汽機ETS電跳機保護信號誤動的原因分析

邱夏寧

摘要：文章針對汽輪機的危急遮斷系統(tǒng)（ETS）在投入電跳機保護時誤發(fā)跳機信號的原因進行分析，通過試驗證明電跳機保護信號電纜在投入保護的瞬間存在電容充電現(xiàn)象，會把PLC的DI通道電壓拉低至動作值附近導致ETS誤動，采用充電電阻巧妙解決ETS保護誤動隱患。

關鍵詞：汽機ETS；電纜電容；保護信號；電跳機

中圖分類號：TK269 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）17-0072-02

某電廠2×135MW汽輪機危急遮斷系統(tǒng)（ETS）保護裝置由上海汽輪機有限公司（STC）提供ETS電跳機保護工作原理示意圖，當主PLC（MPLC）和輔助PLC（BPLC）輸入通道同時掃描到電跳機回路觸點閉合，主PLC（MPLC）和輔助PLC（BPLC）經過邏輯運算后由其輸出通道斷開AST電磁閥的電源，使AST電磁閥失電動作。

1 事件經過

某電廠#2機組并網(wǎng)后投入ETS電跳機保護的瞬間機組誤跳閘。查#2機組DCS的SOE記錄，發(fā)現(xiàn)#2機組跳閘情況很奇異，甚至可以說跳閘得有些不符合邏輯，具體情況

如下：

12時13分56秒841毫秒（推算為投K1時間）ETS裝置發(fā)汽輪機主汽門關閉、MFT指令；56秒940毫秒發(fā)變組出口開關2201跳閘；57秒10毫秒發(fā)電機滅磁開關跳閘；57秒22毫秒汽機主汽門關閉；58秒867毫秒（推算為投K2時間，因為正常情況下此時間與兩外一路發(fā)變組）ETS裝置發(fā)出發(fā)電機出口開關跳閘信號。查ETS跳閘首出邏輯畫面顯示“電跳機”（說明：主汽門關閉信號不進ETS首出邏輯，所以即便是汽輪機先跳閘也不會在首出畫面顯示），檢查汽機跳閘前后各參數(shù)正常，檢查#2機ETS未發(fā)現(xiàn)問題。后聯(lián)系電氣專業(yè)檢查#2發(fā)變組出口開關2201輔助觸點及就地端子箱，聯(lián)系機務專業(yè)重點檢查EH油、潤滑油系統(tǒng)有無泄漏。電氣和機務專業(yè)檢查后未發(fā)現(xiàn)設備異常。后向中調申請空載合2201開關，試投電跳機保護正常。#2機組重新并網(wǎng)，再次投入ETS電跳機保護正常。

2 原因分析

從熱工控制的方向分析，要讓AST電磁閥失電跳機只有三方面的原因：（1）AST電磁閥雙路110VAC電源在投入保護過程中恰好故障，導致汽機跳閘。但測量雙路電源都正常，排除這種可能；（2）ETS開關量雙路輸出卡件（通道）在投入保護過程中恰好故障，導致汽機跳閘。通過檢查和測試卡件工作正常，所以也排除這種可能；（3）在投入保護過程中恰好輸入回路瞬間掃描到電跳機接通信號，通過ETS輸出卡件發(fā)出AST電磁閥失電指令，跳閘汽機，排除了以上兩種可能性，只有這種原因導致跳機。

調查當時投保護的三人已確認2201開關在合閘狀態(tài)，且操作完全按照操作票正常執(zhí)行，排除誤操作的可能。排除人為因素，就只剩下保護回路自身的問題。由于電跳機回路電纜總長有300米，存在電容效應，在投入電跳機保護時有導致信號通道電壓瞬間拉低的可能，以致ETS系統(tǒng)誤判，進而誤跳機。

因此本次離奇的跳機的原因鎖定在電跳機回路設計缺陷。

3 電跳機回路電容效應分析及試驗

通過分析確定跳機原因之后，還要證實分析是否正確。下面通過理論和試驗來分析驗證。

3.1 理論分析

3.1.1 圖1是電跳機輸入回路的工作原理圖，當K1、K2閉合的情況下（即保護投入狀態(tài)）只要現(xiàn)場發(fā)電機出口開關輔助接點S閉合，光耦的正負極之間有電流流過，并電流大于2.5mA足夠接通光耦，則認為S閉合。

圖1

3.1.2 那么該回路是否有誤認S閉合可能性，如果將K1、K2到S間的信號電纜看作是一個電容，實測電容容量為49nF。K1本身也可以看作是一個電容，在K2投入的瞬間，即使在K1沒有投入的情況下，實際上電源的正負極之間有電流流過，所以可造成瞬間誤判導致跳機。

3.2 投保護試驗

3.2.1 用CAAP2000錄波儀分別測量PLC的I/O通道24VDC電源電壓、電跳機DI通道電壓、電跳機信號電纜電壓，觀察在K1、K2開關投入瞬間PLC通道電壓變化情況。發(fā)現(xiàn)在電跳機保護投入的瞬間PLC通道電壓瞬間降到11.46VDC，持續(xù)1ms后恢復正常。經過反復試驗，PLC通道電壓在每次投保護時谷值都有不一致，范圍在11.13～12.46VDC。在不接地線情況下測得PLC通道最低電壓為10.15VDC，這說明接地線對通道壓降有一定影響。

3.2.2 甩開發(fā)變組出口開關至ETS柜的電纜，只測量發(fā)變組保護屏至ETS柜的電纜在保護投入瞬間電壓，此段電纜長度約為50米。結果發(fā)現(xiàn)PLC通道電壓下降幅度不大，谷值在19.97VDC附近。

3.2.3 甩開發(fā)變組保護屏至ETS柜側信號電纜，只測量2201開關至ETS電纜在投入保護瞬間電壓，此段電纜長度約為250米。結果發(fā)現(xiàn)PLC通道電壓下降幅度很大，谷值在13.47VDC附近。

從以上試驗可以判定，在投入電跳機保護瞬間，PLC通道在給電纜進行充電，導致PLC通道電壓突降，但不是每次都會降至I/O通道判斷的門檻值，所以不是每次投保護時都會導致保護誤動。

4 解決方案

證實原因分析正確后下一步就是采取措施進行防范。我們在投切開關間采用充電電阻，對電纜進行充電，以提高在保護投切的瞬間PLC通道掃描電壓的穩(wěn)定性。

具體措施如圖2所示，在K1、K2上并接合適的電阻，使其在K1、K2斷開時對電纜進行充電。在閉合K1、K2后充電電阻被旁路掉，不影響PLC對2201開關輔助接點信號的掃描。

圖2 電跳機保護回路增加充電電阻R1、R2示意圖

此方案的關鍵問題在于找出一個合理的電阻值。我們通過在PLC輸入回路里串入滑線變阻器（R1、R2）試驗電跳機保護回路的方法來尋求此電阻值。初步試驗發(fā)現(xiàn)串入電阻值在4490Ω以下時PLC還可以掃描到開關量的狀態(tài)，電阻值大于5190Ω時PLC認為外回路處于斷開狀態(tài)。進一步改變滑線變阻器（R1、R2）的阻值，觀察信號電纜在合閘狀態(tài)下的電壓值。我們發(fā)現(xiàn)R1、R2阻值越大外回路分壓越小。說明長電纜有自放電現(xiàn)象，放電電流在1mA左右。為保證外回路電壓大于20VDC，最后選用R1、R2阻值為50KΩ、功率0.5W的電阻。

5 實施效果

確定電阻后，觀察接入電阻后投入電跳機保護時PLC通道、信號電纜電壓波形。發(fā)現(xiàn)在接入電阻的情況下投入電跳機保護，對通道電壓影響非常小，消除了在投保護瞬間電纜充電對通道的影響。

增加充電電阻后進行開關分閘試驗，分閘后電壓降時間為0.2ms，保護回路動作時依然可以實現(xiàn)快速可靠。

6 結語

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析，加裝保護回路充電電阻對保護裝置和保護邏輯無影響。滿足保護的快速性，巧妙解決長電纜充電導致PLC誤判的問題。又不違反ETS設計標準和二十五項反措要求。實施起來方便，成本可以忽略不計。此方法適用于所有PLC、單片機的開關量長電纜輸入信號投切保護回路。

參考文獻

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