火电厂分散控制系统性能测试方法研究.pdf

2 0 1 6年 8月 第 4 4卷 第 4期 总 第 2 4 5期 A u g． 20 16 Vo 1 ． 4 4 No ． 4 S e r ． No ． 2 4 5 火 电厂分散控制系统性 厶 匕 泪PA “ J 试方法研究 Re s e a r c h on Pe r f o r ma n c e Te s t M e t h o d o f Di s t r i b ut e d Co nt r o l S ys t e m i n The r ma l Powe r Pl a n t 司瑞 才 ， 张 锷 。 ， 刘 磊 ， 徐 雨 红。 1 ． 国 网吉林 省 电力有 限公 司电 力科 学研 究 院 ， 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 ． 华 电 电力科 学研 究院 中南 分 院 ， 武 汉4 3 0 0 0 0 ； 3 ． 华 电 国际 电力股份 有 限公 司 朔州 热 电分公 司， 山 西 朔 州0 3 6 0 0 0 摘 要 针对 D L ／ T 6 5 9 --2 0 0 6 火力发 电厂分散 控制 系统验 收测试规 程 中部分 分散控 制系统 D C S 性能 的测试 项 目未 具体介绍其 测试方法 ， 详细 阐述 了 D C S性 能测试体 系 ， 给出 D C S控 制周期及 系统响应 时间 、 事件顺 序记 录 系统 S OE 功能 、 抗 干扰能力及 网络 的测试方 法 。 此测试方法在实 际应 用中多次发现 D C S在 运行 中存在 的问题 ， 为 DC S厂 家的系统升级提供 了依据 。 关键词 分散控制系统 D C S ； 事件顺序记 录系统 s E ； 差模干扰 ； 共模干扰 ； 测试 中图分类号 TK3 2 3 文献标志码 B 文章编 号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 1 6 0 4 0 0 1 6 0 3 分散 控制 系 统 D C S 性 能 的稳定 和 可靠 直 接关 系到 发 电 机组 的安 全 经 济运 行 ， 因此 热 工 各 控 制 系 统 的可 靠运 行 已逐 渐成 为关 注 的重 点 。 D I ／ T 6 5 9 2 0 0 6 { 火力 发 电厂 分散 控制 系统 验 收测试 规 程 专 门 用 于指 导 D C S的性 能测 试 ， 但其 在 部分 性能 的测 试 项 目上 ， 只是提 及需 要测 试 的项 目， 具体 测试 方 法不 够 深入 与细 致 。本 文从 D C S实 际 测试 出发 ， 对部 分 性 能进 行 了细致 的测 试 ， 可操 作性 较 强 ， 对 性 能测 试 中尚未 很好 开展 的一 些项 目测试 方法 进行 探 讨并 加 以补 充 和完 善 。 1 DC S控制周期 的测试 D C S控 制 器 主 要 实 现 数 据 传 输 和 数 据 运 算 功 能 ， 由于不同的控制站所包含 的运算逻辑和控制变 量 不 同 ， 不 同 的控制 功 能对 运算 速度 的要 求 也不 同。 为 了确 保 D C S的功 能 、 性 能满 足机 组 安全 运 行 的需 要 ， 达到 DL ／ T 6 5 9 2 O 0 6 要求 ， 需要对其进行周期 性 的测 试 ， 以 了解控 制器 的运 行情 况 ， 一旦 发 现控 制 器运算周期大于系统设定的运算周期 ， 可 以提醒热 工技术人员综合检查该控制器 的运算负荷及控制器 的运 行 性 能 等 ， 做 到 防 患 于未 然 。具 体 测 试 步 骤 如 F。 a ． 选 择被 测 分 散 处理 单 元 DP U 所 在 的 站 ， 在 该 站 的逻 辑 中加 入 翻转 模 块 ， 并 将 该 模 块 通 过 该 站 的备用 DO通道输 出 控制器冗余切换及 网络切换 均 可 以用此 逻辑 进 行测 试 。 b ． 通 过高 速数 据 记 录功能 记 录切 换 变化 信号 。 e ． 观察 状态 波 形 ， 利 用 公式 1 计 算 控制 器 的 控 制周 期 丁。 7 一 2 一t 1 ／ 1 式 中 ￡ 为测 试 记 录起 始 时 间 ， 为测 试 记 录结 束 时 间 ， 为试验 记 录 的控制 周 期 。 2 S OE系统 功能 的测试 事件顺 序记 录 s OE 系统功能是 D C S的重要 功能 ， 在机组运行及事故分析 中具有不可替代的作 用 ， 它可 以协助 运行 人员 确 定事 故起 因 ， 分 析事 故 过 程 ， 并排除安全隐患 。 S OE系统要求 以 m8级的分辨 率分辨各事件信号状态变化的先后次序 ， 为热工和 电气设备故障分析提供有力的证据。为 了确保 S OE 系统 的功 能 、 性能 满 足机 组安 全 运行 需要 ， 达 到 行业 要求 ， 需要对其进行周期性的测试 。 收 稿 日期 2 0 1 6 0 5 一 l 7 作 者简介 司瑞才 1 9 8 3 ， 男， 工程师 ， 从事大型 火电机组 热工 自动化控制调 试及试验 工作 。 1 6 2 0 1 6年 8月 第 4 4卷 第 4期 总第 2 4 5期 Au g．2 01 6 Vo 1 ． 4 4 No．4 S e r ． No ．2 4 5 S OE系统功能测试采用便携式 D C S性能测试 仪 ， 选 不 同的 S OE系 统 输人 通 道 ， 在 各 通 道 输 入 同 一 开关量信号 ， 检查 D C S事件记录。用脉冲信号发 生 器发 出 的脉 冲 长 度 为 5 0 ms 如 图 1所 示 ， 每路 脉冲前后间隔固定时间 的多路脉冲测试 s O E的 实际 时间 分辨 率 。测试 步骤 如下 。 a ． 将可编程脉 冲发生器的输 出接入 S OE系统 同一输 入 卡 的 4个 通道 。 b ． 可编 程脉 冲发 生器 上设 置脉 冲波 形 见 图 1 ， 脉 冲前 后 间隔 设定 为 0 ． 8 ms 。 C ． 在 可编 程脉 冲发 生器 上按 触发 键 发 出 4个单 脉 冲信 号 。 d ． 在操作员站上打印 S OE系统事件触发信息 ， 检查 s oE系统记录信号是否正确 包括 S OE系统 信号上升沿和下降沿的记录顺序 。如果正确 ， 则缩 短脉冲前后间隔的时间 ； 否则加长脉 冲前后 间隔的 时间， 直到找出S 0E装置 内同一 I ／ O 卡件的最小时 间分 辨率 。 e ． 将 脉 冲 发 生 器 的 4路 输 出接 入 S OE系 统 记 录仪 的不 同输 入 卡 的 4个 通道 ， 并 重复 b ～d步 骤 ， 找 出不 同 S OE装 置 的不 同 I ／ O 卡 件 点 的最小 时 间 分辨 率 。 f ． 如 S OE装置 的触发信号源经 中间转换元部 件 ， 则在转换装置的入 口接入 4路测试信号 ， 检验经 中间转 换 装 置 后 S O E 系 统触 发 点 的最小 时 间分 辨 率 。 △t 图 1 S O E测试脉 冲 3 DC S抗干扰能力 的测试 差模 干扰 和 共模 干扰 是 电子 、 电气产 品受 到 的 主要 干 扰 ， 它们 可 以对 周 围产 品的 稳定 性 产 生 严 重 的影响， 因此 ， DL ／ T 6 5 9 --2 0 0 6要求 ， D C S的模 拟 量 卡件 AI 应具有一定 的抑 制共模 干扰 和差模 干 扰 的能 力 ， 其 中差 模 抑 制 比 NMR 和共 模 抑 制 比 C MR 是衡 量 D C S抗 干 扰 能力 的重 要 参 数 。D C S 厂家说 明书里一般提供其 AI 模件 的这两项参数 ， 由于 DC S长 时 间不 间断 地 工 作 ， DL ／ T 6 5 9 -- 2 0 0 6 要 求需 要 对 差模 干 扰 和共 模 干 扰 能力 进 行 测试 ， 使 其满足一定的指标 。 3 ． 1 差 模 干扰 差模 干扰 指 的是 干扰 电压存 在 于信 号线 及其 回 线 信 号 地线 之 间 ， 干 扰 电流则 是 在 导线 与 参 考 物 体构成的回路中流动 ] 。 测 试 时 ， 首 先 在 D C S输 入 端 子 处 按 图 2接 线 ， 然后采用模拟量测试信号发生器 ， 在 D C S被测通道 加入测试信号 ， 加大测量信号至 中值 ， 逐渐加大干扰 正弦信号的幅值。 在 DC S工程师站检测通道数值的 变化 ， 记录数值 ， 依据公式 2 计算出通道 的差模 抑 制比。实际差模干扰电压引起的通道误差应满足公 式 3 的要 求 。 RN M 2 0 1 g 2 ， ． ≤ o ． o 5 ％ 3 式 中 R M 为差 模 抑 制 比， 【 ， 为 干 扰 电压 ， A U 为引 入干扰 后 的 电压 偏差 ， 为 变送 器 回路 中的交 流分 量 峰一 峰值 与 变送 器量程 之 比。 _ U I ／ o 站 信源号 图 2差 模 抑 制 比 测 试 接 线 3 ． 2共模 干扰 共模干扰指的是干扰电压在信号线及其 回线上 的幅度相 同， 这里的电压 以附近任何一个物体 大 地 、 金属 机箱 、 参 考地 线板 等 为参考 电位 ， 干 扰 电流 则是在导线与参考物体构成的回路中流动_ 2 ] 。 D L／ T 6 5 9 2 O 0 6中只给 出 了 C MR 的测量 方 法 ， 未 给 出测 量 模 件抗 共 模 干扰 电压 能力 这 个 参 数 ， 建议 采 用 与 差模 干 扰 电压相 同 的判定 形式 进行 考核 。 测试时 ， 首先在 D C S输入端子处按图 3接线， 然后采用模拟量测试信号发生器 ， 在 D C S被测通道 上加入测试信号 ， 加大测量信号至中值 ， 逐渐加大干 扰信号的幅值 。 在 D C S工程师站检测通道数值 的变 化 ， 记录数值 ， 依据公式 4 计算出通道 的共模抑制 1 7 2 0 1 6年 8月 第 4 4卷 第 4期 总 第 2 4 5 期 Au g．2 0 16 Vo 1 ． 4 4 No ． 4 S e r ． No ． 2 4 5 比。实 际共模 干 扰 电压 引起 的通道 误 差应 满 足公式 5 的要 求 。 2 0 1 g 4 ≤ 0 ． o 5 ％ 5 式 中 R M 为共 模 抑 制 比， 为干 扰 电压 ， △ 为 引 入 干扰 后 的 电压 偏 差 ， lN为变 送器 回路 中的 共模 电 压 交流时为峰一 峰值 与变送器量程之比。 实 际共模干扰 电压值应小于输入模件抗共模 电 压 能力 的 6 0 。 信源号 I ／ o站 C ． 通过高速数据记 录功能记录状态变化信号 。 d ． 拔 下 工 作 的通 讯 模 块 ， 备 用 通 讯 模 块 投 入 工 作 ， 采 集该 D O 通 道 的状 态变 化数 据 进行 分析 。 4 ． 2 D O S通 信 网络 负荷 率 的测试 DC S通信 网络负荷率 的测试 ， 主要任务是在多 种 工 况 下 测 试 D C S通讯 网络 中 占用 最 多 的 发 送 者 和接 收者 ， 并 结合 过程 站 中控 制器 的组 态情 况 ， 考 察 通讯 的分 配是 否合 理 。繁 忙 工况 下数 据通 讯 总线 的 负 荷 率 不得 超 过 3 O ， 对 于 以 太 网则 不 得 超 过 2 0 。 实际测试工作 中， 采用 n e t wo r k s网络测试 仪 ， 对 D C S的 网络 进 行 测 试 。首 先 将 测 试 仪 接 入 交 换 机 ， 若测 试仪 链路 速 度指 示灯 显示 为 “ 蓝 色 ” ， 表 明该 网络的网速为 1 0 0 Mb i t ／ s ； 若测试仪链路速度指示 灯 显 示 为“ 红 色” ， 表 明该 网络 的网 速 为 1 0 Mb i t ／ s 。 进行测试 时， 链路利用率指示灯显示为“ 闪烁” ， 网络 测 试 仪会 根 据设 定 的事 件 周 期 ， 记 录 每 个 节点 网络 的通讯负荷率 。 图3 共模抑制比 测试接线 5 结 论 4 D C S网络 i 贝 0 试 D C S网络测试包括 DC S通信总线容错 冗余 能力 的测试和 D C S通信 网络负荷率的测试。 4 ． 1 D O S通信 总线 容错 冗余 能 力的测 试 在任意节点人为切断每条通信 总线 ， 系统不得 出错或出现死机情况。切、 投通信总线上 的任意节 点 ， 或模拟其故障 ， 总线通信应正常。 容错 冗余 能力 的测试通过 间接方法进行 ， 状 态 通过 DC S的备用 DO 通道输 出 。测 试步 骤 如下 。 a ． 选择被测试 的通信卡所在站 ， 在该站逻辑 中 加入翻转模块 t P 门输出接输入 并将该模块输出设 置为上 网点， 通过通讯卡发送到通讯总线。 b ． 在 另一 个 站 接 受该 上 网点 ， 在 该 站逻 辑 中加 入 上网点状态并 直接通过该站 的备 用 D O 通道输 出 。 1 8 本 文 从 应 用 的角 度 出发 ， 阐述 了火 电机 组 DC S 性能测试的体系 ， 并 给出了 DC S控制周期及 系统响 应 时 间 、 S OE功 能 、 抗 干 扰 能力 、 D C S网络 的测 试 方 法 。这些 测试 方法 已在工 程实 践 中得 到 了广 泛 的应 用 ， 并 取得 了 良好 的效 果 。 采用 本 文给 出 的测试 方 法 多次发现了现有 D C S在实际运行中存在的问题 ， 为 D C S厂家的系统升级提供了依据。 参考文献 [ 1 ] 罗嘉 ， 朱亚清 ， 王琦．分 散控制 系统性 能测试关 键技术 [ J ] ． 电力 建设 ， 2 0 1 2 ， 3 3 5 6 4 6 6 ． E 2 5 王琦． 分散控制 系统抗 干扰性 能测试 方法 探讨 [ J ] ． 中 国电力 ， 2 0 0 8 ， 4 1 1 2 4 6 4 9 ． 编 辑 吴 娜 欢 迎 投 稿 欢 迎