和相关配套设施，提高从业人员的素质和操作系统的水平，相信问题会得到有效解决。

参考文献：

1. 张来青. 探讨火力发电厂热工DCS保护误动的相关因素及解决对策[J]. 电力系统装备, 2021(3):2.

2. 贾克诚. 探讨火力发电厂热工DCS保护误动的相关因素及解决对策[J]. 2020.

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