因改造引起的機組跳機拒動故障的原因分析

候錄江，任 剛，李 勇， 徐 桅，郭旭東

（1.河北易縣抽水蓄能有限公司，河北 保定 074200；2.河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

0 引言

某蓄能電廠的每臺機組配備了1套ALSTOM公司的P320 C8075 PLC用于對機組的監(jiān)視與控制，并配置了1套后備PLC（C8035），用其作為主用PLC的后備，其所有采集信號全部是獨立于主用PLC之外的專用電纜硬接點信號，其開出也是通過獨立于主用PLC之外的硬布線回路來實現(xiàn)其控制功能，用來保證當(dāng)主用PLC無法正常控制機組時，后備PLC接管機組的控制權(quán)，并能夠在機組故障的情況下發(fā)出跳機命令，使機組達(dá)到停機穩(wěn)態(tài)，從而提高了對機組的可控、能控、在控的能力。

1 故障現(xiàn)象

2016年3月2日，調(diào)速器機械管路出現(xiàn)了大量漏油，調(diào)速器油罐油位降到500 mm以下，主用PLC未發(fā)出應(yīng)該發(fā)出的調(diào)速器油罐油位低低跳機信號U01_MG10_CL101_Trip，而是導(dǎo)致備用PLC因其他故障（調(diào)速器油罐壓力過低）而跳機，可見主用PLC出現(xiàn)跳機的拒動，致使故障范圍擴大，為機組的安全運行帶來了極大的隱患。

2 調(diào)速器油罐油位改造

調(diào)速器油罐油位跳機邏輯處于主用PLC內(nèi)，改造優(yōu)化前調(diào)速器油罐油位跳機邏輯如圖1所示，即采用4～20 mA模擬量，通過PLC程序處理，當(dāng)油位U01_MG10_CL101_AI01＜708 mm，且延時 3 s后動作出口跳機。

圖1 改造優(yōu)化前調(diào)速器油位跳機邏輯簡圖

但是由于該傳感器安裝環(huán)境不太理想，振動較大、環(huán)境潮濕、電磁干擾強、傳輸距離較遠(yuǎn)等不利因素，再加上傳感器安裝運行已超10年，偶爾出現(xiàn)傳感器測量的油位信號發(fā)生較大范圍的漂移，甚至突變，最近一次是2015年6月11日由于傳感器在機組發(fā)電運行中突變到0 mm，長達(dá)8 s，導(dǎo)致油罐油位低低U01_MG10_CL101_Trip出口跳機。為了減少由于該油位模擬量傳感器的測值漂移所引起的機組誤跳機的再次發(fā)生，故對調(diào)速器油罐油位的控制進(jìn)行了優(yōu)化改造。

本次改造涉及了2個方面：①PLC內(nèi)部程序優(yōu)化；②硬布線回路。

2.1 PLC內(nèi)程序優(yōu)化

考慮到保證機組的穩(wěn)定運行，減少機組不必要的跳機，因此對調(diào)速器油罐油位跳機邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，如圖2所示。采集兩路輸入信號：

（1）調(diào)速器油罐油位模擬量信號發(fā)出油位低低U01_MG10_CL101_TD02。

（2）新增一路調(diào)速器油罐油位浮子開關(guān)量U01_MG10_CL102_DI01。

圖2 改造優(yōu)化后調(diào)速器油位跳機邏輯簡圖

將以上2路信號做“與”的邏輯，利用油位浮子式傳感器動作可靠的特點，減少油位低低誤動跳機的可能，從而提高機組的穩(wěn)定性。

2.2 硬布線回路改造

由于現(xiàn)地油罐配置了2個不同類型的油位傳感器：

（1）一個油位浮子開關(guān)傳感器直接接入了備用PLC內(nèi)；

（2）一個油位模擬量傳感器直接接入主用PLC。

因此需要給主用PLC增設(shè)一路油位浮子開關(guān)傳感器及其相應(yīng)信號回路，當(dāng)時由于油位浮子傳感器需要采購，并且考慮到機組要盡快恢復(fù)備用，為此制定了臨時措施，即在備用PLC已有的油位浮子開關(guān)接點回路上擴展出一路同樣的信號送給主用PLC，具體如圖3所示?？芍?，主用PLC收到的“油罐油位低低”信號使用了備用PLC控制柜內(nèi)的48 V直流電源，改造后試驗正常，動作可靠。

圖3 調(diào)速器油位信號改造的二次回路

3 跳機拒動的原因分析

由歷史記錄可知，當(dāng)調(diào)速器油罐油位降到708 mm時，油位模擬量及時準(zhǔn)確地發(fā)出了油位低低U01_MG10_CL101_TD02信號，但是主用PLC未收到油位浮子傳感器發(fā)出的油位低低U01_MG10_CL102_DI01信號，主用PLC無法及時停機，而是導(dǎo)致備用PLC因其他故障（調(diào)速器油罐壓力低）而跳機，主用PLC出現(xiàn)跳機拒動，油罐油位低低信號未能達(dá)到其預(yù)期功能，使機組失去了油罐油位低低保護，給機組的運行帶來了巨大的隱患。

經(jīng)過仔細(xì)分析，確定了跳機拒動的原因為調(diào)速器油罐油位改造的硬布線回路存在問題，當(dāng)時改造時，雖然試驗正常，可是該正常是嫁接在另一次改造（機坑水位高高）的結(jié)果之上。即跳機拒動原因涉及到了兩次改造，一次是機坑水位高高回路改造；另一次是調(diào)速器油罐油位低低信號回路改造。

為了保證備用PLC在主用PLC故障時能夠可靠、安全、準(zhǔn)確的控制機組，因此和備用PLC控制有關(guān)的一切配置都獨立于主用PLC之外，二者之間無任何連接，其中就包括各自所使用的電源，即主用PLC控制柜和備用PLC控制柜各自采用的電源彼此獨立，無任何連接。

改造時人員將端子上的短接片拆除（圖4中在端子-X301：1-處用加粗黑色虛線標(biāo)注），試驗時主用PLC DI板卡輸入“油罐油位低低”信號回路如圖4中回路②所示，由備用PLC直流電源正極出發(fā)，依次經(jīng)現(xiàn)地油傳感器（浮子）、片狀端子式繼電器A1、主用PLC端子-X301：1+、主用PLC DI板卡-A301內(nèi)部、主用PLC端子-X322：5-、片狀端子式繼電器A2、進(jìn)而回到備用PLC直流電源的負(fù)極，從而形成閉合回路，將油罐油位低低信號（浮子開關(guān)接點）送至主用PLC，用于內(nèi)部程序處理。圖4中的回路②也是主用PLC能夠采集到油罐油位低低信號的唯一回路。其他任何回路都無法走通。

圖4中回路②經(jīng)過另外一路信號：機坑水位高高控制回路；（注：之前由于機坑水位傳感器故障，對機坑水位高高信號進(jìn)行了臨時改造，即在備用PLC已有的機坑水位浮子開關(guān)接點回路上擴展出一路同樣的信號送給主用PLC），機坑水位改造后試驗正常，此時端子-X322：5-處的短接片保留，反之，當(dāng)時若短接片拆除后就不會形成閉合回路，試驗時主用PLC就不會收到機坑水位低低信號。原理與“油罐油位低低”信號回路相同，再此不再贅述。此外圖4中回路①是指當(dāng)端子排通道上有輸入時，其LED燈被點亮的回路。

圖4 改造后試驗回路

2016年1月利用機組一次檢修的機會，對故障的機坑水位高高傳感器進(jìn)行了更換，并對其相應(yīng)的接線回路進(jìn)行了恢復(fù)（即在圖5中端子-X322：5/5+上側(cè)黑色加粗接線回路），同時拆除了之前改造時所用的臨時電纜（即圖5中-X322：5+/5-和-X311：A1/A2之間用藍(lán)色加粗虛線所示）。恢復(fù)后對“機坑水位高高”信號進(jìn)行試驗，主用PLC能夠正常收到“機坑水位高高”信號，試驗結(jié)果正常。

圖5 機坑水位高高回路恢復(fù)后的簡圖

由圖5可知，機坑水位高高信號回路恢復(fù)是將-X322：5+/5-和-X311：A1/A2之間的臨時電纜（用加粗藍(lán)色虛線所示）拆除，導(dǎo)致圖5中油罐油位低低信號回路②在X322：5-處出現(xiàn)了中斷，其結(jié)果是油罐油位低低信號回路不能形成環(huán)路，因此主用PLC DI板卡無法收到油罐油位低低信號的輸入，也就導(dǎo)致了主用PLC程序由于不能收到油位低低信號而不能出口跳機。

改造的目的是為了減少由于油罐油位模擬量測量值的突變而引起的機組誤動，結(jié)果卻導(dǎo)致了機組跳機的拒動，反而給機組帶來了更大的隱患。造成此次機組跳機拒動的直接原因是由于“機坑水位高高”信號回路恢復(fù)造成了“調(diào)速器油罐油位低低”信號回路的斷路。但是最根本的原因卻是調(diào)速器油罐油位信號改造不正確的回路，即調(diào)速器油罐油位改造后的信號回路嫁接在之前改造的毫不相干的機坑水位高高信號回路之上，而且兩者彼此毫不知曉。這是本次跳機拒動的最根本原因。由此可見“調(diào)速器油罐油位低低”信號回路的改造是失敗的。

4 處理措施

（1）在調(diào)速器油罐增加油位浮子開關(guān)傳感器之前，采取臨時措施，即恢復(fù)拆除的主用PLC 端子-X301：1-處的短接片，使調(diào)速器油罐油位信號回路形成自己的回路而不再用嫁接在其他任何回路上。如圖6中回路②所示。

圖6 恢復(fù)短接片后的臨時信號回路

（2）盡快在調(diào)速器油罐增設(shè)一個油位浮子開關(guān)傳感器并及時敷設(shè)新的電纜，讓其單獨接入主用PLC DI板卡-A301，同時拆除圖6中-X301：1+/1-和-X311：A1/A2之間用加粗實線所示的臨時信號回路。最終調(diào)速器油罐油位改造回路如圖7所示。

圖7 調(diào)速器油罐油位最終改造回路

5 改造時注意事項

電廠隨著時間的推移，設(shè)備改造的機會越來越多，涉及的面也越來越廣，要求的專業(yè)知識也更加專業(yè)，因此改造必須滿足以下3點：

（1）改造前必須完全熟悉要改造的設(shè)備及其圖紙，否則對改造的設(shè)備一知半解就草率的進(jìn)行改造，難免不會出現(xiàn)類似錯誤，就如同調(diào)速器油罐油位改造后的信號回路嫁接在之前改造的毫不相干的機坑水位高高信號回路之上，而且兩者之間毫不知曉，當(dāng)機坑水位高高回路恢復(fù)后客觀上造成了油罐油位信號回路工作的不正常。

（2）改造中必須嚴(yán)格按照有關(guān)文件要求完成，在改造中遇到意外情況時及時和有關(guān)技術(shù)人員溝通，如“調(diào)速器油罐油位低低”信號改造過程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)端子-X301：1-處的短接片（圖4中在端子-X301：1-處用加粗黑色虛線標(biāo)注）拆除和不拆除對該信號沒有任何影響，對此沒有追究，就想當(dāng)然的認(rèn)為都是對的，因此錯過了一次處理問題的機會。

（3）改造后必須進(jìn)行相關(guān)的試驗，試驗只是一種驗證方式，只是驗證某一時刻是正確的，并不能保證當(dāng)某個條件改變后還保持正確，這就要求技術(shù)人員要有扎實的專業(yè)知識，必須清楚每一次改造對之前的回路是否有影響，有什么影響。否則不可以輕易改造。

最后，對于此次調(diào)速器油罐油位低低信號回路所采取的臨時措施，也存在一定的隱患。對于主用PLC同一個板卡來說，不同通道間使用了不同來源、互相獨立的直流電源，如圖8所示。

圖8 同一板卡的輸入通道使用兩路不同電源供電

1）圖8中回路②是調(diào)速器油位信號改造回路，回路②使用備用PLC控制柜電源對主用PLC板卡的相應(yīng)通道供電；

2）圖8中回路①是同一板卡上其他正常回路，回路①使用主用PLC控制柜電源對主用PLC板卡的通道供電。

這對主用PLC DI板卡的穩(wěn)定運行構(gòu)成了危害，也導(dǎo)致PLC二次布線的層次產(chǎn)生混亂，對以后的維護檢修帶來了困難，這種情況也是要極力避免的。