某电厂#2机汽机子系统I/O模件故障跳闸原因分析及防范措施

摘要：针对某电厂#2机I/O模件故障引起机组跳闸的原因进行了分析，对事件暴露出来的问题进行了梳理，并就存在的隐患提出了防范措施，为后续的整改提出了指导建议。

关键词：汽机；I/O模件；跳闸；防范措施

中图分类号：TM621.7" " 文献标志码：A" " 文章编号：1671-0797（2025）03-0017-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.03.005

0" " 引言

某电厂#2机为600 MW超临界机组，其中DCS系统采用ABB公司生产的Symphony分散控制系统。该机组2005年基建投入生产使用，2007年6月投入生产运行，I/O模件已超过15年使用年限。随着运行年限的增加，Symphony分散控制系统主控制器、网络控制器、伺服卡及电源模块出现故障率高、备件停产、设备维护费用高等问题，因此在检修中开展了主模件的升级改造。而输入/输出I/O子模件等由于之前故障较少、备件充足等原因未进行升级，因此所有I/O子模件并未更换。本文针对该厂#2机组汽机子系统I/O模件故障跳闸事件经过及原因进行了分析，对ABB系统子模件老化存在的隐患提出了整改建议和防范措施，以确保机组安全运行。

1" " 事件经过

2020年12月31日，#2机组负荷582 MW，A、B汽泵运行，A、C、D、E、F制粉系统运行，各主要系统设备运行正常，机组重要参数监视正常。

21：44，#2机组负荷582 MW，DCS控制系统汽机子系统24号模件柜M24-04-03数字量输出子模件（此模件第8通道为“高压排汽口金属温度过高”送至ETS汽机跳闸信号）故障报警，#2机组汽机保护动作跳闸，锅炉MFT联锁动作，发电机解列。检查锅炉MFT跳闸首出为汽机跳闸，查询SOE记录，ETS跳闸首出为“高压排汽口金属温度过高”。运行当值立即按照发电机解列，汽轮机跳闸，锅炉MFT故障停机操作检查处理，汇报运行部部长和中调。

21：51，运行通知热控值班人员立即检查汽机跳闸原因，热控人员检查发现操作员站画面上出现DSO卡件故障报警，对卡件进行检查后，确认DSO卡件报警损坏，需要申请更换故障卡件。

机组跳闸后高低旁联锁全开，高旁减温水调阀联锁全开，运行盘面检查发现主汽及再热蒸汽系统多个疏水气动门变粉紫色，其中包括高排逆止阀前后疏水气动门，就地检查确认疏水门未开，通知汽机、热控人员配合打开。

22：24，盘面变粉紫色的疏水气动门均恢复正常显示状态，检查所有疏水气动门已打开。

22：45，热控专业完成#2机组模件柜DSO子模件更换，告知运行当值卡件已处理好。运行当值立即按照故障停机操作处理，并做好启动准备工作。

23：06，#2机组汽机转速到0，盘车自启正常，惰走时间81 min，盘车电流14.5 A，偏心22.1 μm。

2021年1月5日14：50，#2炉点火成功。

2021年1月6日00：33，#2机并网。

2" " 检查情况及原因分析

检查#2机组DCS控制系统汽机子系统24号模件柜M24-04-03卡件发现，该故障卡件为ABB系统数字量输出卡件DSO14，版本序列号信息为SCJFE04578（图1），系2006年5月印度产的卡件，截至2020年12月31日，该M24-04-03数字量输出卡件DSO14运行已近15年，且该卡件未发生过故障。通过查询#1～#4机组DCS系统卡件故障记录得知，数字量输出子模件DSO14卡件故障率较低，2020年未发生此类型故障。

M24-04-03模件共有16通道DO输出，实际使用包含高压缸过热汽母管疏水门打开指令、高压缸A侧主汽门前疏水门打开指令等共14通道，其中第8通道为“高压排汽口金属温度过高”送至ETS汽机跳闸信号。

“高压排汽口金属温度过高”送至ETS汽机跳闸信号由DCS系统对6个高压排汽口金属温度进行综合判断，该信号控制逻辑判断为：任一高压缸排汽温度高高（≥420 ℃）且其他高压缸排汽温度高报警（≥400 ℃）时，高压排汽口金属温度过高跳闸汽机，经M24-04-03模件第8通道DO输出送至ETS系统，进行汽轮机保护跳闸，锅炉MFT联锁保护动作，在ETS系统及DCS系统输出均为单点保护信号[1]。

事件发生后，邀请DCS厂家北京ABB控制有限公司专家于2021年1月1日来厂进行现场分析，通过对故障数字量输出子模件现场检测，发现故障卡件外观检查无明显故障，地址拨码开关设置和逻辑配置地址一致，正常地址开关设置为00010010（该地址为：24+21=16+2=18）。现场测量地址开关实际状态，地址拨码开关异常，发现最右侧的一位地址开关阻值为109.1 kΩ（图2），即等于最右侧的地址开关也变成了1，所以此模件的地址已经变为：24+21+20=16+2+1=

19（表1）。

经现场检测分析，初步判断为模件使用年限较长，元件老化导致M24-04-03位置的DSO模件（地址18）地址开关异常，使此模件与左侧的DSO模件（地址19）地址重复，产生地址冲突，使得M24-04-03位置的DSO模件的输出和左侧DSO模件输出一致，通道8（高压排汽口金属温度过高）信号错误输出逻辑1。故障模件已发回ABB公司，以便进一步分析详细情况。

如果在同一控制下存在两块地址一样的模件，会使模件寻址出现故障，导致错误通信。将故障模件重复插回原槽位实验，都看到相同的故障结果，确认这块模件地址开关故障，导致通信异常。

M24-04-03位置的DSO模件地址（18）开关异常，导致该DSO模件地址由18变为19，使此模件与左侧的DSO模件地址（19）重复，产生地址冲突，最终使得原模件通道错误输出。而刚好DSO模件地址19中的第8通道信号为“中压联合汽阀B疏水门打开”指令，该信号常为1，最终导致“高压排汽口金属温度过高”也同步为1。

因此，经综合检测分析判断，#2机组DCS控制系统汽机子系统24号模件柜M24-04-03数字量输出子模件发生故障，发出“高压排汽口金属温度过高”至ETS触发“高压排汽口金属温度过高”条件，#2汽轮机跳闸。

3" " 暴露问题

1）通过故障模件出厂序列号查询到，模件出厂日期为2006年，产地为印度。模件使用年限较长，元件已产生老化现象，尤其是黑色地址开关容易出现故障，建议更新重要子模件或者对模件更换地址开关。

2）控制逻辑组态不完善，建议进一步优化，减少DSO模件通道指令常为1的输出，尽量采用脉冲信号输出。

3）#2机组DCS系统输入/输出子模件等由于之前故障较少、备件充足等原因未进行升级，随着机组服役时间增加，电子设备老化日渐严重，且存在输出至重要系统的单信号保护误动作，给机组安全运行带来了隐患。

4）#2机组ETS系统设备已日渐老化，且系统设置存在较多的单点信号输入进行机组保护跳闸的情况。其中高压排汽口金属温度过高、发电机定子冷却水出口温度过高、发电机遮断、高中压缸胀差、低压缸胀差等信号均为经过逻辑综合判断后单信号输入ETS系统作为机组跳闸信号，给机组安全运行带来了隐患[2]。

4" " 防范措施

1）更换#2机组DCS控制系统汽机子系统24号模件柜M24-04-03数字量输出子模件，并对控制回路进行检查。

2）邀请DCS厂家北京ABB控制有限公司专家来厂对故障数字量输出子模件进行检测，分析模件故障的原因，组织排查#1～#4机组所有类似的模件。

3）对DCS系统送至ETS系统的信号进行排查梳理，重新分配通道，减少安全风险。

4）对DCS系统送至ETS系统的信号进行排查梳理，形成清册，列入检修计划，对包括卡件、端子板、电缆等在内的整个回路进行检查测试。

5）针对ETS系统的单点保护情况进行排查，开展系统升级、保护完善的可行性研究。利用#1、#2机组通流改造项目机会对ETS系统进行改造，针对DCS到ETS的跳机输出信号，建议在ETS侧增加3取2功能，避免误动和拒动，提高ETS系统保护动作可靠性。

5" " 结束语

本文针对某电厂#2机组汽机子系统I/O模件故障引起机组跳闸的情况，通过查找事件原因，对DSO模件的拨码开关进行测试，最终发现I/O子模件的拨码开关故障导致地址冲突，使“高压排汽口金属温度过高”通道信号误发为1，最终造成机组异常跳闸。通过对机组跳闸事件原因进行分析，针对事故中暴露出的一些问题，提出了一系列防范措施，从而避免I/O模件故障导致机组异常跳闸事件重复发生。

[参考文献]

[1] 韩国强.汽轮机侧单点保护技术改造分析[J].河北电力技术，2013，32（增刊1）：46-49.

[2] 刘文丰，寻新，刘红旭.火电机组主保护硬回路典型设计及可靠性浅析[J].热力发电，2013，42（10）：16-20.

收稿日期：2024-10-24

作者简介：蔡树杰（1985—），男，广东潮州人，工程师，主要从事火电厂热工控制及维护工作。

金晶（1983—），男，湖北钟祥人，高级工程师，主要从事火电厂热工控制及管理工作。