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摘 要：DCS控制系统是发电厂重要的组成部分，对电厂正常运行具有十分重要的作用。随着DCS控制系统使用年限不断地增加，其硬件会发生不同程度的老化现象，进而导致系统发生故障，影响电厂的正常运行。因此，电厂在运营过程中应当做好DCS控制系统硬件老化预防的有关工作，避免由此对电力系统运行造成不利的影响。该文结合发电厂实例对DCS控制系统硬件老化以及预防研究的有关内容进行分析，以供参考。
关键词：DCS控制系统 硬件老化 问题 预防研究
中图分类号：TE683 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0076-03
1 发电厂概况
DCS控制系统在长期运行过程中会发生硬件老化的现象，其中主控单元因系统老化发生的故障具有一定的分散性，增加了维护难度。而此文案例中某发电厂使用的发电机组为600 MW亚临界直接空冷火电机组，且该机组运行的时间有10年之久，导致整个DCS系统发生了较为严重的老化现象，电力系统运行过程中故障发生的概率明显提升。该电厂使用的DCS控制系统为XXX公司的MACSV系统，控制系统的版本为MACSV1.1.0，主控单元的型号为SM203，版本号为MACSV1.1.0 SP2 PATH5。该类型DCS控制系统为典型的星型结构，有连接30对控制器的两对系统服务构成，且两对系统服务的控制内容不同，其中一对主要控制汽轮机和空冷部分，而另一对主要控制锅炉和电气部分。从中可以发现案例中发电厂的DCS控制系统是集机、炉、电、空冷等控制功能为一体的控制系统，它主要控制功能包括以下几个方面，即炉膛安全监控系统、协调控制系统、模拟量控制系统、顺序控制系统、空冷控制系统、旁路控制系统等多种控制功能。电厂以#3机组为例共划分为3个域，分别为#0域、#1域、#2域。其中#0域为公用系统域，包括#38-#41控制站；#1域为汽机域，包括#10-#23控制站，其中#10-#16为空冷控制站，#17-#23为汽机控制站；#2域为锅炉域，包括#24-#37、#42-#43控制站，其中#24-#33为锅炉控制站，#34-#37为电气控制站，#42、#43为脱硝控制站。包含I/O点数约9260点，配置3对服务器，2台工程师站，5台操作员站，2台通讯站，1台网关站。通过介绍了解电厂基本的概况，同时也可以发现DCS控制系统在电厂运行过程中所扮演的重要角色，一旦其硬件发生故障将会对电力系统运行产生不可估量的损失。这些年经过相关技术人员的分析发现，DCS控制系统并没有直接引起机组非停故障，但是在实际的运行过程中也存在着诸多的问题，对电力系统的运行造成了一定的影响。
2 发电厂DCS控制系统硬件老化引起的主要问题分析
DCS控制系统是电厂电力系统的重要组成部分，而此文案例电厂中DCS控制系统运行时间近10年，因此系统老化现象比较严重，其具体表现在以下几个方面。第一，DCS控制系统运行时间长，达到电子产品理论运行年限，因此现阶段系统老化现象明显，尤其是系统硬件系统发生故障的概率明显提高，而维护费用呈逐年上涨趋势。例如DCS系统主控单元和电源模块发生故障较多，作为电力控制系统重要组成部分，主控单元与电源模块在其中发挥着十分重要的作用，一旦运行过程中发生故障，将会对整个电力系统的正常运行造成严重的破坏。且技术人员在进行处理的过程中危险系数较高，实施的解决措施比较复杂，为电力安全生产埋下了安全隐患。第二，DCS系统主控单元故障原因较多，且相互之间的联系比较复杂，规律性不明显，这就在一定程度上增加了维修及维护的难度。同时主控单元内部的芯片较多，一旦发生故障，单纯更换一个芯片很难消除故障，使系统恢复正常运行。第三，DCS系统中热电阻卡件发生故障的概率增加，而该电厂使用的热电阻卡件型号为SM430，且该信号的热电阻卡件已经停止生产，而目前生产的卡件与旧型号卡件之间兼容性较差，因此一旦机组热电阻卡件发生故障，在运行状态下无法进行卡件的更换，必须在停机状态下进行硬件组态，再进行卡件的更换。第四，电厂使用的主控单元的型号为MACSV1.1.0 SP2 PATH5，该型号主控单元在实际的运行过程中存在着一定的弊端。第五，DCS系统中主控單元发生故障的现象越来越多，且之间存在着一定的差异，导致故障发生的原因也越来越复杂。
3 探讨硬件老化问题
在正常运行状态下，电子产品理论使用寿命年限为11年左右，通常为10年，而此文电厂DCS控制系统的使用时间已经接近普通电子产品的极限使用时间，因此系统发生老化现象是必然的。经过分析发现，电厂机组DCS系统发生故障主要分布在以下几个方面，其中主控单元异常46次，占比19.2%；组态应用出现的异常20次，占比8.3%；数据不刷新异常16次，占比6.7%；不明原因异常29次，占比12.1%；网络异常19次，占比7.9%；模块故障52次，占比21.7%；其他（服务器）异常58次，占比24.2%；其中硬件所占异常的比例为65.1%。
3.1 主控单元故障概率高
该电厂研究机组主控单元共发生故障约46次，其中控制站双主控离线故障3起，经过对事故调查分析发现，多种因素的存在对故障的发生都有一定的引诱作用，单纯依靠更换内部芯片很难解决问题。另外，随着DCS系统使用时间的不断增加，故障发生的概率会越来越大，产生的现象也会越来越复杂，增加了技术人员对故障发生原因判断的准确性，为消除系统故障带来了一定的困难。例如故障指示灯与故障发生的现象不一致，这就可能会导致技术人员判断故障原因出现错误，影响电力系统的安全运行。另外，该电厂所使用的为MACSV1.1.0 SP2 PATH5型号的主控单元，在实际使用过程中存在着一定的缺陷，如单元冗余切换判据不全面，在运行过程中如果主控单元发生故障，如单元内部芯片损坏、模块离线、网段故障以及数据不刷新等不能及时地向上位机进行信息传输，最终导致主控单元自动切换无法正常完成，极有可能导致电力安全事故的发生。
关键词：DCS控制系统 硬件老化 问题 预防研究
中图分类号：TE683 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0076-03
1 发电厂概况
DCS控制系统在长期运行过程中会发生硬件老化的现象，其中主控单元因系统老化发生的故障具有一定的分散性，增加了维护难度。而此文案例中某发电厂使用的发电机组为600 MW亚临界直接空冷火电机组，且该机组运行的时间有10年之久，导致整个DCS系统发生了较为严重的老化现象，电力系统运行过程中故障发生的概率明显提升。该电厂使用的DCS控制系统为XXX公司的MACSV系统，控制系统的版本为MACSV1.1.0，主控单元的型号为SM203，版本号为MACSV1.1.0 SP2 PATH5。该类型DCS控制系统为典型的星型结构，有连接30对控制器的两对系统服务构成，且两对系统服务的控制内容不同，其中一对主要控制汽轮机和空冷部分，而另一对主要控制锅炉和电气部分。从中可以发现案例中发电厂的DCS控制系统是集机、炉、电、空冷等控制功能为一体的控制系统，它主要控制功能包括以下几个方面，即炉膛安全监控系统、协调控制系统、模拟量控制系统、顺序控制系统、空冷控制系统、旁路控制系统等多种控制功能。电厂以#3机组为例共划分为3个域，分别为#0域、#1域、#2域。其中#0域为公用系统域，包括#38-#41控制站；#1域为汽机域，包括#10-#23控制站，其中#10-#16为空冷控制站，#17-#23为汽机控制站；#2域为锅炉域，包括#24-#37、#42-#43控制站，其中#24-#33为锅炉控制站，#34-#37为电气控制站，#42、#43为脱硝控制站。包含I/O点数约9260点，配置3对服务器，2台工程师站，5台操作员站，2台通讯站，1台网关站。通过介绍了解电厂基本的概况，同时也可以发现DCS控制系统在电厂运行过程中所扮演的重要角色，一旦其硬件发生故障将会对电力系统运行产生不可估量的损失。这些年经过相关技术人员的分析发现，DCS控制系统并没有直接引起机组非停故障，但是在实际的运行过程中也存在着诸多的问题，对电力系统的运行造成了一定的影响。
2 发电厂DCS控制系统硬件老化引起的主要问题分析
DCS控制系统是电厂电力系统的重要组成部分，而此文案例电厂中DCS控制系统运行时间近10年，因此系统老化现象比较严重，其具体表现在以下几个方面。第一，DCS控制系统运行时间长，达到电子产品理论运行年限，因此现阶段系统老化现象明显，尤其是系统硬件系统发生故障的概率明显提高，而维护费用呈逐年上涨趋势。例如DCS系统主控单元和电源模块发生故障较多，作为电力控制系统重要组成部分，主控单元与电源模块在其中发挥着十分重要的作用，一旦运行过程中发生故障，将会对整个电力系统的正常运行造成严重的破坏。且技术人员在进行处理的过程中危险系数较高，实施的解决措施比较复杂，为电力安全生产埋下了安全隐患。第二，DCS系统主控单元故障原因较多，且相互之间的联系比较复杂，规律性不明显，这就在一定程度上增加了维修及维护的难度。同时主控单元内部的芯片较多，一旦发生故障，单纯更换一个芯片很难消除故障，使系统恢复正常运行。第三，DCS系统中热电阻卡件发生故障的概率增加，而该电厂使用的热电阻卡件型号为SM430，且该信号的热电阻卡件已经停止生产，而目前生产的卡件与旧型号卡件之间兼容性较差，因此一旦机组热电阻卡件发生故障，在运行状态下无法进行卡件的更换，必须在停机状态下进行硬件组态，再进行卡件的更换。第四，电厂使用的主控单元的型号为MACSV1.1.0 SP2 PATH5，该型号主控单元在实际的运行过程中存在着一定的弊端。第五，DCS系统中主控單元发生故障的现象越来越多，且之间存在着一定的差异，导致故障发生的原因也越来越复杂。
3 探讨硬件老化问题
在正常运行状态下，电子产品理论使用寿命年限为11年左右，通常为10年，而此文电厂DCS控制系统的使用时间已经接近普通电子产品的极限使用时间，因此系统发生老化现象是必然的。经过分析发现，电厂机组DCS系统发生故障主要分布在以下几个方面，其中主控单元异常46次，占比19.2%；组态应用出现的异常20次，占比8.3%；数据不刷新异常16次，占比6.7%；不明原因异常29次，占比12.1%；网络异常19次，占比7.9%；模块故障52次，占比21.7%；其他（服务器）异常58次，占比24.2%；其中硬件所占异常的比例为65.1%。
3.1 主控单元故障概率高
该电厂研究机组主控单元共发生故障约46次，其中控制站双主控离线故障3起，经过对事故调查分析发现，多种因素的存在对故障的发生都有一定的引诱作用，单纯依靠更换内部芯片很难解决问题。另外，随着DCS系统使用时间的不断增加，故障发生的概率会越来越大，产生的现象也会越来越复杂，增加了技术人员对故障发生原因判断的准确性，为消除系统故障带来了一定的困难。例如故障指示灯与故障发生的现象不一致，这就可能会导致技术人员判断故障原因出现错误，影响电力系统的安全运行。另外，该电厂所使用的为MACSV1.1.0 SP2 PATH5型号的主控单元，在实际使用过程中存在着一定的缺陷，如单元冗余切换判据不全面，在运行过程中如果主控单元发生故障，如单元内部芯片损坏、模块离线、网段故障以及数据不刷新等不能及时地向上位机进行信息传输，最终导致主控单元自动切换无法正常完成，极有可能导致电力安全事故的发生。