某电厂因UNITROL 5000励磁系统通信故障致机组跳闸事件分析

周志凯

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223)



某电厂因UNITROL5000励磁系统通信故障致机组跳闸事件分析

周志凯

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223)

ABBUNITROL5000励磁系统广泛应用于我国大型发电厂中，其内部通信采用ARCNET总线方式。针对某电厂2号机组两次因UNITROL5000励磁系统通信故障致机组跳闸事件，通过故障报警信息的分析、两次事件的对比、ARCNET通信原理的研究和现场模拟试验对故障进行了定位。最后，从不同角度提出了防范措施，以防止类似事件再次发生。

UNITROL5000；励磁系统；ARCNET通信；故障分析；防范措施

励磁系统是电厂中不可缺少的部分，我国诸多大型发电厂采用了ABBUNITROL5000 励磁系统，该系统采用ARCNET总线作为主控板与整流桥接口板的通信方式，总线上设备较多，易发生故障，本文重点分析这类故障，并提出防范措施。

1　故障概况

2015年2月6日，某电厂2号机组负荷300MW，23：31机组事故报警，负荷降至0，机组跳闸首出原因为“励磁系统故障跳闸”，就地检查励磁系统，励磁变压器和晶闸管整流装置无明显异常，励磁就地控制面板显示“ARCNETnodefail(ARCNET节点失灵)”、1号至4号整流桥被闭锁，整流桥丧失全部冗余，励磁系统退出运行，机组跳闸。2015年3月30日，该厂2号机组满负荷600MW运行，23：05自动发电控制(automaticgenerationcontrol，AGC)减负荷至570MW，励磁系统在通道1自动方式下运行，23：06 机组跳闸，负荷降至0，经查机组跳闸首出原因为“励磁系统故障跳闸”，就地检查励磁系统，发现励磁系统1号至5号整流桥发出故障报警，同时发出“ARCNET通信节点失灵”报警，励磁系统发出“F43”整流桥故障，励磁系统直接退出运行，导致发电机-变压器组“静态励磁系统故障”保护动作跳闸。

该厂采用ABBUNITROL5000自并励静止励磁系统，原理简图如图1所示。

EGC—扩展门极控制器，extended gate controller的缩写；COB—主控板，control board的缩写；MUB—测量单元板，measuring unit board的缩写；CIN—整流桥接口板，converter interface的缩写；GDI—门极驱动板，gate driver interface的缩写；CDP—整流桥显示器，converter display的缩写；LCP—就地控制面板，local control panel的缩写；I/O—输入输出，input/output的缩写。图1　UNITROL 5000励磁系统简图

该系统共5个晶闸管全桥型整流桥，满足“N-1”冗余要求；双通道配置，一用一备，均具有手自动切换功能；控制系统与整流桥、就地控制面板、I/O扩展板采用ARCNET总线型通信方式，用于传递电流、温度、报警信息等数据[1-4]。

第一次故障后使用专用笔记本连接通道1得到的报警情况记录见表1，第二次故障情况与第一次类似，唯一区别为5号整流桥与其他4个整流桥同时发出报警。

2　故障分析与定位

第一次故障发生后，分析故障原因可能为：

a)励磁系统供给1号至4号整流桥的24V直流电源出现闪断，造成4个整流桥的CIN电源掉电，整流桥闭锁退出运行，励磁系统故障退出；

表1　励磁系统报警表

b)励磁系统ARCNET通信故障，造成励磁系统内部通信重组，励磁系统故障退出。

针对前者，现场模拟24V直流电源总线掉电，励磁系统运行在自动方式，励磁系统发出1号至5号整流桥故障，和第一次故障报警不符。

因此故障点出现在ARCNET通信网络的可能性非常大，更换了1号至4号整流桥的CIN及整套ARCNET同轴电缆、联接头、终端电阻，所有实验结果均正常，并网后各参数运行正常直至第二次故障发生，显然第一次故障发生后的故障点并没有得到排除，需要对ARCNET通信网络进行更全面的检查。

2.1ARCNET通信原理

ARCNET是Datapoint公司1977年开发成功的一种局域网，使用同轴电缆、双绞线为通信线。UNTROL5000励磁系统ARCNET布缆方式为总线型结构，如图2所示，设备与总线的联接通过T型联接器，电缆两端必须用93Ω的电阻终结。

图2　ARCNET总线结构

ARCNET局域网采用了优化的令牌总线协议(IEEE802.4)，网络中每个节点保存下一个节点的唯一逻辑地址，生成一个网络活动节点地址表，构成一个逻辑环路，因而其物理层面为总线结构，逻辑层面为环形结构[5-6]。

在ARCNET局域网中数据发送是通过令牌沿逻辑环从一个节点传向下一个逻辑相邻节点而实现的。当一个节点加电或840ms没有收到令牌时它即发出一个重构脉冲，使总线终止一切活动，造成令牌丢失，从而引发系统重构，形成新的逻辑环，新节点加入到网络中，重构时间通常为20～30ms；当一个节点由于故障或断电而退出网络时不需要进行整个逻辑环的重构，逻辑环的上一个节点向下一个节点发送令牌时，若没有收到响应，令牌发送者将逻辑地址加1，重发令牌，直到收到响应，即找到逻辑环中新的下一个节点为止，节点就完成了退网。

2.2故障分析与定位

对励磁系统记录的两次故障报警信息进一步分析，认为故障原因为：ARCNET某节点通信瞬时故障后又立即恢复，重新加入到网络中，造成网络瘫痪，导致整流桥退出运行，经约800ms(恰好为故障复位时间)重构成功后，所有故障消失。因此找出故障点的关键是检查连接在ARCNET通信总线上的设备情况[7-9]。

UNITROL5000励磁系统ARCNET通信网络物理结构如图3所示，逻辑环路如图4所示，图中ID为各设备逻辑地址，数据按照节点ID减小的顺序进行传输。

图3　ARCNET通信网络物理结构图

图4　ARCNET通信网络逻辑结构图

为找出故障点，对现场ARCNET通信故障进行模拟，分别拔出通道1、通道2、LCP、终端电阻、I/O扩展板(UAC096)、1号整流桥CIN、2号整流桥CIN、3号整流桥CIN、4号整流桥CIN、5号整流桥CIN的同轴电缆接头，检查励磁系统报警情况。

a)拔除通道1和通道2后，励磁系统报“F55”通道整流桥故障。

b)拔除LCP后，励磁系统报“147”LCPnodefail(LCP节点失灵)。

c)拔除终端电阻后，故障代码较乱，无明确故障。

d)拔除UAC096板卡后，励磁系统报“A195”ARCNETnodefail(ARCNET节点失灵)。

e)拔除1号整流桥CIN后，励磁系统报“A195”ARCNETnodefail(ARCNET节点失灵)，以及整流桥“161”+Converter1(1号整流桥故障)。

f)拔除2号整流桥CIN后，励磁系统报“A195”ARCNETnodefail(ARCNET节点失灵)，以及整流桥“162”+Converter2(2号整流桥故障)。

g)拔除3号整流桥CIN后，励磁系统报“A195”ARCNETnodefail(ARCNET节点失灵)，以及整流桥“163”+Converter3(3号整流桥故障)。

h)拔除4号整流桥CIN后，励磁系统报“A195”ARCNETnodefail(ARCNET节点失灵)，以及整流桥“164” +Converter4(4号整流桥故障)。

i)拔除5号整流桥CIN后，励磁系统报“A195”ARCNETnodefail(ARCNET节点失灵)，以及整流桥“165”+Converter5(5号整流桥故障)。

从以上报警情况来看，d)—i)的模拟故障与实际故障存在相似之处，因1号至4号整流桥刚更换不久，故障点位于I/O扩展板及5号整流桥CIN的可能性非常大。

给上述板卡通电，每隔1h检查报警情况及ARCNET节点联接处，53h后发现再次报出表1所示的故障告警，同时UAC096板卡ARCNET节点联接处温度很高并散发出烧灼气味，其他板卡正常。因此判断故障点位于UAC096板卡，该联接点工作温度较高，芯片性能不稳定，造成与ARCNET网络的联接时断时续，频繁退出与进入网络，使网络瘫痪，从而闭锁整流桥脉冲，当有3个或以上整流桥被闭锁，励磁系统即跳闸。

3　防范与改进措施

ABBUNITROL5000励磁系统采用物理上总线型、逻辑上环形的ARCNET通信网络，理论上节点的退出与加入不会导致整个网络的瘫痪，但由于励磁系统工作时电磁环境恶劣，发热较大，运行时存在较大风险，因此需要采取防范措施。

a)对励磁系统进行改造升级为UNITROL6000系列，该系列励磁系统采用了点对点的光纤通信方式及双套直流电源，可靠性显著提高，可避免类似故障的发生[10-11]。

b)日常运行中，需严格保障励磁系统的运行环境，对重要设备的关键元器件进行定期红外测温，把握设备的运行周期，提前发现老化、损坏的设备并进行更换。

c)调整ARCNET通信同轴电缆的走线布局，并加以辅助屏蔽措施，减小一次设备的大电流对通信线路的干扰。

4　结束语

励磁系统由于其复杂性、精密性，是电厂中故障较多、需要精心维护的设备，ABBUNITROL5000励磁系统ARCNET通信网络故障导致了该厂同一机组两次跳闸事件，通过理论分析、现场模拟试验和通电观察找出了故障点，针对该故障产生的原理，提出升级改造、环境监测和加强电缆屏蔽三种措施，从不同角度改进其内部通信环境，防止类似故障再次发生。

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(编辑彭艳)

AnalysisonPowerUnitTrippingduetoCommunicationFailureofUNITROL5000ExcitationSysteminPowerPlant

ZHOUZhikai

(GuangdongYudeanJinghaiPowerGenerationCo.,Ltd.,Jieyang,Guangdong515223,China)

ABBUNITROL5000excitationsystemiswidelyusedinlarge-scalepowerplantsinChinawhichusesARCNETasitsinnercommunicationmode.InallusiontotwiceaccidentsoftrippingcausedbycommunicationfailureoftheUNITROL5000excitationsystemoftheNo.2powerunitinonepowerplant,thispaperanalyzesfaultalarminginformation,comparestwiceaccidents,studiesARCNETcommunicationprincipleandfinallylocatesthefailurebasedonfieldsimulatingtest.Italsoproposesprecautionmeasuresfromdifferentanglessoastopreventsimilaraccidentshappeningagain.

UNITROL5000;excitationsystem;ARCNETcommunication;faultanalysis;precautionmeasure

2015-12-07

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.007

TM621.3

B

1007-290X(2016)07-0035-04

周志凯(1987)，男，江西丰城人。工程师，工学硕士，从事电力系统继电保护、励磁系统维护工作。