★中煤新集利辛发电有限公司柴虎，金青峰，王建，张一七，孟庆闯

关键词：分布式控制系统；DCS报警管理；火电机组；报警点精简；报警优先级

1　引言

在火力发电机组自动化水平持续提升的背景下，DCS系统作为过程控制的核心环节，其报警管理功能直接关系到生产调度的安全性与运行的高效性。据不完全统计，对于已运行超过5年的大型火电机组，DCS系统内无效报警的占比可达28%左右，其中重复报警、无响应报警及级联报警尤为突出，频繁且冗余的报警信息不仅导致操作人员认知疲劳，还可能掩盖关键告警信号，延误故障处置时机。本文以S省某电厂2号600MW机组DCS系统为研究对象，结合其配置及运行数据，深入剖析了现阶段报警系统存在的主要问题，探索了针对性优化措施，并通过现场实施验证了方案的可行性与适用性。

2　案例背景

S省某大型燃煤火力发电厂建于2009年，安装两台600MW亚临界汽轮发电机组，运用西门子PCS7V8.0分布式控制系统。该系统设有报警点4600多个，包含锅炉、汽机、电气、脱硫脱硝、给水以及辅机子系统。每日报警次数有380条之多，运行高峰时段甚至冲破700条。因历史设计遗留、系统升级不全及人员操作习惯等，报警系统现经常出现泛滥、重复、优先级设混乱等状况。2022年9月，该厂决定对2号机组DCS报警系统进行全面优化，并通过对报警日志的连续采样分析和运行反馈收集，制定了分阶段优化实施方案。

3　DCS报警管理里存在共性问题剖析

3.1　报警点设置泛滥，缺乏分级管控

初期系统建设中，太过于追求报警全方位覆盖，致使设备状态稍微偏离就出现报警。例如，2号炉送风机出口温度设报警上下限范围就只是±3℃，运行的时候因负荷波动常常引发“高温”报警。此外，部分非关键辅助设备，像循环水泵轴承温度、冷却水回水温度等也都设了报警，缺少层级控制策略办法，致使报警管理资源大量耗费于低优先级事件方面^[1]。根据2023年第一季度统计，该机组无效报警占比高达32%，其中超过60%的报警源于此类泛滥设定，严重影响了报警系统的有效性和操作员响应效率。

3.2　报警优先级划分不合理，严重报警与次要报警混杂

系统里原设报警优先级总共分四级（HI、H、M、L），不过实际配置里仅约12%的报警被设成高优先级（HI/H），大量关键设备（如锅炉炉膛负压、主汽温超限）报警与次要提示类报警（如就地控制状态变更）设为同级。优先级分类模糊致使操作员难在短时间内认出关键报警。2022年3月锅炉跳闸事件当中，DCS报警界面15秒弹出42条报警信息，操作员没能及时辨认主蒸汽温度超限信号，没及时采取降负荷举措，最终致使保护动作错误触发。

3.3　报警确认流程混乱，缺乏跟踪与闭环机制

目前系统中报警确认机制以人工点击为主，无统一确认标准，也未实现与报警处理记录联动。操作员存在“批量确认”现象，常将全部未读报警统一清除，未进行实质处理。据运行日志分析，2022年8月时段，操作员手动确认没处理报警数量占比达74%，当中有未闭环报警163条^[2]。因DCS系统没配报警处理单跟历史报警关联检索功能，致使多次一样问题频繁出现但没形成知识积累跟优化路径。

3.4　缺乏报警数据的定期分析与回顾机制

报警数据能长期存储，不过系统没内置定期回顾机制，运行部门没建立报警数据分析常规制度。以2021年至2022年期间数据为例，报警日志平均每月产生1.1万条信息，但仅有两次由运行人员主动提报报警问题，且未建立数据图表分析工具辅助识别趋势性问题。像脱硫浆液循环泵频繁开启和关闭，曾接连触发“循环泵启动失败”报警，总计186次，但没被归类分析，故障处理一直停留在被动响应层面。

3.5　管理缺失与系统配置并存的问题

技术跟管理双重失衡也是如今DCS报警混乱的重要缘由，系统参数设定长久没经评估校核，很多报警限值没随运行条件变动调整。此外，运行班组间缺少报警管理责任划分，不同班次处理策略差别明显。加上维护单位多头管，部分报警点设定所属权不明，维护周期不一致，致使系统配置长久失衡。

4   DCS报警管理策略优化路径设计

4.1　报警点精简与分级治理

4.1.1　报警点精简

在本次火力发电厂DCS系统的报警优化中，原始设计阶段存在大量冗余报警点，干扰操作判断，增加误判风险。要达成系统报警管理的精简，项目团队用“报警打捆+无效点删除+限值调整”这三步办法，把锅炉燃烧系统当作重点优化区域，系统梳理报警逻辑链条，原来1125个报警点里面，仅有372项具备运行必要，保留率是33.1%。其中，故障提示类冗余报警211项被去掉，像“点火失败-提示类”跟“点火失败-告警类”合在一起，逻辑重叠项92项一起合并处理。例如锅炉辅风机风门角度与风机风量不匹配产生的二级报警，通过信号融合建模后，整合为“风量-风门偏差异常”一项。

限值优化方面，采用统计学波动区间法，根据点位90天运行均值与标准差计算其报警上下限，设定公式为式（1）：

报警限值=μ±2.5σ       （1）

其中，μ为运行均值，σ为标准值。

例如煤粉仓温度，90天运行均值是71.3℃，标准差值是3.4℃，报警高限由固定的80℃改成80.8℃，进而去除因短时波动生出的误报。优化后，锅炉燃烧系统报警点数目从1125个降到372个，报警总触发比率下降了57.2%，大幅减轻了操作员承担的负荷，提升了报警信噪比。这个办法冲着降低误报警去，构建了每个监测点最小有效识别界限，切实削减了干扰信号，促使系统朝着“高信噪比”方向更新。

4.1.2　报警分级机制优化

针对原DCS系统报警优先级划分繁杂、定义模糊的问题，本次优化中重构报警分级框架，简分成“紧急类、重要类、提示类”这三类，按照响应时效和事故风险做精细分类。紧急报警要在5秒里做出回应，绑定主保护系统强制实行，重要关联运行调节指令，提示类仅作监测参照^[3]。采用“设备功能+报警风险指数”复合评分法构建报警等级划分模型。报警权重值公式如式（2）所示：

其中，D为设备等级（如主蒸汽系统设为5、辅助水泵设成2），C为报警后果等级（系统连锁中断设为5，局部温升设成2），权重参数α等于0.6，β=0.4。拿主给水泵轴承温度升高报警作例子，设备等级为4，报警后果为3，得分为P=0.6×4+0.4×3=3.6，划入重要类，如表1所示。此方法统一了判断标准，处理好了多系统间等级定义不一样的问题。

表1报警分级机制

锅炉系统报警重新分级，其中紧急类由原9项增至28项，占比由12.3%提升至31.8%，且针对各等级配色、界面显示策略作同步调整，构建统一分级响应机制，给后续动态调整提供了基础支持。

4.2　报警优先级动态调整

DCS系统中的报警优先级传统设定为静态，不会跟着工况波动变，很容易出现重要报警被低级别盖住的情况。为此，本次优化构建“运行状态感知模型”，达成报警优先级的动态联动调节。

以主汽温报警为样本，设定关键工况判据为负荷≥550MW与过剩氧≤2%。系统利用近三个月主汽温、氧含量与负荷数据构建三维状态空间矩阵，对典型运行状态进行标签化识别。在运行过程中，DCS自动抓取实时数据，跟建好模型对照辨认运行边界，在高负荷低氧状况下，系统立马把主汽温报警优先级从“重要类”提到“紧急类”，自动进到主界面高亮提示地方。

此方法构建了从“工况识别→等级修正→报警显著性动态赋值”的整套机制，逻辑触发算法依据模糊隶属度分析，每5秒更新一回状态匹配成果，躲开静态阈值误报跟漏报问题，给复杂运行状态提供了精准响应凭证。

4.3　建立统一的报警确认与闭环管理制度

针对现有DCS报警确认依赖人工点击、标准不一、记录缺失的问题，应先制定机组统一的报警确认流程规范，明确不同级别报警必须由指定岗位在限定时长内完成确认与处理记录，设置高优先级（HI、H）报警由值长或主值签字闭环。系统内增加报警处理单生成模块，每条报警触发后自动生成关联工单，工单内需填写处理措施及原因分析。为防止批量确认，可在DCS画面集成报警处理状态追踪功能，对未闭环记录设立二次提醒阈值，超过10分钟未关闭报警自动上报至集控室及检修班组，确保问题被彻底处理而非仅点击确认。建议每台机组预留100个报警闭环记录字段，并与历史库绑定，后期可用于追溯与知识库建设。

4.4　引入报警数据的定期分析和可视化工具

针对当前缺乏报警趋势分析与规律性回顾的问题，可引入基于PI或HIS数据库的报警分析插件，依托每分钟采样日志，对过去30天报警次数、类型、时段分布进行自动生成趋势图及饼状分布。各专业每周至少输出一份《报警统计报告》，报告中标明月均触发超过50次的高频报警及持续时间超过5分钟的长持续报警，作为后续技术整改依据。在DCS主控室设置报警可视化大屏，将锅炉、汽机、电气及辅机子系统报警数量实时分区显示，同时高亮未确认且未闭环的报警点，辅助值班员快速聚焦关键信息。每季度定期组织技术骨干依据分析结果对限值及优先级进行调整，逐步剔除无效报警点，建立动态优化台账。

4.5　强化运行维护多方协同与制度保障

针对报警管理技术措施落实缺乏配套制度与多方责任的现状，应在电厂层面成立DCS报警管理专项小组，由运行、检修、热控及设备管理部门共同参与，定期审议报警设定与处理效果。每条报警限值调整须经小组讨论并留档备案，禁止个人随意修改。运行人员需每班填写《报警管理巡检记录表》，检修人员按月对涉及的测点传感器、电缆及PLC模块进行点检，确保测点准确可靠。每半年开展一次全厂报警演练，对50个关键报警点随机抽查触发响应流程，考核各岗位处置速度与准确性。为保证持续改进，建议每年编制一份《DCS报警年度审查报告》，报告内列明报警点总数、有效报警占比、历史误报警减少幅度及需整改事项，形成全员闭环的管理链条。

5   优化方案在实际系统中的应用验证

实施优化措施后，系统报警性能显著提升。如表2所示，日均报警总数由386条下降至143条，减少比例达62.9%，有效降低了报警信息的冗余度和频率；误报警率从28.4%降至8.3%，表明无效及错误报警大幅减少，提升了报警的准确性与可靠性；平均报警响应时间由13.6秒缩短至7.9秒，减少了42%，显著加快了操作人员对报警的反应速度；操作员报警误判事件由每月4.2次降至0.8次，减少80.9%，进一步减少了人为误判风险。

表2 优化效果分析

6   结语

本研究通过对火电机组DCS报警系统进行深入分析，针对报警点数量庞大、优先级设置不合理及确认流程缺失等问题，提出了系统化的报警点精简与分级优化方案，并结合实际运行数据和风险评估模型，动态调整报警机制，显著提升了报警信息的有效性和响应速度。结果表明，该优化方案不仅减少了误报和重复报警现象，还提升了操作人员对报警事件的识别与处理能力，增强了机组运行的安全性和稳定性。

作者简介：

柴　虎（1984-），男，安徽淮南人，中级工程师，学士，现就职于中煤新集利辛发电有限公司，研究方向为电力智慧化建设。

参考文献：

[1]张浩龙,张倍尧,杨明望,等.基于DCS系统的火电厂智慧监盘技术研究[J].东北电力技术,2025,46(01):53-56.

[2]黄启东.基于DCS的火电厂智慧报警设计[J].科学与信息化,2022,(12):106-108.

[3]林实宇,万舒,梁鑫,等.OM690系统数字化报警卡转换工具研制[J].电子技术应用,2023,49(S01):169-171.

[4]侯龙飞.石油化工仪表分布式控制系统应用分析[J].造纸装备及材料,2025,54(04):56-59.

[5]张峰.立式高温真空烧结炉控制系统的设计[J].真空,2010,47(02):68-71.

摘自《自动化博览》2025年10月刊