机组紧急PLC保护动作的原因分析及处理

2016-04-07金清山戴维义

水电站机电技术 2016年12期

关键词：跳机功能块延时

许翔，金清山，戴维义

（1.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北石家庄 050300；2.天津龙源风力发电有限公司，天津 300000）

机组紧急PLC保护动作的原因分析及处理

许翔1，金清山1，戴维义2

（1.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北石家庄 050300；2.天津龙源风力发电有限公司，天津 300000）

张河湾电站1号机组在抽水运行中由于紧急PLC保护动作导致机械跳机，本文对其原因进行了分析，并介绍了处理过程。

抽水运行；紧急PLC；机械跳机

0 前言

河北张河湾蓄能发电有限责任公司位于河北省石家庄市井陉县境内，距石家庄市直线距离为53km，公路里程为77km。张河湾电站设计安装4台250 MW单级混流可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1 000 MW，以一回500 kV线路接入河北南部电网，主要承担系统调峰、填谷、调频、调相等任务，并且在电网故障甚至瓦解时，可以充当电网最佳的紧急事故备用和“黑启动”电源。

1 故障发生经过

河北张河湾蓄能发电有限责任公司（简称“张河湾抽水蓄能电站”）事故发生前，张廉线5002、5003开关运行，1、2号机组抽水运行各出力-250 MW，1～4号主变运行；厂用电10 kV I段由1003供电，I段带II段运行，III段由1002开关供电独立运行。

2016年08月05日，03:40监控系统出现报警：U01_GA04_EM001_DI01Uint1 Emergency PLC In Operation（紧急停机PLC报警），P90_U01_EM001

_DI01 Uint Emergency PLC In Operation（紧急停机PLC报警），U01_RQ_MS_P Mechnical Stop Request from P。1号机组紧急PLC保护动作导致机械跳机。

2 事故原因分析

（1）直接原因

1号机组现地控制单元紧急PLC（C8035）动作，导致机组紧急PLC机械保护出口跳机。

（2）根本原因

存在两种可能：

1）机组现地控制单元主PLC（C8075）程序监视信号（U1_GA01_EM001_HS01）触发，从而触发机组紧急PLC机械保护跳机出口。

2）机组LCU事故信号DI模板故障且紧急PLC收到1号主变保护B盘动作信号，导致机组紧急PLC机械保护动作出口。

3 故障排查经过

运维人员根据历史记录，进行逻辑回路梳理，确定机组紧急PLC机械保护出口跳机是由于1号机组紧急PLC组态中水泵工况机械跳机信号（U1_RQ_MS_P）触发导致，该信号通过1号机组紧急PLC停机流程组态实现机组紧急停机（正常情况下，该路机械保护为主PLC机械保护后备，当主PLC程序监视回路异常或主PLC事故停机DI板卡故障时，紧急PLC接管机组控制权，将机组停稳），同时发出紧急PLC动作信号（U1_GA04_EM001_ HO01）经硬线回路至监控主PLC上送操作员站报警站并同时通过机组主PLC再次出口机组机械跳机。

变量U1_GA04_EM001_HO01此次变位是由变量U1_MS_ACT经功能块24由变量U1_RQ_MS_P触发（功能块30），同时变量U1_RQ_MS_P经由功能块7触发紧急PLC机械跳机令变量U1_QS_RQ，进而触发紧急PLC机械跳机保护动作出口。

继续对组态图回溯，变量U1_MS_ACT可由回路1机组LCU系统故障信号（U1_GA01_EM001_HS01）或回路2机组LCU事故DI模块故障（U1_GA01_ EG030_HI01）且出现紧急PLC保护跳机信号（功能块12所关联的输入信号之一）触发变位。

通过对回路2继续回溯排查，变量U1_GA01_ EG030_HI01是由1号机组LCU主PLC的变量U01_GA01_EG030_DO01控制触发的。进而可见，变量U01_GA01_EG030_DO01是基于机组LCUCE2000机架模件丢失变量U01_GA01_U01_GA01_RACK2_ DZ01/U01_GA01_RACK2_DZ02/U01_GA01_RACK2_ DZ07或机组保护动作输入信号可用性变量控制触发的。通过对SOE事故追忆及分析，未发现相关报警信息，但值得注意的是，功能块8集成有两路模拟量可用性信号（U01_MG10_CL501_AI01_V和U01_MG10_CL101_AI01_V），这两路信号是机组油压控制系统通过MODBUS通信上送至监控的，虽然在SOE中未出现油压控制系统MODBUS通信故障，但考虑到采用MODBUS串行通信（RS422）的可靠性，此设置仍存在较大误动风险。

另外，在事故排查过程中，技术人员发现有一路紧急PLC保护跳机信号（U01_JB02_EW300_HI01）始终保持为“1”，相应紧急PLC输入端子指示灯点亮，若再出现LCU事故DI模块故障（U1_GA01_EG030_HI01）信号变位，不经任何延时，即会触发机组紧急PLC保护动作出口。继续对1号主变保护B盘保护动作信号（U01_JB02_EW300_ HI01）进行回溯，发现是由其中一路信号即励磁变温控信号触发的，之前励磁变温控信号由于出现跳变，暂时将相关保护压板解除，但仍与机组紧急PLC有所关联，因此当温控信号再次出现跳变时，导致紧急PLC长时收到主变保护B盘保护动作信号。

综上所述，回路2存在较大误动风险。

继续回到的回路1上，机组跳机也可能由于紧急PLC判断主PLC程序监视回路故障而导致。紧急PLC从主PLC获取机组LCU心跳脉冲信号（Toggle Pulse，脉宽设为2 s）U1_GA01_EM002_HI01，通过3 s延时功能块过滤，实现程序监视组态功能，当心跳脉冲信号变位后保持超过3 s，即会触发紧急PLC机械保护动作出口并送紧急PLC动作信号至主PLC。

变量U1_GA01_EM002_HI01是通过硬布线回路引自1号机组LCU主PLC变量U01_GA01_EM002_ DO01。程序监视信号（U01_GA01_WDOG_ T0/U01_GA01_WDOG_T1）通过功能块2生成心跳脉冲信号U01_GA01_WDOG_TOGGLE进而通过功能块3赋值给变量U01_GA01_EM002_DO01。

功能块2（SAMPLETM）为CCAD设置的脉冲发生功能块，通过设置输入针脚变量T0/T1的初始值，分别设定出口脉冲0和1的脉冲宽度。目前监控系统设置的T0/T1初始值均为200，参考该功能块说明文档，对应脉冲宽度为2s（200×0.01 s）。

此外，机组LCU主PLC还将心跳脉冲信号U01_GA01_WDOG_TOGGLE通过监控S8000光纤环网送至LCU6，进而通过3 s延时功能块过滤，实现看门狗组态功能，当心跳脉冲信号变位保持超过3 s，即会触发报警信号U01_GA01_EM001_DS01，该信号上操作员站报警列表及进SOE。但通过对报警列表及SOE查找，跳机前后均未出现该报警信号，因此可以判定主PLC未真正出现看门狗故障。

因此，紧急PLC出现程序监视回路故障导致出口跳机信号的原因应在从主PLC CE2000 DO模板至紧急PLC DI模板即心跳脉冲信号所在的回路之间。心跳脉冲信号由主PLC CE2000 DO模板输出，经由继电器端子块，通过硬布线回路，接至紧急PLC DI模板，目前心跳脉冲超时判断定值为3 s，而心跳脉冲信号自身0/1脉冲宽度为2 s，考虑到传输路径通过DO模板、继电器端子块、DI模板及硬布线回路，虽然路径不长，但是有较多转换环节，会在一定程度上加大心跳脉冲信号变位延时，且紧急PLC内信号变位情况不进历史数据库，无法进行历史追忆，因此只能通过排查法锁定故障环节。

4 事故处理

（1）立即解除与紧急PLC关联的励磁变温控信号回路接线。

（2）更换主PLC CE2000 DO模板，DO模板输出继电器端子块，紧急PLC DI模板。

（3）调整1～4号机组看门狗故障程序的延时定值，在紧急PLC功能块18右侧出口增加一个2 s延时功能块，并引出一路报警信号经紧急PLC DO板卡通过硬线接至主PLC DI板卡，用于程序监视回路告警，以提醒运维人员及时检查程序监视回路，及时更换回路相关模件。在紧急PLC功能块19左侧输入端增加一个3 s延时功能块，使得紧急PLC保护动作信号延时加大，以躲过程序监视回路偶发性故障引起的机组机械跳机风险。

（4）利用机组定检的机会，参照1号机组紧急PLC组态，在2、3、4号机组对紧急PLC组态中动作输入条件增加R-S触发模块及相关测试变量，当PLC某路输入条件信号误动后，通过在线检查相关变量即可确定为哪路信号误动，实现故障点捕捉功能。

（5）利用机组定检机会，对涉及到的CE2000板卡的现场总线接头、CE2000 DI模板、信号端子接线进行全面检查和紧固，以消除环境振动导致的接触不良而引发的紧急PLC误动风险。同时对功能块8左侧输入信号进行优化调整，使用压力油罐油位开关量信号校验位（U01_MG10_CL102_DI01_V和U01_MG10_CL502_DI01_V）替换现有的油位模拟量信号校验位（U01_MG10_CL501_AI01_V和U01_MG10_CL101_AI01_V），以避免MODBUS通信异常导致的紧急PLC误动。