华北电力大学分散控制系统课程设计报告_图文

当今国内火电厂对单元机组的控制多采用分散控制系统（DistributeControl System，以下简称DCS），常见的DCS系统均含有事件顺序记录（Sequenceof Event，以下简称SOE）系统。

SOE系统是DCS中用于异常记录的子系统。

随着火电机组日趋规模化和复杂化．生产过程信息瞬间千变万化。

当机组发生故障时，需要查找出真实原因，并采取相应措施．这时就需要对事件进行追忆打印。

而一般的历史数据记录只能做到秒级的分辨率，当事件发生后．往往同一秒内出现的信息很多，且不能分出先后顺序．这就给事故分析造成了很大的困扰。

而事件顺序记录系统(SOE以毫秒级的分辨率获取事件信息．为热工和电气设备事故分析提供有力的证据。

可以说SOE是电厂重要的运行状态监测、记录、事故分析用设备。

1SOE 量的采集原理和作用1.1采集原理SOE 模块产生的信号叫SOE量，即事件顺序记录（Sequenceof event），目前主要应用于要求准确记录开关量输入时间的监控对象，以便区分多个受控对象动作的先后顺序。

SOE 采集模块通常要求能够以毫秒级的时间间隔评估输入信号状态，能对模块的输入进行预处理并以二进制值、计数器值或事件的形式将这些输入传输给PLC。

由于时标的存在，使得SOE模块与常规的输入模块很不一样。

该类模块通常使用软件时钟创建毫秒级间隔时间。

该软件时钟通常借助外部时间信号（标准时间接受器）以1min 的时间间隔进行同步。

外部时间信号可采用DCF77信号或者GPS时钟对时。

因此，从某种意义上说，SOE信号相当于一个带时标的开入量，但它的分辨率更高。

1.2SOE 量的主要作用在电厂监控系统中，国家设计规范要求对机组的运行工况（停机、发电、调相、抽水等）、6kV 及以上电压断路器、反映厂用电源情况的断路器和自动开关、反映系统运行状况的隔离开关的位置信号、主要设备的事故及故障信号、以及主要设备的总事故及总故障信号进行采集。

监控系统采集的涉及故障、事故的继电保护及系统安全自动装置的动作信号，电压等级等于或高于发电机机端电压的断路器的位置信号，必须进行顺序记录（SOE量）。

可见，这些测点在故障和事故分析中比一般的开关量信号更加重要。

例如在水电站监控系统中SOE量主要作用在于以下几方面：（1）重要的监视功能，对一些比较重要的量上送中控室，给运行人员进行分析判断；（2）作为启动事故流程的启动源，对事故进行处理，如事故低油压信号、轴承温度过高信号、密封水中断、水导外循环冷却水中断、紧急停机按钮动作、保护动作信号，一出现这些重要的事故信号立刻启动相应的事故流程，如降负荷、跳开关、关导叶、灭磁动作等；（3）用来进行事故追忆，当发生事故时，自动打印并显示与事故有关的参数的历史值和事故期间的采样值，如追忆记录220kV 及以上电压的各段母线频率及三相电压、220kV 及其以上电压的出线三相电流、大型发电机的三相电压、三相电流等，这些信息对事故分析都能起到很重要的作用；（4）满足电网安全的需要，把一些重要开关的分合及机组事故信号通过101、104通信及时上送调度部门，使调度员快速了解现场各种设备运行及异常情况，对系统事故做出准确的判断和处理。

如电厂必须把接入系统的重要开关的A、B、C 三相最后一相的合闸变位精确动作时间与最早一相的分闸变位精确动作时间（精确到毫秒）通过通信系统直接将其打包成SOE 报文后发送给调度单位主站系统，以便主站系统对事件和时间进行记录和分析。

2SOE 量应用中的主要问题随着SOE模块应用越来越广泛，相继出现了一些问题，在一定程度上制约了它的使用，最主要的表现就是信号的误报。

误报的主要原因有以下几方面：（1）敏感性过强从SOE模块的结构上分析，该输入模块是智能事件记录模块，对外界信号变化反应的确非常敏感。

正常输入测点电压是24V，实验中检测门槛电压为10.5V。

即只要模块输入端出现大于等于10.5V的交流或者直流电压都有可能使SOE信号产生上升沿，对捕捉到的错误上升沿，如果不能在后期的滤波和校验中进行识别剔除，就会产生错误变位。

（2）自身故障在实验中发现，SOE 模块的某些内部故障已可能导致信号变位，例如严重模块错误、参数化错误、与PLC的通讯错误，时间没有同步、缓冲器溢出等等。

有些模块故障可以通过模块的自检发现，并经软件处理后屏蔽掉故障SOE量信号；而有些故障却无法屏蔽。

当出现模块与PLC通讯故障时，模块本身并没有故障，模块本身测点的品质仍然是好的，SOE量仍然在监控软件中有效使用，这就有可能造成了SOE信号的误报。

（3）外部时钟故障SOE 模块在没有收到外部的同步时钟时，也可能出现SOE信号错误变位。

在SOE模块采用GPS对时过程中，对时装置要接受3颗或以上卫星的发射信息来提取时间信息，当这样的接受信息受到电磁污染（如强发射器、交换站和机场）、封闭的空间或操作间、天线电缆长度太长、强降雪和降雨天气的影响时，导致ERT 的时钟不能同步，会引起SOE量的错误变位。

（4）外部干扰由于SOE模块工作在电厂复杂的电磁环境中，SOE信号还有可能受到各种干扰源的影响，如由于电源和控制线开关切换或雷击引起并出现的振荡波的干扰、来自切换瞬态过程（切断感性负载、继电器触点弹跳等）的各种电快速瞬变脉冲群的干扰、工频电流（故障条件下的电流幅值较大）产生的工频磁场、来自操作者和对邻近物体的静电放电时的干扰、来自9kHz～80MHz频率范围内射频发射机电磁干扰等，这些都有可能导致模块发生变位。

个别产品在实验室中模拟到静电放电试验产生的错误信号变位现象。

为杜绝此问题，有关规程规定事件顺序记录量的数据采集与处理功能应进行状态变位及防抖动测试、分辨率测试、雪崩处理测试、抗干扰度试验等，并明确瞬时性的骚扰对测量值可以暂时偏差，数据传输可以暂时丧失功能，但应是可以修复的。

抗干扰度试验都属于型式试验，只在产品定型前完成，一般不允许再在现场做，因此使用单位无法主动查找，只能被动防范。

3SOE 量防误主要措施SOE 信号作为故障、事故输入信号，一般都直接作用于启动事故停机流程，如果误动，将造成事故停机。

大型电厂单机容量大，甩负荷过程中对系统的冲击大，对电网的安全造成一定的危害，所以这样的误动作电厂不能承受，必须采取相应的防误措施。

在使用中发现，虽然SOE量与普通开关量信号都是反应状态改变的信号，但开关量经较长时间的滤波，抗干扰能力总体上要比SOE量强，可靠性更高。

在一些时间精度要求不是很高的场合，可以用开关量代替SOE量；但对需要精确上送时标的开关量，还只能使用SOE量。

因此，必须采取防误报措施，常见的防误方法一方面是软件闭锁，另一方面是硬件完善。

（1）软件防误措施对SOE信号的软件防误的方法较多，实现相对较容易。

SOE 量仅作为重要信息信号上送，不作为事故停机等重要控制操作的直接启动源，可以有效防止误动带来的严重后果。

具体做法是将监控系统中重要的输入，采取SOE量和普通开关量双路上送方式。

普通开关量信号稳定、可靠，作为事故启动源和控制操作；SOE 量分辨率高、反应快，用于故障和事故分析。

在某些特殊条件下，SOE量必须参与控制，防止单一信号误动作，也可将SOE量、普通开关量、间接开关量、模拟量等信息进行2取2、3取2必要的逻辑组合，或对SOE量延时处理提高逻辑判断的正确性。

（2）硬件防误措施提高设备质量和改善运行条件是解决信号误动的根本方法。

在硬件上采取的避免干扰的措施有：SOE 量模块配置的场地应尽可能避开强电磁场、强振动源和强噪声源的干扰，同时保障场地环境温度为0℃～40℃，改善运行环境；采用不间断电源供电，提高供电电源质量；保证可靠的屏蔽层一点接地，对同一电缆的各芯线应传送电平等级相同的信号，减小感应电压影响；对SOE量的输入以无源点方式接入或经光隔接入，消除电磁干扰；在SOE量模块的内部参数上对去抖动与反跳过滤器进行合理设置，增加抗干扰性能；采用更完善的校验方法进行模块自检；完善和改进时钟信号，提高可靠性。

4SOE性能测试及问题分析单元机组DCS系统经长期运行后，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。

比如，有时SOE记录的异常事件顺序或时间间隔在逻辑上是明显错误的，那么在分析时则无法正确判断首发事件点，因此很难确定事故原因。

作为如此重要的子系统，在新机组调试、机组检修及设备维护中非常有必要对SOE的准确性进行性能测试。

因此定期进行SOE性能测试是实现机组安全、稳定运行的重要保证，也是DCS性能评估体系中开展的重要工作之一。

（1）测试方法SOE性能测试方法主要有三种，一是如图1所示，A、B为SOE卡件中待测的两个通道，手动短接各通道，A1和A2，B1和B2，利用通道闭合时的细微时间差来检验SOE的分辨力。

该方法优点是操作简便，可以检测SOE发生顺序，但无法精确测量各通道时间间隔，且每次只能检测两个通道。

由于大部分电厂缺乏专用的SOE测试设备，因此主要采取该方法进行粗略测试，测试结果仅可作为参考。

第二种方法是采用全球定位系统（GPS）来对SOE进行性能测试，这种方法已在继电保护的SCADA系统中应用，在DCS中的应用还需要进一步研究。

图1A、B测试通道第三种方法是采用专业的SOE测试仪器对SOE系统进行验证。

这种方法优点是测量精度高、可靠性好，便于分析测试结果。

但SOE测试仪成本较高，适于专业检测机构、科研院所使用。

（2）测试装置及内部原理对于SOE的性能测试过程，DL/T659-2006《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》6.8.4项中明确的规定：利用一台开关量信号发生器进行测试，信号发生器的准确度应达到0.1～0.3ms，信号发生器应能送出间隔时间可在0.1～3ms之间调节的2～3个开关量信号。

将信号发生器的信号接入事件顺序记录的不同控制器的不同输入模件的输入端，改变信号发生器的间隔时间，直至事件顺序记录无法分辨时为止，即为事件顺序记录的分辨力。

分辨力不得超过1ms（或按合同规定）。

根据该规定，在测试中使用某公司生产的0113-B型便携式DCS系统性能测试仪，该测试仪精度为0.1ms，可产生0.1～75ms可调脉冲信号，硬件电路采用光电隔离设计，提供高精确度标准脉冲信号，适用于系统的SOE功能测试、站间时钟同步测试等。

整套测试装置由该测试仪和上位机组成。

上位机通过25针并口与测试仪进行数据传输，USB口为测试仪供电。

上位机包含性能测试主程序程序、数据采集与分析程序、硬件驱动程序，人机操作窗口用来设置脉冲信号分辨率、通道数量、信号先后顺序等，操作窗口见图2。

测试仪接受上位机指令输出脉冲信号，输出端与被测SOE卡件各通道硬接线相连。

图3所示，在内部电路中，SOE测试仪通过控制Do使三极管高速导通，采用OC门方式与SOE卡件相连，SOE卡件对采集到的信号进行数字滤波和光电隔离，然后送到DCS中进行进一步处理。