探析DCS 在电厂热工控制系统中的应用与管理维护

引言：

电厂热工控制系统是整个电厂自动化、安全运行的核心，需协调分散控制系统（DCS）以及汽轮机控制系统、协调控制系统、顺序控制系统等进行协同运转，保障发电机组运行稳定。随着智能化及数字化技术的发展和应用，电厂热工控制系统迎来了改革与发展的关键时期，为全面构建智慧电厂，实现电力企业“碳中和”目标，要切实发挥 DCS 在电厂热工控制系统中的运用优势，基于 DCS 特点提高其智能化应用水平，并做好系统日常管理和运行维护，有效保障电厂整体运行效率和供电质量。

1 DCS 在电厂热工控制系统中的应用优势

DCS 系统在电厂热工控制中采取了分布式架构模式，有利于增强控制系统运行可靠性，提升运行效率，DCS 以模块化设计保障各控制站的独立运行，即使相关控制器或子系统出现故障也不会影响其他部分的正常运行，例如锅炉控制故障发生后不会过多影响汽轮机融合运转，故障隔离效果相对较好，且应用DCS 系统后，控制器、电源、通信网络等关键部件均采取1:1 或N+1 冗余设计模式，有效防控单点故障风险[1]。 DCS 系统可一体化集中监控电厂设备，方便工作人员及时获取不同设备及系统运行参数，如出现异常情况及时发布预警，减少信号传输延迟，提高各分系统的响应速度。DCS 与其他系统进行协同应用，如支持锅炉 - 汽轮机 - 发电机的协调控制（CCS）可满足电厂运行负荷快速变化及条件需求，实现多变量协调控制和高精度控制目标。根据不同电厂的实际运行需求，灵活增加控制节点，例如某电厂新增脱硫系统控制站，模块设计和拓展灵活度增加，可进行系统远程诊断与维护，减少了停机时间，延长相关设备的使用周期和寿命。

2 DCS 在电厂热工控制系统中的应用技术

2.1 发电机系统控制

与传统控制系统相比，DCS 系统采取了分布式结构，容错率更强，系统运行灵活度和可靠性更高，能够根据系统运行需求增加和接入模块，数据处理能力更强。发电机控制是整个电厂运行的核心所在，结合 DCS 系统能够及时监测发电机和电网运行参数，从而调节控制算法，使电能平稳接入电网。要保障发电机频率与电网频率的差值合理性，如二者差值超出标准范围则无法实现安全并网，DCS 能够根据当前电网频率及时快速调节发电机频率，使其快速跟踪电网频率，实现并网。发电机运行过程中的参数监测，如定子温度、振动幅值、绕流电阻等超出标准范围，会导致定子绕组绝缘受损、发电机运行异常振动或负载增加、绕组异常参数异常，提示故障风险。应用 DCS 系统可及时监测发电机运行参数并给予预警。

从 DCS 系统分布式架构来看，该系统设置了现场控制层、监测网络层和高级应用层，通过分布式处理单元 DPU 进行发电机系统运行数据快速采集，采集时间需小于 100ms，满足本地闭环控制需求，应用硬接线保护回路，如出现故障问题会在 50ms 内响应跳闸信号、发出预警。DCS 系统应用了冗余容错设计，设置实时数据库和冗余工业以太网，历史数据存储周期大于 10 年，结合数据挖掘和分析技术及时发现当前发电机运行参数与历史数据之间的差异，识别故障风险。高级应用层基于电厂 SIS 系统对接或直接对接云计算平台，有效提升了DCS 系统运行效率 [2]。

2.2 厂用电系统控制

电厂日常运行过程中如出现系统运行故障或设备检修等情况，需要及时切换厂用电，期间可以应用 DCS 系统进行数据分析，通过精准的逻辑判断和快速响应能力，实时监测系统运行状态。DCS 系统可强化反馈控制、顺序控制和协调控制，其中反馈控制即基于发电机组锅炉的运行温度、压力、流量等进行模拟量调节，实现 PID 反馈控制或联合反馈进行复合控制，顺序控制即风机、泵组的设备启停、联锁保护系统控制，在变负荷工况下，可协调锅炉 - 汽轮机 -发电机运行，快速响应电网调度，并增加了炉膛安全监控系统、汽轮机保护系统等，有效预防电厂爆燃、火灾等事故风险以及汽轮机超速振动、低油压等紧急停机状态。如出现以上多种故障风险问题可及时应用DCS 系统进行故障响应，且该系统增加了冗余容错设计，系统运行可靠度大幅度提升，通过监测各路电压、频率、相位参数预设切换策略，调节开关设备动作，实现平稳切换。与此同时，DCS 系统可结合电厂发电生产工艺需求，合理计算设备启停时间，减少空转和能耗浪费风险问题，或根据冷却水温、机组负荷等调节水泵转速，有效满足了冷却需求，也能降低水泵运行能耗，实现低碳节能效果。

3 DCS 在电厂热工控制系统中的管理与维护对策

3.1 日常维护与管理技术

DCS 系统日常维护与管理要遵照软硬件巡检需求开展定期巡检与信息记录。硬件巡检方面需每日检查控制器、 I/0 模块以及各部件运行状态，记录设备运行温度及电压等关键参数，每周检查一次网络交换机以及通信接口的连通性，以免发生通讯网络异常丢包或延迟情况，每月清理机柜灰尘，检查接线端子是否紧固，警惕端子接触不良问题。软件巡检方面要核查系统运行日志，关注是否发生 CPU 负载过高、通信中断等异常报警情况，备份组态数据，确保各版本可追溯性；检查数据库存储空间，及时清理冗余数据 [3]。DCS 系统管理与维护方面要关注重点参数，如网络负载率、控制器负载率以及电源冗余状态等，每季度开展一次双路电源切换测试，检查以太网带宽占用率，如超出 30% 有数据堵塞风险；另外要密切关注室内环境温湿度，铺设防静电地板，佩戴静电手环，保障动力电缆与信号电缆的分层敷设，二者间距大于 30cm ，减少后续故障隐患发生风险。

3.2 故障的诊断与处理技术

应用 DCS 进行电厂热工控制系统要设置分级故障响应机制，一级故障为设备停机，响应时间小于15 分钟，需及时启动冗余系统，优先恢复生产；二级故障为降负荷，响应时间为两小时以内，要隔离故障模块，启用备用控制策略；三级为预警故障响应时间为 24 小时以内，要详细记录和分析预警发生点位、机制，开展计划性维修，全面排查软硬件故障风险，检查元器件寿命以及软件运行逻辑冲突或死循环等问题。如发生控制器故障，要及时切换至备用控制器，网络中断要第一时间启用冗余通道，期间可应用频谱分析仪、振动检测仪等进行故障隐患排查和风险管理，提高系统运行故障检修效率。

3.3 备份与生命周期化管理模式

应用 DCS 系统需配置关键部件和重要部件，如 CPU 模块采取 1:1 备件存储需求，每 5 年强制更换一次，电源等重要部件库存量需大于 2 台，间隔 8 年或出现故障后及时更换； I/0 卡等常规类型部件按照 DCS 以及电厂热工控制系统进行规模的 10% 进行储备，更换周期为 10 年或常规备件性能退化后进行更换。要建立生命周期化管理模式，提高 DCS 系统运行稳定性，其中软件版本需每 5年更新一次，并保留 2 个可退回版本，定期评估硬件系统兼容性，以免软硬件系统不匹配而加重故障隐患风险。

4 总结

总而言之，电厂热工控制系统应用 DCS 管理模式有利于提高电厂供电稳定性和各类设备运行安全性，要进行全生命周期管理体系，以 DCS 管理系统进行预防性维护和快速故障响应，并积极应用智能化技术实现发电机组“零非停”的目标，切实强化 DCS 系统在电厂热工控制系统中的应用优势，保障电能持续稳定供应。

参考文献：

[1] 梁雪 . 刍议 DCS 在电厂热工控制系统中的应用与管理维护 [J]. 中国设备工程 ,2023(16):65-67.

[2] 宋培生 . 智能控制在火电厂热工自动化中的应用 [J]. 今日自动化 ,2025(3):113-115.

[3] 马海珊 , 李裕场 , 余刘发 , 等 . 热电厂热工控制系统的节能策略研究与实现 [J]. 电力系统装备 ,2025(2):52-54.