陈戬升

　　摘要：针对分散控制系统(DCS)安全运行的重要性，围绕影响TelepermXPDCS可靠性的关键因素。分析了AP冗余频繁丢失的原因，发现了电力行业标准中环境条件的局限性，讨论了AP相关软件的固有缺陷，提出了治理AP冗余丢失、加强DCS可靠性的具体措施。

　　关键词：分散控制系统；DCS；AP：冗余；模件

　　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。

　　1TXP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，见图1。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，见表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。

　　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，见表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。

　　2AP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，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，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。

　　2．2AP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APl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，有强电串人、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，间接引起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，从复位、冷启、传代码、换模件到热线诊断等多种措施，从处理结果看，AP5先发生CPl430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。2．4AP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CPl430偶尔存在通讯延时；三是APFl20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是软件升级。

　　AP中用于管理通讯的软件性能比较差。CPU与CPl430传递信息时如果发生延时(例如CPl430瞬间故障)，原来的通讯管理软件就认定与CPl430之间有故障，立即停运CPU，使AP冗余丢失。对CPl430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CPl430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。APFl20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。