分散控制系统SOE性能测试及分析

高雪峰

(江苏国信扬州发电有限责任公司， 江苏 扬州 225131)

0 引言

目前，随着火电机组装机容量的增长和技术水平的不断提高，系统及设备的复杂性也大大增加，单元机组呈现出一个多变量紧密耦合的特性。当设备发生跳闸时将引起一系列的故障保护动作，形成一个故障信号群，有时事件信号达到数百个，在这些信号中快速、正确判断初始事故和原因，一般的分散控制系统(distributed control system，以下简称DCS)历史数据和趋势的分辨力和采样周期已无法满足要求，而事件顺序记录(sequence of events， 以下简称SOE)系统以毫秒级的分辨力获取并记录事件的状态变化信息，成为分析异常和事故的明确有力的线索和支撑。也因此，SOE实际分辨力的高低对准确分析事故原因至关重要，《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》DL/T774等规程规范对此有着明确的要求,SOE分辨力的指标为“不大于1毫秒”。

1 测试要点

由于分散控制系统经过长期运行后，硬件电路、电子元件出现老化，SOE系统可能会出现通道失灵、漏记、错记等现象，因此根据技术监督导则等规程要求，SOE分辨力的测试是机组A级检修中DCS性能测试的重点内容之一。该试验项目一般由各省网电科院及发电集团科研院承担开展。试验仪器一般也是时间精度在0.1 ms左右的高精度信号发生器。

查阅业内一定数量的SOE分辨力测试报告，发现有部分单位测试的过程和结果过于简单、流于形式，并没有对SOE性能进行全面、深入的测试和挖掘，典型问题如：仅对同一卡件或者同一控制器上的SOE信号进行分辨力测试；取样时未对通道、卡件的顺序进行打乱、交叉；测试过程取样次数过少；各次测试过程的信号输出时间精度台阶不规范。

由于影响SOE分辨力的因素除了开关量输入卡件的扫描周期，还有不同卡件及不同控制器的基准时钟误差和时钟同步误差，因此不完善的试验内容并不能充分反映出单元机组SOE的完整性能指标，即未对单元机组的SOE性能进行充分、全面的考验和测试。因此，开展SOE分辨力测试的过程必须注意以下要点：

(1)从试验内容来看，需要完成以下几个不同范围的SOE分辨力测试项目，以达到全面掌握单元机组SOE分辨力性能的目的：A.同一控制器同一卡件SOE信号的分辨力测试；B.同一控制器不同卡件SOE信号的分辨力测试；C.不同控制器SOE信号的分辨力测试。

(2)从试验方法来看，各个试验工况下所选取的若干被测通道在接入高精度信号发生器时应满足如下要求，以满足对SOE分辨复杂工况的测试要求：将被测通道按照通道号、所在卡件号、所在控制器号进行打乱、交叉。防止输入信号顺序与被测通道、卡件、控制器顺序相一致，造成分辨力测试不充分。

(3)从试验过程来看，必须按照以下过程开展单个SOE的测试项目，从而准确测试出各个SOE试验工况的具体分辨力指标：每个工况由1 ms时间间隔开始测试，逐步增大间隔，直至系统能准确分辨触发顺序。

(4)从试验结果的可靠性和准确性来看，每个试验样本的数量必须达到一定的要求，因此对于取样的要求如下：每个工况每个时间间隔的测试不少于3次。

按照上述试验要点和规范，对目前业内主流DCS控制系统进行抽样测试，结果如表1所示。

表1 SOE分辨力测试结果比对

注：本文仅从技术角度进行讨论，故隐去控制系统品牌名称。

由表1可见，除品牌1以外各DCS系统同一控制器同一卡件信号的SOE分辨力均能达到规程要求的1 ms，而同控制器不同卡的测试结果仅有一半系统能够达到要求，至于不同控制器SOE分辨力的测试结果仅有品牌6达到了1 ms。其原因一方面是控制系统生产较晚，技术水平相对较新，另一方面投产年限较晚也决定了该DCS控制系统的老化程度较少。

2 问题分析

总结对一定数量的单元机组SOE分辨力测试过程及结果可以发现，除上述分辨力指标外，在DCS的设计和管理中还暴露了以下典型问题：

(1)SOE标签设置不规范。部分单元机组存在SOE通道和信号的标签设置混乱、重复，部分机组SOE通道的标签在测试前甚至没有设置，造成在SOE测试中报表信息混乱，一旦发生事故需要调取数据进行分析，则根本无法满足需要，甚至会造成错误的分析结论。此问题往往是DCS管理不完善造成。

(2)SOE信号选取不严密。很多电厂在基建设计时并没有对接入SOE的信号进行严格审查，造成虽然分辨力达标，但是SOE库中非重要信号占据相当数量，而很多与机组安全运行有直接关系的重要信号反而没有接入。在事故分析时SOE不能起到支撑作用，电厂只能再通过趋势曲线进行分析，其时间精度当然不能满足要求，也大大降低了SOE的使用价值。此问题一般是基建设计时考虑不全面所致。

(3)SOE报表格式不科学，如某品牌DCS的SOE报表中，相近时刻触发的SOE信号不是按触发顺序排列，而是先按控制器排列，再按触发时间排列(触发时间有显示)，造成记录时间重叠的信号无法分辨先后顺序，报警信号密集时往往不能满足事故分析的需要。此问题属于DCS的设计问题，需要DCS厂家在升级过程中进行优化。

(4)不同控制器间SOE信号分辨力测试结果严重超出规程要求，甚至达到若干分钟，一旦一次异常中连续触发了不同控制器的SOE信号，系统无法准确分辨事件顺序。目前这种问题已在多个品牌DCS系统的测试中暴露，属于重大安全隐患。经厂家反馈，有的品牌DCS中此类问题是由于软件设置、控制器对时存在问题所致，处理后可以解决。而有的品牌DCS原始设计思路中即将所有SOE信号配置在同一控制器，针对将SOE通道配置在两个及以上控制器所引发的精度较差问题在硬件不升级的情况下则无法解决。

3 完善建议

(1)针对DCS电子电路老化造成分辨力不佳的问题，建议根据测试结果和检修周期，合理安排卡件更换，并在机组运行中按要求维持电子间的温湿度，减缓因环境因素造成的电子元件老化。

(2)电厂热控专业全面检查SOE数据库的标签配置，同时与发电部等部门协同，梳理、完善SOE数据库的信号选取，确保主、重要保护的相关信号进入SOE数据库，方便运行人员在事故发生后迅速了解事故过程、判断事故原因。

(3)对于任意卡件均可以定义为SOE卡的系统，仍应将SOE信号集中分布，避免因过多卡件设置为SOE卡件造成系统资源占用过多，同时还应注意所有SOE信号必须直接由现场接入，除指令外严禁由其他控制器转接。

(4)针对不同控制器间SOE信号分辨力超标的问题，电厂应与DCS厂家对控制器对时及时钟同步、扫描周期、运算相序等相关问题进一步检查、完善，尽早消除缺陷。DCS制造厂也应与时俱进，针对其SOE硬软件自身的不足，从结构、器件以及技术等多方面不断地提高和发展，使其SOE 功能、性能满足电力行业有关规程规定要求。对于短时间无法解决的机组，则应利用检修机会将所有SOE信号配置至同一控制器。

(5)应将SOE分辨力测试等DCS性能工作作为A修必须完成项，通过这些试验检验DCS控制系统的工作状态，提前消除安全隐患，避免因DCS原因对机组安全运行造成不利影响。

4 结语

稳定且分辨率高的SOE系统可以指导运行、检修及相关专业人员及时、准确分析事故原因、排除故障, 全面提高电厂的运行管理水平。希望本文所介绍SOE性能测试工作的要点及完善建议可以给各发电企业和DCS制造厂同仁以借鉴，提高发电机组DCS的设计、制造、运行及维护水平。