У меня была похожая проблема с моим сервисом WCF (httpBinding), сервис вызывался из клиентского приложения только один раз, но серверный метод вызывался несколько раз, и каждый раз, когда сам метод завершал свою работу, так что я решил, что должна быть некоторая проблемас сетевым соединением.
Я нашел способ отладки, включив трассировку в web.config
<system.diagnostics>
<sources>
<source name="System.ServiceModel" switchValue="Information, ActivityTracing" propagateActivity="true">
<listeners>
<add name="traceListener" type="System.Diagnostics.XmlWriterTraceListener" initializeData="d:\logs\Traces.svclog"/>
</listeners>
</source>
</sources>
</system.diagnostics>
Когда я посмотрел файл журнала трассировки, оказалось, что у меня возникла проблемас сериализацией одного из моих классов.