分散控制系统安全运行的探讨

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1、TXP分散控制系统安全运行的探讨摘要：针对分散控制系统（DCS）安全运行的重要性，围绕影响TelepermXPDCS可靠性的关键因素，分析了AP冗余频繁丢失的原因，发现了电力行业标准中环境条件的局限性，讨论了AP相关软件的固有缺陷，提出了治理AP冗余丢失、加强DCS可靠性的具体措施。关键词：分散控制系统DCSAP冗余模件随着机组容量的增大，对分散控制系统（DCS）的安全可靠性要求也越来越高。为了提高DCS安全运行的可靠性，一般都对较为关键的部件实行冗余配置，采取双系统运行。扬州第二发电有限责任公司（下称扬二厂）两台600MW机组的DCS都选用了Teleperm

2、XP(下称TXP)。在TXP系统中，AP是直接检测和控制现场设备的自动处理单元，AP系统的正常与否直接决定着TXP系统的可靠性，也就影响着机组运行的安全稳定性。1　TXP系统的组成和现状TXP分散控制系统对机组的在线控制主要由操作员监视系统（OM）和自动处理系统（AS）两大部份协调完成。OM系统和AS系统采用冗余配置和分层控制的原则，网络通信使用两路虚拟总线连接（参见TXP结构图）。AS系统的核心是自动处理单元AP。经过数年来实践和分析，OM系统的SU和PU冗余丢失一般不直接影响机组的安全运行，即使在OM系统的主从SU和PU全部故障的极限状态下，只要各AP系统

3、运行正常，一般仍然可以在机组不停运的工况下排除故障；但如果AP一旦冗余丢失，就只有单CPU运行，这时如果主CPU或其通讯模件发生故障，整个AP就停止工作，与其它柜间的通讯发生中断，严重时造成总线通讯中断或控制系统失控而导致机组跳闸。历史上曾有四次由于AP冗余丢失继而引发其它故障，最终导致机组跳闸。自#1、#2机组商业运行以来，AP冗余丢失的情况比较频繁。TXP发生的所有故障中，AP的故障占了大半。据不完全统计，在2001年1月至2003年12月期间，AP冗余丢失故障就有56次（参见附表1）。AP冗余丢失的状况正在逐渐改善，但目前尚未彻底改观，这始终是影响机组安

4、全运行的隐患。329SUPU2PU1OTOTOTESOT…--TerminalBusPlantBusAPAP…附图1TXP结构图附表1：2001-2003AP冗余丢失情况周期AP1AP4AP5AP6AP7AP20、21合计＃1机组冗余丢失327128335＃2机组冗余丢失320457212　AP冗余频繁丢失的原因在TXP系统中，AP冗频繁余丢的根源表现为显性和隐两种状态。AP模件的软件缺陷和硬件故障可直接导致AP冗余丢失，属于显性的根源；AP运行环境超温、AP负荷率超标和静电对AP模件的破坏所造成的AP冗余丢失，往往在当时表现为不明原因，属于隐性的根源；模件和

5、机架积尘的影响多数情况是显性问题，有时也是隐性的问题。2.1　环境温度对AP的影响DCS模件的电子器件对温度的变化比较敏感，温度梯度场呈非线性变化，一旦接近或达到饱和区域时工作状态就失常。因此，DCS对环境温度都有一定的要求。按电力行业标准，电子室的温度应控制在18℃-24℃。国内的DCS多数采用柜内强制通风的冷却方式，当电子室温度在此范围内时，DCS模件的芯片工作温度在40℃以下。然而TXP分散控制系统的扩展柜采用上下温差自然冷却方式，冷却效果相对比强制通风方式差；基本柜中也只对电源部份采用了风扇通风，所以模件芯片的实际温度比室温高得多。在现场测试，当室温2

6、1℃时，AP柜功能模件温度在33℃左右，而芯片的工作温度在40℃左右；当28℃室温时，功能模件自身温度达到43℃左右，芯片工作温度高达50℃左右。因此，对于扬二厂TXP而言，即使电子室的温度满足国家行业标准的要求，当室温在21-24℃时，AP模件的芯片实际已经工作在超温状态，何况，过去有时电子室温度高达25-29℃。2003年5月份，加装分体式空调，电子室温度控制在18℃-21℃后，5月至8月期间的AP冗余丢失次数占全年的35%，比已往同期下降了50%。从实践情况看，扬二厂电子室最适宜的环境温度应该在18℃-21℃，电力行业标准不完全适合扬二厂电子室的环境温度

7、要求。3292.2　AP柜模件积尘尘埃聚集到电路版和机架槽的表面，形成覆盖层。这些尘埃在三种情况下会对AP模件产生不利影响。一是积尘受潮后，形成局部短路，烧坏模件。二是在模件更换或新增模件时，尘埃附着在模件与机架槽的金属接触面之间，形成局部接触不良。这种情况在尘埃较多且插模件方法不当时往往会发生，而且这种接触不良的故障不易被发现。三是在较高电压（例如电容）下尘埃产生电离，形成带电尘埃，条件满足时形成放电。尤其在模件积尘和高温同时作用时，更容易引起局部烧坏。电子室内灰尘较多，电子柜机架和模件表面积尘较严重。#1机组AP1就发生过电源模件因表面灰尘受潮发生短路故障

8、。在AP冗余丢失故障中，不明原因的AP