分散控制系统安全运行的探讨

分散控制系统安全运行的探讨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TelepermXP(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全运行的隐患。……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；模件和机架积尘的影响多数情况是显性问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，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21℃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要求。2.2　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。在AP冗余丢失故障中，不明原因的AP模件损坏现象也常有发生，积尘影响是其中的一个因素。2.3　硬件的随机故障硬件的随机故障导致AP冗余丢失的问题，一方面是设备使用过程中，模件随机损坏。究其根源，有强电串入、有人为因素、有质量问题、有自然损坏、也有不明原因。从调试至今，#1、#2机组AP各种模件损坏近百块。在运行过程中，一旦发生AP的网络通讯模件、柜间通讯模件或CPU模件等损坏，相应的AP就会失去冗余或者发生主从切换后失去冗余。另一方面，TXP设备渐近老化期，模件之间的连接或接地性能逐渐下降，简接引起AP故障。设备老化问题主要反映在AP模件、机架连接和“三地”性能。AP柜模件间的连接故障会直接引起AP冗余丢失。2003年第四季度，#1机组AP5连续6次冗余丢失，采取了多种处理 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，从复位、冷启、传代码、换模件到热线诊断等多种 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，从处理结果看，AP5先发生CP1430模件故障，后又出现AP机架CP槽与模件的接触不良，更换槽位后系统运行正常。2.4　AP相关软件的固有缺陷软件问题引起AP冗余丢失主要分两种类型，一类是系统支撑软件的不完善，另一类是通讯软件的性能差。通讯软件的缺陷又主要表现三种情况，一是AP的通讯管理软件对出现瞬间通讯延时的处理不当，二是CP1430偶尔存在通讯延时，三是APF120固化程序存在缺陷。TXP系统制造商针对各地用户的运行缺陷，已经发布过大量的软件补丁。我公司#1、#2机组使用的TXP系统支撑软件也发生过多次问题，接受和安装过相应的软件补丁。但补丁软件过多时会影响系统软件的运算效率，所以更有效的改善 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 是软件升级。AP中用于管理通讯的软件性能比较差，CPU与CP1430传递信息时如果发生延时（例如CP1430瞬间故障），原来的通讯管理软件就认定与CP1430之间有故障，立即停运CPU，使AP冗余丢失。对CP1430模件来说，也存在数据传送的软件问题，在启动态时，会使AP偶然地出现信息丢失，或使APF偶然地出现通讯中断，引起AP冗余故障。2003年11月12日、12月`3日和12月7日，#2机组AP21连续三次发生相关通讯故障，就是由于CPU与CP1430通讯瞬间延时，AP管理通讯的软件判定为通讯故障，造成冗余丢失。APF120的固化程序通讯性能较差。制造商已经开发了新的AP通讯管理软件，对判断通讯延时故障有了改进，在连续三次检测到通讯信号延时，才认定为通讯故障。这样，冗余丢失的概率将会下降。2.5　AP负荷率高AP运行时主从CPU都在同时工作，主CPU直接进行参数检测、数据交换、上传信息、接受指令和控制就地设备等工作，从CPU随时保持与主CPU相同的数据信息，主从CPU之间按一定的指令周期进行同步。AP对CPU的负荷率有一定的要求，如果负荷率过高，CPU的工作任务繁重，尤其会减慢通讯速率，再加上过去AP的通讯管理软件有缺陷，如在一定周期的时间片内检查不到信息，就认为通讯延时，随即停运CPU，导致AP冗余丢失。历史情况也证实了这一点，凡是负荷率高的AP，其冗余丢失的概率也就相对较高。#1、#2机组的AP6、AP20和AP21的负荷率都在66-69%之间，大大超过了规定的负荷率标准，所以AP6、AP20和AP21的冗余丢失情况也较为频繁。针对这种情况，扬二厂对#1、#2机组AP20、AP21和#1机组AP6进行了扩容改造，其负荷率均已低于规定指标。#2机组AP6采用了延长采样周期的方法来降低负荷率，但效果不佳，负荷率仍达59%。2.6　静电对AP模件的破坏DCS模件的MOS芯片对超高压非常敏感，而人们在日常工作中随时都可能产生静电。人在塑料地板上行走可产生12000V的静电，坐在软垫椅子上可产生18000V的静电，在使用塑料杯时可产生5000V的静电，在翻阅塑封面的书籍杂志时可生产8000V的静电。如在检修AP模件前不放掉静电或工作时不防止静电，就有可能破坏AP模件的芯片。静电对模件的破坏往往是隐性的，这就容易引起人们对防静电的疏忽。为了保护模件防止静电，TXP的手册中明确要求，在打开柜门进行工作前，操作人员必须先释放身上的静电。操作时必须戴有良好接地的防静电靴或防护带。但在TXP调试和投运初期，在很多场合基本上没有采取有效的防静电措施，这给整个TXP系统带来了隐患。而静电损坏的模件不一定立即造成AP模件不能使用，在许多情况下，模件在运算负荷增加或外界温度发生变化时，才影响模件的固有性能或破坏有效数据。所以，在AP的运行环境超温、AP负荷率的瞬间增大和模件的静电破坏的影响同时作用时，隐性状态就会转变为AP冗余丢失的显性状态。3　AP冗余丢失的治理3.1　改善AP运行环境，立足长久效应①根据扬二厂的目前情况，电子室温度要求应严于行业标准，最合适的环境温度应控制在18℃-21℃，室温也不能太低，以免产生结露。可采用现有中央空调与分体式空调互补使用的方式。继续使用现有中央空调系统，同时利用分体式空调对电子室温度进行细调控制。②在有条件时，改善现有AP扩展柜的内部降温方式，将目前的柜内利用温差的自然对流换热方式改为使用风扇的强制对流换热方式。可在AP扩展柜的中间层加装向上排气的风扇，使AP功能模件得到有效降温。这样，即使在电子室温度稍高于21℃时也能确保模件不超温。③电子室的湿度控制在45%-70%范围，防止或减缓机架背面的绕接线和其它硬接触的金属表面氧化。④加强现有空调系统的定期维护。定期清理或更换中央空调入口的滤网，以便有效阻挡尘埃。对AP柜底下夹层的水泥地面进行油漆或喷塑，防止水泥地面风化后形成灰尘。⑤在电子室加装专用静电释放装置，进入电子室的工作人员先行释放带入的静电；工作过程中，随时带好防静电护套（腕套或脚套），装拆的模件放在防静电毯上或直接放在抗静电地板上；备品流转过程中，无防静电措施不能触摸模件。⑥提高TXP系统各类模件的备品质量，改善模件备品库的环境温度条件，尤其要改善热控班组临时备品库的环境温度条件。3.2　根治软硬件缺陷，改善AP系统性能①观察并处理TXP系统的硬件老化问题。对投运至今未更换或升级过的AP柜模件进行登记和跟踪运行状况，发现异常迹象及时更换新模件；对机架槽进行防风化腐蚀处理，大小修时拔下所有模件，使用废旧模件对机架槽逐个进行数次插拔，清除表面风化物，然后对机架槽进行吹吸式清理；对通讯连接电缆的插头和插座，要防止金属表面氧化造成接触不良，可定期对金属接触面的污蚀和氧化层进行清理；定期对AP柜及其模件进行吹吸式除尘。②合理调整AP各模件的软硬件版本。凡购置新模件，软硬件版本应统一到目前所使用的最高性能的版本；同一类型的模件尽可能统一为相同的软硬件版本。③安装新版的AP通讯管理软件（Control.mc5），解决#1机组各AP判断通讯延时的性能差的问题，改善AP系统因CPU与CP1430瞬间通讯延时造成的冗余丢失。④对#1机组AP的CP1430模件进行软件升级，解决#1机组各AP的CP1430数据传送时，出现偶然性的数据瞬间丢失问题。⑤对APF120自动处理器的固化程序进行升级，解决#1机组APF数据处理性能差的缺陷。⑥解决目前各AP柜长年报警的问题，删除DAS废点，消除所有的无效报警源；DAS废点清除后，AP可节约检测废点故障的时间资源，从而可降低AP运行的负荷率。3.3　定期检查AP工况，及时处理隐患①采用在线传代码的方法，定期检查AP是否存在隐性的故障。可在停机检修TXP前，分别对各AP进行在线传代码，如果代码传不下去，则相应AP一定存在内部故障。针对故障情况进行分析，查找具体原因，予以消除。②在处理AP冗余丢失故障时，即使从CPU已恢复运行，且状态灯显示正常的情况下，仍然不能保证AP的冗余一定正常建立，还应检查ASD报警和SOE的记录信息。③定期检查AP机柜地、信号地、电源地的接地情况和机柜间电势差，发现异常及时处理。④定期巡查AP柜故障诊断模件的灯示状态，若发现异常，进一步检查AP冗余情况。⑤观察#2机组AP6负荷率的变化情况，尤其关注AP7数字量负荷瞬间增加与其它AP的模拟量负荷的区别。⑥加强对TXP系统的日常维护，尽早发现并消除隐患。4　结束语扬二厂在提高DCS的可靠性方面做了大量的工作。尤其在完善TXP性能、治理AP冗余故障方面进行了长期的探索和尝试，取得了一定的成效。但AP冗余丢失的问题，是复杂的多因素过程。当主要的显性和隐性问题解决以后，一些原来次要的因素又可能转变为新的主要因素，需要勤于探索、勇于实践，才能维持DCS的健康运行，确保机组安全稳定运行。第1页本文部分内容来自互联网，不为其真实性及所产生的后果负责，如有异议请联系我们及时删除。