數(shù)字化電氣設(shè)備模數(shù)信號響應時間不同帶來的問題及解決辦法

王俊強

（中海石油化學股份有限公司，海南 東方 572600）

0 引 言

隨著計算機信息技術(shù)的不斷發(fā)展及單片機的廣泛應用，綜合保護繼電器及PLC等數(shù)字化電氣設(shè)備得到快速發(fā)展及廣泛應用，在電機保護、備自投（備用電源自動投入使用裝置，簡稱備自投，包括進線備自投、母聯(lián)備自投等備自投方式，均會用到綜合保護繼電器或PLC等數(shù)字化電氣設(shè)備）、電機自啟動等方面均得到了充分應用。數(shù)字化電氣設(shè)備需進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，必定會有模擬量信號與數(shù)字量信號響應時間的不同，技術(shù)人員在現(xiàn)場對數(shù)字化電氣設(shè)備編程的過程中，如果未考慮到此問題，可能會帶來一些隱蔽的、時有時無的故障。以下對3起（類）數(shù)字化電氣設(shè)備模數(shù)信號響應時間不同引起的事故過程及其解決辦法進行介紹，并通過原因分析總結(jié)經(jīng)驗教訓，供業(yè)內(nèi)參考，希望能起到拋磚引玉的作用。

1 復位PT二次開關(guān)引起進線誤跳閘事故

1.1 事故過程

6kV配電系統(tǒng)單母線分段運行，備自投設(shè)計為：正常運行時單母線分段運行，當某路進線失電時，跳開相應的進線開關(guān)，合母聯(lián)斷路器。本6kV系統(tǒng)進線和母聯(lián)柜采用的都是廈門ABB公司的REF542plus綜合保護繼電器，其配電系統(tǒng)主接線如圖1。

圖1 6kV配電系統(tǒng)主接線示意圖

一次在拆除6kVⅠ段母線PT二次線時，線頭碰到了保護器的外殼，導致6kVⅠ段母線PT二次空開跳開；對6kVⅠ段母線PT二次空開進行恢復，在其恢復過程中，6kV1＃進線斷路器跳開。

1.2 事故原因

復位母線PT二次空開，據(jù)母聯(lián)備自投跳1＃進線邏輯（如圖2）設(shè)計本意，進線斷路器不應跳閘：第一階段，PT二次空開跳開時，“PT完好”信號為0，“1＃失壓”信號為1；第二階段，PT二次空開復位后，“PT完好”信號為1，“1＃失壓”信號為0。但實際上，在第一階段和第二階段之間還有中間階段，在PT二次空開復位瞬間，“PT完好”信號從0轉(zhuǎn)換為1，而“1＃失壓”信號未由1轉(zhuǎn)換為0，致1＃進線斷路器跳開。

圖2 母聯(lián)備自投跳1＃進線邏輯示意圖

經(jīng)分析，事故原因是：“PT完好”信號是PT二次空開輔助觸點變位的數(shù)字量信號輸入轉(zhuǎn)化，“1＃失壓”信號是PT三相電壓模擬量信號輸入轉(zhuǎn)化，PT二次空開復位瞬間，模擬量輸入的“1＃失壓”信號（如圖3）變位比數(shù)字量輸入的“PT完好”信號變位慢。

“PT完好”信號為直接光耦轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，只有幾毫秒的抗干擾延遲，REF542邏輯掃描周期約為10ms；而“1＃失壓”信號要經(jīng)模擬量板卡進行模數(shù)轉(zhuǎn)化后才輸出數(shù)字信號1供與門判斷，模擬量的采集一般需要幾百毫秒的時間。1＃進線失壓模擬量模塊“TR＜”（見圖3）相當于失壓延時繼電器，如不考慮模擬量采集時間的影響，電壓低于30%U時，延時0.9s輸出1；電壓高于30%U時，不延時瞬間輸出0。但由圖3可以看到，時間設(shè)定的區(qū)間為0.5～300s，即該模塊最小響應時間為0.5s（說明書注明），即電壓恢復正常0.5s后“1＃失壓”信號才能由1轉(zhuǎn)換為0，導致PT二次空開復位瞬間母聯(lián)備自投跳1＃進線邏輯與門條件滿足，1＃進線跳閘。

圖3 1＃進線失壓模擬量模塊示意圖

總之，由于綜合保護器“PT完好”數(shù)字量信號與“1＃失壓”模擬量信號響應時間不同，引起了復位PT二次空開時母聯(lián)備自投跳1＃進線邏輯輸出，引起1＃進線誤跳閘事故。

1.3 解決辦法

如圖4，在母聯(lián)備自投跳1＃進線邏輯中將“PT完好”信號加入上升延遲1s，即在復位PT二次空開時，備自投跳1＃進線邏輯中“PT完好”信號從0到1延遲1s，以確保“1＃失壓”信號由1轉(zhuǎn)換為了0，這樣就不會導致1＃進線跳閘，從而避免事故的再次發(fā)生。

圖4 修改后母聯(lián)備自投跳1＃進線邏輯示意圖

2 事故電機有自啟動信號卻未自啟動事故

2.1 事故過程

事故段電機自啟動邏輯由SIEMENSS7-200 PLC實現(xiàn)，電機馬達保護器為SIEMENS3UF7，市電失電后，發(fā)電機自啟動，低壓母線建立電壓后，PLC輸出分批自啟動數(shù)字信號給低壓電機馬達保護器，馬達保護器輸出電機接觸器吸合信號。但在本次事故中，有1臺電機J441C-A（0s自啟動）在PLC發(fā)出自啟動信號的情況下，電機未自啟動。

2.2 事故原因

SIEMENS3UF7馬達保護器中有個模塊“PowerFailureMonitoring”，簡稱UVO模塊，其作用為：電壓跌落2s內(nèi)，馬達保護器保持輸出，母線2s內(nèi)來電電機接觸器直接吸合，電機自啟動；電壓跌落超過2s，馬達保護器停止輸出，發(fā)出“UVO故障”報警，母線電壓恢復后，馬達保護器邏輯發(fā)出信號對UVO報警自復位，PLC發(fā)出自啟動信號，電機自啟動。

在本次事故中，母線已建立電壓，PLC已發(fā)出自啟動信號，而由于UVO模擬量信號響應時間滯后，馬達保護器還未完成UVO報警的復位，并且馬達保護器會一直無法對UVO復位，直到PLC自啟動信號消失，最終導致電機自啟動失敗。經(jīng)試驗驗證，母線電壓恢復后，UVO復位模擬量信號響應時間約0.7s，因此PLC自啟動數(shù)字信號需延遲至少0.7s發(fā)出才能確保電機自啟動成功。

J441C-A自啟動失敗時序圖如圖5，其他電機0s自啟動成功時序圖如圖6。

圖5 電機J441C-A自啟動失敗時序圖

圖6 其他電機0s自啟動成功時序圖

總之，本次母線電壓恢復后電機J441C-A無法自啟動是馬達保護器自啟動數(shù)字信號與UVO模擬量信號響應時間不同所致。

2.3 解決辦法

該問題涉及所有0s自啟動回路，修改前電機J441C-A分批自啟動延時程序如圖7，為來電后0s自啟動；修改后電機J441C-A分批自啟動延時程序如圖8，為來電后1s自啟動，以確保自啟動成功。

圖7 修改前J441C-A自啟動PLC程序圖

圖8 修改后J441C-A自啟動PLC程序圖

3 PLC未輸出電機自啟動信號事故

3.1 事故過程

事故段中變頻電機自啟動由ABBAC500 PLC實現(xiàn)。市電失電后，發(fā)電機自啟動，事故段原來運行的變頻電機由PLC輸出自啟動數(shù)字信號進行分批自啟動。但在本次事故中，有3臺變頻電機PLC未輸出自啟動信號。

3.2 事故原因

以未自啟動的變頻電機J433A為例（J433A失電自啟動程序如圖9），“J433A_RUN”停運信號為接觸器輔助接點輸入PLC數(shù)字量采集點，從失電到信號建立耗時約100ms以內(nèi)，而低電壓信號“VOLT”為低電壓繼電器輔助接點輸入PLC模擬量采集點，從失電到信號建立耗時約為200ms，當“J433A_RUN”停運信號下降沿“F_TRIG1”觸發(fā)時，由于PLC電機停運數(shù)字量信號與低電壓模擬量信號響應時間不同，低電壓信號“VOLT”未建立，導致PLC自啟動邏輯未輸出，造成J433A自啟動失敗。

圖9 變頻電機J433A失電自啟動程序圖

3.3 解決辦法

由于事故段中變頻電機停運數(shù)字量信號與低電壓模擬量信號的響應時間很接近，而響應時間的快慢存在偶然性，因此當PLC進行變頻電機分批自啟動時，出現(xiàn)自啟動失敗的情況存在偶然性。為避免類似事故的發(fā)生，需對所有變頻電機的PLC自啟動邏輯進行修改，即對所有變頻電機PLC自啟動程序中停運信號下降沿做200ms的延時。以變頻電機J433A為例，當市電失電時，“J433A_RUN”停運信號下降沿“F_TRIG1”觸發(fā)，延遲200ms（見圖10），以等待低電壓信號“VOLT”建立，這樣PLC程序中變頻電機自啟動即可成功。

圖10 修改后變頻電機J433A失電自啟動程序圖

4 結(jié)束語

總結(jié)上述幾起事故的經(jīng)驗教訓，在對數(shù)字化電氣設(shè)備編程時，必須考慮到模擬量信號與數(shù)字量信號響應時間的不同，適當對一些信號進行延時，使程序更加嚴謹，容錯率更高，這樣才能保證供電的安全性、可靠性及穩(wěn)定性。