一起因主变风冷PLC 故障引起的机组非停分析

赵伟程

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司中南电力试验研究院，河南郑州 450000）

0 引言

大型火电机组主变风冷系统通常由PLC（Programmable Logic Controller，可编程控制器）或继电器控制，其中PLC 控制器可以根据负荷、油温情况控制风机的启停、变频运行及保护报警等功能而被普遍使用。PLC 控制器作为风冷控制系统的核心元器件，其稳定运行将直接影响主变，甚至机组的安全[1]。

1 事件概况

电厂3 号机主变为SFP-H-8100000/500 型三相分体无励磁调压变压器，冷却方式为强迫油循环风冷，额定变比为（550-2×2.5%）kV/20 kV，于2011 年12 月投入运行。事件发生前该3号机组正常运行，其中有功功率400 MW，无功功率88 MVar，主变电流377 A，励磁电流2732 A，主变压器油温55 ℃，绕组温度62 ℃。冷却器控制在“就地”及“工作”位，主变共配置9 组27 台风机，均为“自动”控制方式。发变组保护正常投入，保护装置及DCS 无异常报警。

7 月26 日2：14，3 号机组运行中DCS（Distributed Control System，分散式控制系统）报“3 号机主变风冷故障”报警总信号，运行人员确认报警信号为“主变风冷全停瞬时信号”，前往就地检查发现3 号主变9 组风机均停止运行。就地切6 组风机控制开关至“手动”位（第2、3、5、6、8、9 组），6 组风机就地启动正常，检查冷却器两路电源正常，直流控制电源正常，油温及绕组温度均呈下降趋势。随后在DCS 上复位“3 号主变风冷故障”信号，DCS 仍报“主变风冷全停瞬时信号”，现场检查冷却器“自动”位仍无法正常启动，风冷装置以手动档继续运行。3：20，3 号机组发变组保护C 屏发“主变A 冷控延时”保护信号，启动程序逆功率保护，跳主汽门开关，由机组逆功率保护出口全停，机组解列。

2 检查情况

2.1 发变组保护动作检查情况

查阅发变组保护C 屏定值及动作报文，7 月26 日3：20：50.978，发变组保护C 屏发“主变A 冷控延时”保护信号，开入量置入为“1”，保护动作正确。其中主变风冷保护逻辑为“主变风机全停时，当油温高于75 ℃时，20 min 后由PLC 装置发跳闸信号至保护C屏；当油温低于75 ℃时，60 min 后由PLC 装置发跳闸信号至保护C 屏”。发变组保护C 屏定值为“主变A 冷控延时”压板正常投入，固定跳闸延时为2.4 s，保护出口方式为程跳方式。

查看故障录波数据与发变组保护C 屏动作出口与时间均一致。

现场模拟“冷控失电延时”保护动作，确认保护装置显示正常，动作出口正确，与实际保护动作一致。结合以上分析判断发变组保护装置动作正确。

2.2 二次回路检查情况

对二次回路开展绝缘检查，测量主变风冷控制柜到发变组保护C 屏保护出口电缆绝缘值为10.5 MΩ，主变风冷控制柜到DCS 信号电缆绝缘值均大于10 MΩ，未发现风冷系统二次回路电缆存在短路和接地的情况。

对主变风冷控制箱电源回路检查，控制回路采用380 V 双电源设计，分别取自3 号机汽机MCC 1A 段和汽机MCC 1B 段，通过双电源自动切换开关进行切换；信号回路采用DC 110 V电源；PLC 装置电源采用双回路设计，分别取自AC 220 V 电源和DC 110V 电源两路，整流为24 V 电源供电。现场测量电源回路电压均正常，工作电源监视继电器工作正常，电源切换试验正常，运行期间“直流电源故障”“交流电源故障”“二路回路全停”等报警信号均未出现。结合现场检查情况，判断不存在运行中电源失电导致风机全停的情况。

2.3 主变风冷PLC 装置检查情况

对主变风冷PLC 装置检查，该装置主要由电源模块、主机、输入模块及输出模块组成。输入输出模块有A1～A8 共8 个，其中A1、A2 为输出模块，用于DCS 监视风机投入及故障信号、保护出口至C 屏动作，A3 用于模拟量输出信号，A4、A5、A6 模块用于风机及油泵控制及故障监视，A7、A8 模块用于远方控制风机模式。当风机开关位于“自动”位时，由PLC 用输入模块根据油温及电流控制各组风机启动停止、低速运行、中速运行、高速运行，通过输出模块反馈给DCS 画面及保护出口。

停电后检查发现继电器K8 持续动作，通过信号回路（图1）可知，K8 动作引起继电器KD2 动作，报“冷却器全停瞬时信号”至DCS，同时PLC 内部直接启动冷却器全停延时计时回路，当达到时间后发送跳闸指令到发变组保护C 屏。KD1 为断路器辅助结点，K1、K2 分别为两路交流电源故障，K5 为母线侧回路电压故障，事件发生后检查均无动作情况。

图1 风冷装置报警回路

2.4 PLC 装置逻辑检查及处理

对PLC 内部逻辑检查，其中引起K8 动作的原因主要有：电源故障、9组油流继电器动作信号、9 组风机运行信号（KQ1～KQ9 线圈）消失。事件发生后，检查电源回路电压均正常，工作电源监视继电器工作正常，查阅运行期间DCS 未收到风机交流回路电源报警信号；检查油流继电器可以可靠分合，油泵运行正常，结合运行期间风机全停后仍可以在“手动”位继续工作，可以排除前二种可能。当KQ1～KQ9 线圈失磁后，导致风机运行信号无法上传至DCS，查阅历史数据，DCS 同时收到9 组风机冷却器运行信号消失和“风冷全停瞬时信号”报警，结合运行人员描述风机运行状态，综合分析判断本次K8 动作的原因是9 组风机运行信号消失。

进一步检查PLC 控制逻辑，当A5 模块发生死机故障时，会引起继电器KQ1～KQ9 失磁，从而导致主变风机冷却器全停，同时9 组风机运行信号全部消失，由PLC 逻辑判断冷却器全停，K8 继电器动作。PLC 采用A5 模块KQ1～KQ9 继电器辅助节点状态来判断冷却器是否运行，不能完全表示风机实际运行状态。当切换至风冷开关位于“手动”位时，风机通过KB 继电器直接启动风机，由于不经过PLC 直接控制，PLC 逻辑仍然判定风机处于全停状态。9 组风机全停导致继电器K8、KD2 动作发出告警信号，并启动冷却器全停延时计时回路动作。当满足低于75 ℃运行1 h 条件后，发送跳闸命令到发变组保护C 屏。主变风冷控制逻辑如图2 所示。

图2 主变风冷控制逻辑流程

现场对PLC 复位后，K8 继电器恢复，“风冷全停瞬时信号”报警消失，冷却器装置恢复正常。7 月26 日19：05 并网后，主变冷却器在“自动”位工作，DCS 及保护装置未发现异常，机组运行正常。

3 防范与建议

由本次事件中可以分析得出：当PLC 模块由于长时间运行发生死机故障时，导致风冷控制箱“自动”方式无法正常工作，主变风机全停；同时由于PLC 软件逻辑设计不合理，运行人员在发现“主变风冷全停瞬时信号”报警后未能及时处理分析报警原因，复归PLC 或及时退出“主变A 冷控延时”保护压板，致使风冷控制箱PLC 达到时间延时条件后导致发变组保护“主变A 冷控延时”保护动作，最终导致机组停机。针对本次因主变风冷PLC故障引起机组非停事件中，建议根据如下3 点提前做好防范：

（1）将风冷控制箱列入机组检修标准项目，机组C 级以上检修期间应对风冷控制装置开展全面检查工作。检查工作中应包括主变风冷控制器逻辑检查，项目包括但不限于：PLC“风机全停”信号不应受自动、手动、就地等方式影响；当主变冷却系统由故障恢复运行后，PLC“风机全停”报警信号应能自动复归。必要时应对风冷装置进行软硬件升级改造[2]。

（2）当运行中出现“主变风冷全停瞬时信号”时，运行人员应立即检查冷却器风机运行状况并进行处理，高度关注主变温度变化情况，降低负荷控制主变温度上升趋势，按照主变设备运行规定严格控制运行时间，必要时汇报调度手动停机。

（3）提高运行人员现场应急处理水平。应尽快组织制定主变冷却器全停应急预案；举一反三，针对主变冷却器全停等可能引起机组非停或设备损坏等事故案例开展专业技术培训和应急事故演练，全面提高运行人员应急事故处理能力[3]。

4 结论

本文通过对一起因主变风冷PLC 装置引起的机组非停事件进行全面梳理分析，得出造成本次事件的原因。从本次事件中可以看到，风冷控制系统PLC 装置作为主变中的重要设备之一，在日常运行中往往缺乏足够的重视，缺乏必要的维护手段，最终导致PLC 在运行中发生故障。由于PLC 逻辑设计中无法判断风机实际运行状态，导致运行人员判断失误，最终引起此次事件。

通过分析本次事件，可以看出在主变风冷控制系统方面，现场人员缺乏必要的巡检及维护手段，在日常工作中应结合以上措施建议对其加强监督管理工作，对照事故案例中的情况进行全面排查，有效保障机组的安全稳定运行。