風(fēng)電機(jī)組PLC 安全鏈反饋丟失故障原因分析及處理

陳飛

（國家電投集團(tuán)廣西靈山大懷山新能源有限公司，廣西 靈山 535400）

風(fēng)電機(jī)組PLC 安全鏈?zhǔn)钦麄€風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的重要保護(hù)之一，尤其是出現(xiàn)風(fēng)機(jī)致命故障時，PLC 安全鏈系統(tǒng)能快速將風(fēng)機(jī)切換至安全停機(jī)狀態(tài)，從而保護(hù)風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定并網(wǎng)。但由于PLC 安全鏈系統(tǒng)控制電纜磨損或風(fēng)機(jī)偏航扭攬動作等原因，均會造成機(jī)組PLC 安全鏈信號誤動作，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)警告故障誤停機(jī)。本文針對懷山風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組PLC安全鏈反饋丟失故障情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 故障情況

國家電投集團(tuán)懷山風(fēng)電場位于廣西欽州市靈山縣新圩鎮(zhèn)、佛子鎮(zhèn)一帶山脊，距靈山縣約25km，距欽州市約134km，總裝機(jī)容量200MW，共安裝了93臺金風(fēng)科技永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。2020年4月9～22日期間，懷山風(fēng)電場50號機(jī)組重復(fù)報出1號柜PLC安全鏈反饋丟失故障，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)警告故障停機(jī)，故障代碼11815、11809[1]。查看故障文件發(fā)現(xiàn)機(jī)組變流系統(tǒng)至主控系統(tǒng)反饋信號異常，機(jī)組故障停機(jī)前51.74秒出現(xiàn)信號頻繁告警，由于機(jī)組PLC安全鏈在運行并網(wǎng)過程中持續(xù)保持通暢狀態(tài)，告警信號卻處于丟失現(xiàn)象，變流系統(tǒng)至主控系統(tǒng)反饋信號出現(xiàn)不連續(xù)中斷，變流系統(tǒng)未發(fā)出故障信息，機(jī)組PLC安全鏈重復(fù)警告故障停機(jī)。

2 現(xiàn)場檢查與測試

通過調(diào)取機(jī)組主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)可知，由于主控系統(tǒng)報出1 號柜PLC 安全鏈反饋丟失故障，但變流系統(tǒng)卻未顯示故障判定，機(jī)組PLC 安全鏈觸發(fā)故障點處于主控系統(tǒng)至變流系統(tǒng)回路之間，結(jié)合金風(fēng)科技2.0MW 主控柜I 型電氣原理圖[2]，下面逐一分析主控故障文件11809 和11815 故障代碼。

2.1 風(fēng)機(jī)故障代碼11809 為機(jī)組PLC_安全鏈反饋急停，PLC 未檢測變流器自身故障的情況下，安全鏈狀態(tài)反饋觸點斷開且持續(xù)時間4ms 以上作為故障觸發(fā)的條件。若復(fù)位過程安全繼電器的4個指示燈始終不亮，一是檢查主控、變流急停按鈕是否為旋起狀態(tài)；二是根據(jù)電氣原理圖檢查安全鏈回路DC24V 供電是否正常；三是復(fù)位過程安全繼電器4 個指示燈亮起后又熄滅，則檢查PLC 安全鏈狀態(tài)監(jiān)測回路是否存在斷路或接觸不良等現(xiàn)象；四是檢查主控柜安全繼電器本身是否損壞而導(dǎo)致觸點無法正常動作。

2.2 故障代碼11815 為風(fēng)機(jī)主控急停，根據(jù)故障信息檢查主控是否故障（尤其是水冷故障）；一是檢查變流器與主控接線是否存在虛接、錯接、短路；二是檢查主控系統(tǒng)PLC 安全鏈?zhǔn)欠衲軌蛘９ぷ?，確認(rèn)不存在死機(jī)現(xiàn)象；三是查看主控網(wǎng)頁下發(fā)變流器控制字中是否存在故障。

2.3 按照故障代碼解析，檢查機(jī)組PLC 安全鏈回路是否存在損壞及線路虛接現(xiàn)象[3]。

第一步檢查主控系統(tǒng)繼電器及回路是否工作正常，判斷繼電器線圈常閉觸點是否存在未吸合導(dǎo)致故障誤報出現(xiàn)象，此時進(jìn)行更換繼電器卻未發(fā)現(xiàn)故障消除，從而排除繼電器損壞導(dǎo)致機(jī)組PLC故障信號頻繁告警。

第二步檢查機(jī)組PLC 安全鏈接線端子、主控柜急停按鈕觸點、機(jī)艙柜急停按鈕是否存在松動及虛接現(xiàn)象，測量主控柜哈丁頭至變流柜哈丁頭回路是否正常，進(jìn)一步排除由于主控柜及機(jī)艙柜二次設(shè)備回路虛接造成PLC 安全鏈故障告警。

第三步排查是否控制系統(tǒng)模塊失效導(dǎo)致機(jī)組PLC 安全鏈故障的可能性，檢查主控柜到變流柜的連接芯線是否出現(xiàn)虛接現(xiàn)象，測量主控柜哈丁頭接線端子至變流柜哈丁頭接線端子電阻值，檢查結(jié)果未發(fā)現(xiàn)電纜磨損、破皮、虛接等異?，F(xiàn)象。

第四步判斷主控系統(tǒng)、變流系統(tǒng)是否誤報主控急停命令信號[4]，由于主控系統(tǒng)輸出的變流急停信號持續(xù)為高電平，換而言之，中間繼電器線圈一直處于帶電狀態(tài)，對應(yīng)觸點一直處于閉合狀態(tài)，因此該繼電器不存在接線松動或觸點損壞的可能。

3 原因分析及處理

3.1 排除以上故障原因，綜合分析導(dǎo)致機(jī)組PLC 安全鏈重復(fù)性告警故障，主要原因為機(jī)艙急停按鈕至主控系統(tǒng)急停按鈕控制電纜輕微磨損所致（見圖1），機(jī)艙急停按鈕至主控系統(tǒng)控制電纜長度為90m，測量發(fā)現(xiàn)該電纜阻值在0.3Ω 到1300Ω來回變化。開展控制電纜全線排查，發(fā)現(xiàn)該電纜在機(jī)艙柜往下10 米處存在輕微磨損現(xiàn)象，初步判斷為機(jī)組PLC 安全鏈控制電纜伴隨著葉輪偏航扭攬與護(hù)圈發(fā)生磨損，信號接收斷斷續(xù)續(xù)而報出故障停機(jī)誤動作警告，將機(jī)艙急停按鈕觸點至主控系統(tǒng)急停按鈕觸點控制電纜進(jìn)行備用線芯更換及電纜護(hù)圈拆除，故障信號消失，機(jī)組啟動正常。

圖1 控制電纜磨損示意圖

3.2 按照控制電纜敷設(shè)要求，一是應(yīng)對控制電纜與電纜護(hù)圈處進(jìn)行防護(hù)處理；二是進(jìn)行電纜護(hù)圈拆除改造，保證電纜能夠順滑不受摩擦力并下放至“馬鞍橋”處；三是機(jī)組安裝驗收及后期維護(hù)中，應(yīng)加強控制電纜關(guān)鍵點檢查工作，避免因葉輪偏航發(fā)生扭攬磨損現(xiàn)象。按照機(jī)組現(xiàn)場電氣安裝手冊[5]要求，由于拆除的護(hù)圈為該控制電纜上護(hù)圈和下護(hù)圈之間，三個護(hù)圈之間距離約60cm（見圖2），中間護(hù)圈拆除后，該電纜仍然能夠牢靠固定，不會產(chǎn)生電纜垂直拉伸自重導(dǎo)致電纜芯線的金屬疲勞及電纜絕緣層受影響等設(shè)備安全問題。

3.3 機(jī)組PLC 安全鏈故障測量排查方法可歸納為：一巡，二測，三搖。

一巡：維檢人員應(yīng)日常巡視電纜兩接頭以及電纜本體。對于兩端接頭的接線，著重檢查線纜屏蔽層接地連接，各芯線的線鼻子壓接，以及電纜本體巡檢，注重從“馬鞍橋”到機(jī)艙柜內(nèi)一段電纜的巡查，檢查電纜是否存在磨損，鼓包等異常現(xiàn)象。

二測：維檢人員應(yīng)通過電纜的通斷以及電阻測量判斷電纜內(nèi)芯線是否完好。對于通斷測量，可將同一芯的導(dǎo)線一端可靠接地，另一端測量與地之間的通斷。由于某一芯線存在時通時斷的情況，通斷測量存在一定的漏洞?？梢詼y量芯線電阻的形式，準(zhǔn)確確認(rèn)。測量方法為：可將同一芯的導(dǎo)線一端可靠接地，另一端測量與地之間的電阻值；或者取一芯備用線做公共線，其他芯線與該公共線一端短接，另一端測量電阻，一般電阻值在2Ω～3Ω之間。

三搖：在排除無異常情況后，可以選擇機(jī)組PLC 安全鏈復(fù)位，信號恢復(fù)正常后，從機(jī)艙內(nèi)平臺至“馬鞍橋”處進(jìn)行分段搖動電纜，查看PLC 安全鏈?zhǔn)欠裨俅喂收细婢攸c檢查機(jī)艙平臺至電纜交匯處因偏航扭攬導(dǎo)致急停信號告警。

圖2 電纜護(hù)圈拆除改造

4 結(jié)語

通過此次2.0MW 機(jī)組PLC 安全鏈故障重復(fù)性告警停機(jī)事件，發(fā)現(xiàn)由于控制電纜輕微磨損造成信號異常告警，最終采取更換電纜及拆除相應(yīng)護(hù)圈的預(yù)防措施。經(jīng)過改造后，目前機(jī)組PLC 安全鏈故障告警未報出，機(jī)組處于安全穩(wěn)定并網(wǎng)狀態(tài)。目前結(jié)合機(jī)組500 小時檢修、半年檢修、全年檢修工作，逐步開展電纜是否磨損檢查，全面提高風(fēng)機(jī)可利用率。