因改造引起的机组跳机拒动故障的原因分析

2018-12-21候录江郭旭东

水电站机电技术 2018年12期

候录江，任刚，李勇，徐桅，郭旭东

（1.河北易县抽水蓄能有限公司，河北保定 074200；2.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北石家庄 050300）

0 引言

某蓄能电厂的每台机组配备了1套ALSTOM公司的P320 C8075 PLC用于对机组的监视与控制，并配置了1套后备PLC（C8035），用其作为主用PLC的后备，其所有采集信号全部是独立于主用PLC之外的专用电缆硬接点信号，其开出也是通过独立于主用PLC之外的硬布线回路来实现其控制功能，用来保证当主用PLC无法正常控制机组时，后备PLC接管机组的控制权，并能够在机组故障的情况下发出跳机命令，使机组达到停机稳态，从而提高了对机组的可控、能控、在控的能力。

1 故障现象

2016年3月2日，调速器机械管路出现了大量漏油，调速器油罐油位降到500 mm以下，主用PLC未发出应该发出的调速器油罐油位低低跳机信号U01_MG10_CL101_Trip，而是导致备用PLC因其他故障（调速器油罐压力过低）而跳机，可见主用PLC出现跳机的拒动，致使故障范围扩大，为机组的安全运行带来了极大的隐患。

2 调速器油罐油位改造

调速器油罐油位跳机逻辑处于主用PLC内，改造优化前调速器油罐油位跳机逻辑如图1所示，即采用4～20 mA模拟量，通过PLC程序处理，当油位U01_MG10_CL101_AI01＜708 mm，且延时 3 s后动作出口跳机。

图1 改造优化前调速器油位跳机逻辑简图

但是由于该传感器安装环境不太理想，振动较大、环境潮湿、电磁干扰强、传输距离较远等不利因素，再加上传感器安装运行已超10年，偶尔出现传感器测量的油位信号发生较大范围的漂移，甚至突变，最近一次是2015年6月11日由于传感器在机组发电运行中突变到0 mm，长达8 s，导致油罐油位低低U01_MG10_CL101_Trip出口跳机。为了减少由于该油位模拟量传感器的测值漂移所引起的机组误跳机的再次发生，故对调速器油罐油位的控制进行了优化改造。

本次改造涉及了2个方面：①PLC内部程序优化；②硬布线回路。

2.1 PLC内程序优化

考虑到保证机组的稳定运行，减少机组不必要的跳机，因此对调速器油罐油位跳机逻辑进行了优化，如图2所示。采集两路输入信号：

（1）调速器油罐油位模拟量信号发出油位低低U01_MG10_CL101_TD02。

（2）新增一路调速器油罐油位浮子开关量U01_MG10_CL102_DI01。

图2 改造优化后调速器油位跳机逻辑简图

将以上2路信号做“与”的逻辑，利用油位浮子式传感器动作可靠的特点，减少油位低低误动跳机的可能，从而提高机组的稳定性。

2.2 硬布线回路改造

由于现地油罐配置了2个不同类型的油位传感器：

（1）一个油位浮子开关传感器直接接入了备用PLC内；

（2）一个油位模拟量传感器直接接入主用PLC。

因此需要给主用PLC增设一路油位浮子开关传感器及其相应信号回路，当时由于油位浮子传感器需要采购，并且考虑到机组要尽快恢复备用，为此制定了临时措施，即在备用PLC已有的油位浮子开关接点回路上扩展出一路同样的信号送给主用PLC，具体如图3所示。可知，主用PLC收到的“油罐油位低低”信号使用了备用PLC控制柜内的48 V直流电源，改造后试验正常，动作可靠。

图3 调速器油位信号改造的二次回路

3 跳机拒动的原因分析

由历史记录可知，当调速器油罐油位降到708 mm时，油位模拟量及时准确地发出了油位低低U01_MG10_CL101_TD02信号，但是主用PLC未收到油位浮子传感器发出的油位低低U01_MG10_CL102_DI01信号，主用PLC无法及时停机，而是导致备用PLC因其他故障（调速器油罐压力低）而跳机，主用PLC出现跳机拒动，油罐油位低低信号未能达到其预期功能，使机组失去了油罐油位低低保护，给机组的运行带来了巨大的隐患。

经过仔细分析，确定了跳机拒动的原因为调速器油罐油位改造的硬布线回路存在问题，当时改造时，虽然试验正常，可是该正常是嫁接在另一次改造（机坑水位高高）的结果之上。即跳机拒动原因涉及到了两次改造，一次是机坑水位高高回路改造；另一次是调速器油罐油位低低信号回路改造。

为了保证备用PLC在主用PLC故障时能够可靠、安全、准确的控制机组，因此和备用PLC控制有关的一切配置都独立于主用PLC之外，二者之间无任何连接，其中就包括各自所使用的电源，即主用PLC控制柜和备用PLC控制柜各自采用的电源彼此独立，无任何连接。

改造时人员将端子上的短接片拆除（图4中在端子-X301：1-处用加粗黑色虚线标注），试验时主用PLC DI板卡输入“油罐油位低低”信号回路如图4中回路②所示，由备用PLC直流电源正极出发，依次经现地油传感器（浮子）、片状端子式继电器A1、主用PLC端子-X301：1+、主用PLC DI板卡-A301内部、主用PLC端子-X322：5-、片状端子式继电器A2、进而回到备用PLC直流电源的负极，从而形成闭合回路，将油罐油位低低信号（浮子开关接点）送至主用PLC，用于内部程序处理。图4中的回路②也是主用PLC能够采集到油罐油位低低信号的唯一回路。其他任何回路都无法走通。

图4中回路②经过另外一路信号：机坑水位高高控制回路；（注：之前由于机坑水位传感器故障，对机坑水位高高信号进行了临时改造，即在备用PLC已有的机坑水位浮子开关接点回路上扩展出一路同样的信号送给主用PLC），机坑水位改造后试验正常，此时端子-X322：5-处的短接片保留，反之，当时若短接片拆除后就不会形成闭合回路，试验时主用PLC就不会收到机坑水位低低信号。原理与“油罐油位低低”信号回路相同，再此不再赘述。此外图4中回路①是指当端子排通道上有输入时，其LED灯被点亮的回路。

图4 改造后试验回路

2016年1月利用机组一次检修的机会，对故障的机坑水位高高传感器进行了更换，并对其相应的接线回路进行了恢复（即在图5中端子-X322：5/5+上侧黑色加粗接线回路），同时拆除了之前改造时所用的临时电缆（即图5中-X322：5+/5-和-X311：A1/A2之间用蓝色加粗虚线所示）。恢复后对“机坑水位高高”信号进行试验，主用PLC能够正常收到“机坑水位高高”信号，试验结果正常。

图5 机坑水位高高回路恢复后的简图

由图5可知，机坑水位高高信号回路恢复是将-X322：5+/5-和-X311：A1/A2之间的临时电缆（用加粗蓝色虚线所示）拆除，导致图5中油罐油位低低信号回路②在X322：5-处出现了中断，其结果是油罐油位低低信号回路不能形成环路，因此主用PLC DI板卡无法收到油罐油位低低信号的输入，也就导致了主用PLC程序由于不能收到油位低低信号而不能出口跳机。

改造的目的是为了减少由于油罐油位模拟量测量值的突变而引起的机组误动，结果却导致了机组跳机的拒动，反而给机组带来了更大的隐患。造成此次机组跳机拒动的直接原因是由于“机坑水位高高”信号回路恢复造成了“调速器油罐油位低低”信号回路的断路。但是最根本的原因却是调速器油罐油位信号改造不正确的回路，即调速器油罐油位改造后的信号回路嫁接在之前改造的毫不相干的机坑水位高高信号回路之上，而且两者彼此毫不知晓。这是本次跳机拒动的最根本原因。由此可见“调速器油罐油位低低”信号回路的改造是失败的。

4 处理措施

（1）在调速器油罐增加油位浮子开关传感器之前，采取临时措施，即恢复拆除的主用PLC 端子-X301：1-处的短接片，使调速器油罐油位信号回路形成自己的回路而不再用嫁接在其他任何回路上。如图6中回路②所示。

图6 恢复短接片后的临时信号回路

（2）尽快在调速器油罐增设一个油位浮子开关传感器并及时敷设新的电缆，让其单独接入主用PLC DI板卡-A301，同时拆除图6中-X301：1+/1-和-X311：A1/A2之间用加粗实线所示的临时信号回路。最终调速器油罐油位改造回路如图7所示。

图7 调速器油罐油位最终改造回路

5 改造时注意事项

电厂随着时间的推移，设备改造的机会越来越多，涉及的面也越来越广，要求的专业知识也更加专业，因此改造必须满足以下3点：

（1）改造前必须完全熟悉要改造的设备及其图纸，否则对改造的设备一知半解就草率的进行改造，难免不会出现类似错误，就如同调速器油罐油位改造后的信号回路嫁接在之前改造的毫不相干的机坑水位高高信号回路之上，而且两者之间毫不知晓，当机坑水位高高回路恢复后客观上造成了油罐油位信号回路工作的不正常。

（2）改造中必须严格按照有关文件要求完成，在改造中遇到意外情况时及时和有关技术人员沟通，如“调速器油罐油位低低”信号改造过程中，技术人员发现端子-X301：1-处的短接片（图4中在端子-X301：1-处用加粗黑色虚线标注）拆除和不拆除对该信号没有任何影响，对此没有追究，就想当然的认为都是对的，因此错过了一次处理问题的机会。

（3）改造后必须进行相关的试验，试验只是一种验证方式，只是验证某一时刻是正确的，并不能保证当某个条件改变后还保持正确，这就要求技术人员要有扎实的专业知识，必须清楚每一次改造对之前的回路是否有影响，有什么影响。否则不可以轻易改造。

最后，对于此次调速器油罐油位低低信号回路所采取的临时措施，也存在一定的隐患。对于主用PLC同一个板卡来说，不同通道间使用了不同来源、互相独立的直流电源，如图8所示。