1 引言

DCS系統是計算機技術、自動控制技術、通訊技術和網絡技術等綜合技術發展的產物，DCS的有效使用將使電力生產的安全、穩定、經濟性得到提升。

從2000年開始，某省火電廠DCS改造開始實施，現已完成了對大部分機組的技術改造工作。DCS系統投運后，部分電廠發生了多起與DCS系統有關的故障，導致機組跳閘或負荷波動，影響電網的安全、穩定運行。故障原因的調查和分析結果表明，影響機組穩定運行甚至導致機組跳閘的原因很多，有DCS軟、硬件的問題、設計問題、系統組態問題、安裝調試問題、也有故障情況下處理不當等人為因素。

某省DCS故障起因統計結果表明，做為給DCS系統提供能源的電源系統，其自身的安全、穩定與否，將直接對DCS系統，以至于對整個機組的安全、穩定運行產生重要影響。2003年省內發生了數起與熱工電源系統有關的DCS系統故障，導致機組跳閘，為此組織有關技術人員，對省內熱工電源尤其是DCS電源系統的設計、安裝及聯鎖切換進行了全面的了解，并對現有的電源系統的設計原理及設備運行狀況進行了分析，對設計中存在的不足之處，提出了改進意見。

2 電源設計現狀

省內DCS系統種類較多，電源設計也大同小異，一般采用保安段和UPS 兩路電源通過切換裝置對系統進行供電，由于DCS系統的重要部件對系統的安全運行至關重要，一般均采用了1:1冗余配置，在對冗余配件的供電方式上主要采用以下幾種方式，不同的供電方式，將對系統的安全性產生不同的影響。目前省內DCS電源系統主要有以下兩種設計方案。

2.1 電源設計方案之一

設計方案如圖1所示。

圖1 電源設計方案圖
(1) 設計思想 上圖的電源設計方案為省內大多數機組DCS系統所采用。這種電源設計思路是:電源采用保安段和UPS兩路供電，I/O柜中冗余配置的兩個主控單元(DPU)，如#1柜的1A、1B，為防止電源故障，將各I/O柜中的A組主控單元(1A、2A、3A、4A……..等)的供電回路接在保安段上，各I/O柜中的B組主控單元(1B、2B、3B、4B……..等)的供電回路接在UPS上，而對于操作員站、工程師站、服務器等設備的供電則通過電源切換裝置供電。在I/O柜中，由于冗余配置的兩個主控單元分別由保安段和UPS供電，任何一路電源消失只會使與其相連的DPU停止工作，而另一組DPU會自動承擔該I/O柜的控制任務，一路電源故障時，系統沒有太大影響，但僅有一組冗余設備在工作，系統可靠性明顯下降。而對于操作員站、工程師站、服務器等，由于電源切換裝置一般采用的是UPS優先連接方式，如果保安段電源出現故障，電源切換裝置不動作，供電不受影響;如果UPS電源出現故障，則電源切換裝置將自動切換到保安段，切換后DCS系統由保安段供電。

(2) 設計弊端 目前省內DCS系統電源切換裝置均為機械切換方式，機械切換方式在理論上存在斷點，即由主電源切換到備用電源時存在瞬間的斷電現象，斷電時間的長短與設備本身的切換速度和故障時供電電壓下降的速度有較大關系，若切換時間過長DCS系統將出現斷電現象(設備初始化)，有可能導致控制器發出錯誤的指令而引起熱工保護、聯鎖動作，此外操作員站、服務器等初始化，將導致運行人員在可能長達10分鐘的時間內失去對機組運行的監視和控制手段，這對于正在運行的機組而言是非常危險的。

這種電源設計的另一個不足之處是當一路電源出現故障后，各I/O柜中只有一個DPU處于工作狀態，DCS的可靠性明顯下降。

上述電源設計實際上是建立在切換裝置絕對可靠的基礎上的，而現場設備長期帶電運行，出現故障難以避免，由于服務器、操作員站等由切換裝置供電，切換裝置若發生故障將導致系統癱瘓。

2.2 電源設計方案之二

由于上述電源設計過于依賴切換裝置本身以及切換過程的可靠性，整個系統的安全瓶頸受此制約,為提高可靠性, 省內部分電廠的DCS系統采用了圖2所示的電源設計方案:

圖2 電源設計方案
(1) 設計思想

這種電源設計思路是:電源采用保安段和UPS兩路分開供電，將各I/O柜中的主控單元分為A、B兩組，A組主控單元包括1A、2A、3A、4A……..等，B組主控單元包括1B、2B、3B、4B……..等;把操作員站分為A、B兩組，A組操作員站包括11A、13A、15A，B組操作員站包括12B、14B、16B;兩臺服務器也分為A、B兩組，A組為21A、B組為22B，將DCS系統各主要設備分為A、B兩組后，把A組的主控單元、操作員站、服務器等電源接在保安段上，B組主控單元、操作員站、服務器等電源接在UPS上。采用上述設計方案，可以避免電源設計方案1的弊端，當保安段或UPS電源任何一路電源出現故障，不需切換，減少了故障點，DCS系統均能以最小配置保證機組運行。

(2) 設計弊端

設計方案二也同樣存在不足之處，在一路電源出現故障時，雖然DCS系統能以最小配置保證機組的安全運行，但只要該路電源故障不消失，DCS系統將一直處于最小配置下運行，DCS系統的冗余配置功能將喪失，系統處于極不安全的狀態下運行，可靠性極低。

3 電源改進意見

省內DCS電源設計原理歸納起來主要有上述兩種，兩種設計方案各有利弊，但在可靠性方面均存在不足之處。由于電源系統對DCS系統的穩定運行至關重要，因此有必要對現有的DCS電源系統進行合理設計。

3.1 改進方案

3.2 工作原理

改進后的電源系統如圖3所示。該方案的設計原理是，將DCS系統的冗余設備分成A、B兩組(對設備的劃分和方案二相同)，但與方案二不同的是，A或B組設備不是直接接在保安段或UPS上，而是分別增加了一個電源切換裝置，這兩個電源切換裝置的輸入端分別是保安段和UPS，但這兩個電源切換裝置的優先方式不同。A組的電源切換裝置，其優先電源為保安段，即當保安段和UPS均正常時，由保安段向A組設備供電，當保安段電源故障時，電源切換裝置自動切換到UPS供電，如果切換成功，整個DCS系統工作正常，不受保安段故障的影響，即使切換失敗(切換時間過長)，A組設備將瞬間斷電，而后切到UPS供電，初始化后A組設備恢復到備用狀態，在A組設備掉電、初始化期間B組設備將替代A組設備維持機組的安全、穩定運行;B組的電源切換裝置，其優先電源為UPS，即當保安段和UPS均正常時，由UPS向B組設備供電，當UPS電源故障時，電源切換裝置自動切換到保安段供電，如上所述，不論切換是否成功，都不會影響機組的安全、穩定運行。