监控系统测温模件故障分析及主要防误措施

李长灿，程抱贵

(龙滩水电开发有限公司，广西 天峨 547300)

1 龙滩水电站机组测温及测温保护

龙滩水电站位于广西天峨县境内，安装7台单机容量700 MW全空冷水轮发电机组，每台机组配有512个温度测点，其中定子线圈温度测点共144个，定子铁芯温度测点共48个，定子铁芯压指温度测点共32个，其他测点为瓦温、油温、水温、冷热风温度。定子铁芯温度报警值110℃，跳闸值115℃。为降低机组主控PLC运算量，提高整体稳定性能，龙滩水电站采用独立的测温PLC单元，直接接入监控系统环网中。温度测量采用专业的PLC测温模件，可以接入两线制、三线制、四线制等型式的测温电阻，每个模件配有8个测点，每个测点通道有正常、故障指示灯。龙滩电厂所有测温模件接入均为三线制PT100测温电阻。测温保护没有采用专用温度信号仪表，而是利用测温PLC的温度量测值与信号、保护定值比较产生告警和保护动作信号。为防止个别元件损坏或回路故障影响温度保护的可靠性，采取了一定的防误措施，①测温PLC程序实时读取测温模件对测点通道的品质判断信号，出现测点通道品质坏时则屏蔽该测点，设置该值为0，并使其不作为温度保护测点；②测温PLC程序中对测值进行5次比较滤波，滤掉突变量，约耗时5 s。测温PLC程序中对定子线圈、铁芯、压指温度采用任意3点越高高限，对瓦温采用相邻两点越高高限后开出相应的温度保护信号，分别送至机组PLC、水机保护PLC，经4 s延时后启动机组事故停机流程。

2 故障测试与分析

龙滩水电站在处理测温模件故障时，插拔模件过程中曾发现模件各测点通道显示有时故障、有时正常。根据龙滩测温保护出口逻辑会造成事故停机。为了进一步研究测温模件故障过程和故障原因，组织了现场故障重现试验。

从故障现象判断，故障点应在测温模件或信号传输通道上，可能为接触不良或回路故障。龙滩水电站机组测温PLC的测温模件信号通道由外部测温电阻、盘柜接线端子排、模件接线端子排、测温模件和测温模件底板构成。结合测温模件有一个可插拔接线端子排的特点（见图1），为全面查找故障点，试验主要从插拔模件接线端子排、插拔模件、外部测温线路开路和短路三个方面进行，分别检查模件端子排与模件接触不良的影响、模件与模件底板接触不良的影响和外回路故障的影响。

2.1 故障重现试验

（1）插拔模件接线端子排测试

在测温PLC正常运行情况下，分别记录拔出接线端子排瞬间、拔出接线端子稳定后、插入接线端子瞬间、插入接线端子稳定后四个过程数据的测值和品质情况。插拔接线端子排过程中测温模件和外部电阻回路均保持正常，测试结果见表1。

（2）插拔模件测试

图1 测温模件结构简图

测试目的：记录当前PLC程序在插入和拔出模件过程中对测值数据及测值品质造成的影响，针对数据变化过程设计相应闭锁措施。

表1 插拔模件接线端子排试验记录

在测温PLC正常运行情况下先移除模件接线端子排，分别记录拔出接线端子排瞬间、拔出接线端子稳定后、插入接线端子瞬间、插入接线端子稳定后四个过程数据的测值和品质情况。插模件过程中外部电阻回路均保持正常，测试结果见表2。

（3）测温回路断线及短路测试

在测温PLC正常运行情况下，模件接线端子排恢复正常，模拟某个测温电阻回路断线、短路情况。分别记录在断线、短路情况下PLC数据和上位机数据，测试结果见表3。

表3 测温回路断线、短路试验记录

2.2 试验分析

分析表中数据，发现上述三种情况下误开出时刻PLC测值、品质与经PLC程序处理过后的上位机测值、品质均正好相反，且上位机测值、品质均在5s后恢复与PLC测值、品质一致，说明PLC程序处理中有问题。经核查PLC程序，发现为了滤掉温度突变量而设置的对测值进行5次比较滤波程序段存在缺陷，它只能滤掉往复变化的突变量，而对保持型的突变量无法滤掉，导致PLC测值到断线信号（测值保持为32 767）在5 s后被认为是合法值而被采集。另外，PLC程序中只引用了模件测点品质，而对模件本身的品质未做引用，导致拔出模件后产生的模件故障信号未起作用，未能对故障模件进行闭锁。

上述测试证明，除了模件自身故障外，正常的测温模件在测温外回路断线或短路、插回模件接线端子排和拔出模件过程中也会导致保护误开出。

3 防误措施

由于存在误开出风险，须采取防误措施。针对故障原因分析，决定从两个方面进行程序优化。一方面，防止单个模件故障引起误出口，采取程序上分散组合测点或对故障通道、故障模件进行闭锁的措施；另一方面，针对正常模件的插拔操作过程，优化滤波策略，同时增加测值合理性判断。

3.1 对于32 767的采集值自动丢弃

在外部通道断线或短路时会出现32 767的温度采样值，在实际运行中不可能出现32 767的温度值，因此如果出现32 767或0度以下的温度采集值，必然是模件故障或外部接线故障造成的，可以丢弃该值，同时对温度做归零，品质坏处理。

3.2 越限判断中增加“合理上限值”判断

目前越高限判断中，除了越高限以外，增加一个合理上限值（以现场测温电阻工程值范围：瓦温取150℃，定子温度取300℃）判断，即在温度越限的同时不能高于某个设定的合理上限值，这样可以有效避免由于外部电阻异常或模件异常造成的温度保护出口。

3.3 模件故障自动归零

通过实验证明，对于拔出模件（或模件完全故障），将出现模件测值变为0，通道品质变好的情况，此时的通道品质实际肯定是故障的，因此需要增加对模件故障的判断，及一旦检测的模件故障，自动将该模件对应通道测值归零，品质变坏。（模件故障说明：模件故障信号由CPU模件根据与每个模件通讯是否正常判断，当该模件被拔出或由于自身原因无法工作时，均可以通过CPU获取该模件故障信息。）

3.4 测点通道故障判断

对于出现32 767测值或负值或通道品质坏的通道，认为该通道存在问题，立即进行闭锁，即该通道测值置为0，品质置为坏。

如果单个通道出现故障的情况，在品质恢复正常后，延时60 s后自动恢复再进行该通道的数据采集.如果同一模件上通道故障超过两个（2点及2点以上），则闭锁发生故障的点直到有人手动复闭锁信号。

3.5 测点温度突变合理闭锁

对于温度越限中有突变点的情况，采用突变点和突变点所在模件位置综合判断的方法进行合理闭锁，其闭锁逻辑为：进行温度保护越高高限判断时，同时判断越高高限的点是否有突变点，突变点是否由同一个模件产生。

如果越高高限的点中既有突变点，又有正常上升越限的点，则认为突变点是合理的，可以启动事故停机。如果越高限的点全部由突变点组成，则判断这些突变点是否来自同一个模件，如果来自同一个模件，则认为这个突变是由模件故障产生的，不启动温度保护出口，如果突变点来自不同的模件，则认为是合理的温度上升，启动温度保护出口。

3.6 运行维护方式变化

在监控系统机组温度监视画面中，增加了“温度闭锁复归”按钮和“闭锁状态”指示灯。“温度闭锁复归”按钮用于手动复归故障测点通道，“闭锁状态”指示灯变为红色时说明有温度测点被闭锁，需及时通知维护人员进行处理。为了区分原有故障测点和新增故障测点，在监控画面中对原有故障测点进行相应标识。

4 程序完善后的测试

龙滩水电站在采取防误措施修改完善测温程序后，进行了验证测试，测试结果见表4。测试结果表明各种情况下均不会造成温度保护误开出，达到了防误目的。

表4 验证试验结果

5 结论

龙滩水电站的测温故障较为少见，经认真测试分析，准确找到故障原因，并采取了恰当的防误措施，试验证明能够达到测温回路、测温接线端子排、测温模件在插拔过程中防止误出口的目的。在水电站自动控制领域中，自动化元件的品质对控制功能的影响已经越来越受到设计、制造和运行维护单位的重视，采取了很多正常运行条件下的防误措施，并取得了较成功的经验。龙滩的案例表明，控制设备、元件在操作和维护过程中也可能引发意想不到的后果，存在较大的安全隐患，须采取相应的技术防范措施，确保设备的安全可靠。