0 引言

目前，随着计算机技术和现代控制理论的发 展，DCS（Distribution Control System，分散控制系 统）实时监控功能日趋完善，在发电领域的应用也 愈加广泛，DCS是机组控制系统的重要组成部分，其 运行特性会直接影响整套机组的运行性能。近年 来，DCS控制功能及控制对象发生了明显的变化，如 果设备选型和逻辑组态不够科学、合理，可能会降 低DCS的可靠性，影响机组的安全稳定运行。 1 DCS运行中常见问题

某发电厂装机为6台330 MW机组，机组在运行 过程中曾出现过以下一些与DCS有关的问题：

（1） 2 号机组DCS 供电电源UPS 装置出现故 障，造成DCS失电后，机组被迫紧急停机。

（2） 4号机组DEH系统自带蓄电池由于电池容 量小，在带负荷后很快就失去作用而造成失电。

（3） 5号、6号机组电气开关量信号反馈未经物 理隔离就直接送至DCS卡件上。因DCS的I/O卡件 自身抗干扰能力弱，致使强电窜入弱电回路造成安 全隐患。

（4） 热工专业与其他各专业信号的相互联系、 交叉接线很多，存在事故隐患，如易造成状态量反 馈误报等。 2 处理方法 2.1 DCS电源可靠性方面

为了确保发电机组在任何方式下DCS都可以 正常工作（极端情况如全厂失电时也能确保运行正 常）^[1]，工作电源的功能设计十分重要。目前，发电 厂DCS 的供电电源都为大功率、不间断交流电源 UPS提供的220 V交流电。经分析认为，单元制发 电机组DCS的电源可以采用发电厂内大容量的直 流电源。

（1） DCS由多面盘柜组成，而每面盘柜内都有 静态双路电源切换装置和高频开关稳压电源，只不 过高频开关电源在设计时其输入侧均为交流220 V （如FOXBORO、新华、西门子等系统），图 1为其原理 示意图。

图 1(Figure 1)

图 1 高频开关电源原理示意图

从图 1中可以看出，输入端的第1个元件是桥 式整流器；整流器输出的直流电作为逆变用的功率 三极管的电源；再经过高频变压器正反馈产生1个 高频振荡的矩形波电压；最后在高频变压器的另1 次级绕组输出平滑的直流电压。高频开关电源既 可以输入交流电源，也可以输入直流电源。

（2） DCS 各卡件真正需要的电源是DC24 V、 DC48 V等，UPS的220 V交流电源都需要经过高频 开关电源的逆变降压后才能使用，这是目前设计导 则规定的^[2]。而使用DC220 V电源则不存在技术问 题，输入侧是交直流两用的开关电源，只要其满足 稳定性和可靠性要求即可。

（3） 发电厂内的直流电源可供自动装置和继 电保护装置使用，也完全可以供DCS和其他对电源 要求较高的设备使用。无论新建机组或老旧机组 进行改造，其DCS 都可以充分利用直流电源。当 然，需要采取相应的安全措施来保证直流系统的安 全，使其容量和绝缘水平满足有关规程的要求^[3]，这 样完全可以将价格昂贵的UPS取消，节省大量的成 本和维护工作量。

（4） 单元制发电厂内每台机组直流系统蓄电 池组至少为2组^[2]，每组蓄电池容量都在800 Ah左 右，机组容量越大蓄电池组容量也越大。正常运行 时，蓄电池组负荷率约为10%，只需略微增加电池数 量，即可满足最大用电方式需求，一次性投入少、维 护也简单。

（5） 使用直流电源是最安全可靠的，因为直流 系统是分散式布置，任何直流设备都至少为2套，如 图 2所示。高频整流模块更是设计为多块同时运 行，其中1个故障绝不会影响到整个系统的正常运 行，同时出现故障的概率更是微乎其微。而UPS则 一般是每台机组配置1套，但UPS只要投入运行就 很难有停电检修机会，并且配件昂贵、维修困难，一 旦出现问题就会导致机组停运。

图 2(Figure 2)

图 2 DCS机柜电源分布示意图

（6） 操作员站、历史站、工程师站配置的计算 机所用电源都是AC220 V，因其容量有限，也可以采 用DC220 V逆变成AC220 V电源模块供给，现各主 流品牌的电源模块完全可以满足其各项指标要求。

总之，从安全、价格、性能等因素综合分析，DCS 使用直流系统供电既能保障设备安全，又可节约大 量成本，将会是今后技术发展的必然趋势。 2.2 DCS电气开关量接口问题

目前，很多电厂都存在电气开关量信号反馈未 经物理隔离就直接送至DCS卡件的情况，这种设计 思路往往为了节省投资，但会给设备日后的运行维 护留下很多的隐患和问题。 2.2.1 强电窜入弱电回路

发电厂的设备间内，电气设备与热控设备一样 也是无所不在。电气设备因其电压高，更容易出现 各类问题，最常见的就是因环境因素导致强电窜入 到DCS卡件上，造成热工通道烧毁等故障。 2.2.2 感应电对DCS造成干扰

《防止电力生产重大事故的二十五项重点要 求》^[4]规定接入到DCS控制电缆的屏蔽层在盘柜处 单端接地，而要求电气控制电缆的屏蔽层必须是2 端接地。因这2个专业对接地的要求不一致，如果 电气送至热控的电缆没有进行物理隔离，相对于热 控自身信号来说，电气电缆的感应电是很强的。此 时，如果接地点或接地网存在缺陷，就会出现很多 异常现象^[5,6]。

通过隔离能够避免强电窜入而损坏通道，建议 各类电气开关量在接入到DCS卡件前最好先经隔 离继电器进行物理隔离，图 3、图 4为目前普遍采用 的2种隔离方式^[6,7]。光隔式较继电器式具有功率 小、体积小等优势，是今后的发展方向。以隔离继 电器为界，热控、电气专业对电缆屏蔽层接地的反 措要求都可以得到满足。北方联合电力有限责任 公司达拉特发电厂各机组DCS在改造时，都加装了 隔离继电器屏，较少的投资费用即可彻底解决问 题。

图 3(Figure 3)

图 3 光隔式隔离方式

图 4(Figure 4)

图 4 继电器式隔离方式

DCS画面及逻辑组态中用来表示某一设备的运 行或停止状态，通用方法是取用电气开关的常开或 常闭辅助触点的状态反馈。而目前有些DCS设备 厂家或设计单位技术人员只取用电气开关的常闭 或常开的1对接点定义为1种状态，组态时取其反 定义为另1种状态，这样投运后往往会因为控制保 险熔断、运行人员停电操作造成备用设备误联起等 不安全事件。

建议采用凡是由DCS控制的泵与风机的状态 反馈都采用电气开关常开、常闭辅助接点同时接入 的方法（即电气开关的常开接点反馈断开，常闭接 点反馈回来时才能认为开关确实断开；当2种情况 都有或都没有时，认为开关的操作电源保险熔断， 此时联动条件不起作用），避免泵或风机不正确联 动^[8]。

汽轮机的保护与DEH大都需要引用电气发变 组出口开关的分、合闸位置状态量，但以下2个问题 需要注意：

（1） 开关量未直接从开关就地的辅助接点上 引用，而是从电气控制屏三相操作箱内的合闸位置 继电器上取用。这种接法的优点是距离近、无干 扰，且只需取用1对接点即可，但弊端是当三相操作 箱出现操作电源失电时继电器就会返回（如选择直 流接地或保险熔断），造成DEH误判发电机出口开 关断开。如果采用这种设计形式，则必须将三相操 作箱内的继电器更换为双位置继电器^[9]。

（2） 若取用了电气发变组出口开关辅助接点， 但因距离电气开关位置较远、DEH自身检测电压 低，在变电站强的电磁干扰情况下，DEH很容易接 收到虚假的辅助接点动作信号，故这种设计方式需 要完善抗干扰措施^[8,9]。

热工与电气专业之间相互送传送的各类指令、 反馈信号越多，对可靠性的要求就越高。在设计施 工阶段，如果各专业之间衔接的图纸没有标记清楚 或施工、调试质量不佳，会造成设备正式投运后的 遗留隐患多，因此需要在设备传动、验收阶段把好 质量关。 3 结语

北方联合电力有限责任公司达拉特发电厂通 过对与DCS相关联的电源问题、卡件抗干扰问题、专业设备接口问题 等进行研究分析，提出相应的解决方案，结合现场 实际情况进行了改进，有效地降低了机组DCS存在 的安全隐患，为发电厂的安全稳定运行提供了保 障。