運(yùn)維之道-6B級(jí)燃機(jī)控制系統(tǒng)通訊故障案例分析與探討

魏巍 李明

摘要：通過(guò)對(duì)6B級(jí)燃機(jī)控制系統(tǒng)硬件及內(nèi)部邏輯進(jìn)行排查分析，辨別匯總通訊故障時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象，提出解決故障的方法，為燃機(jī)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供建議和幫助。

關(guān)鍵詞：燃機(jī);邏輯;通訊故障;配置;穩(wěn)定運(yùn)行

中圖分類(lèi)號(hào)：TM611.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）11-0186-02

1? 機(jī)組情況

某燃機(jī)電廠一臺(tái)6B型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，燃機(jī)功率力為42MW（設(shè)計(jì)工況），燃機(jī)由一臺(tái)17級(jí)的軸流式壓氣機(jī)、10個(gè)低NOX燃燒器組成的燃燒系統(tǒng)、一臺(tái)3級(jí)透平和有關(guān)輔助系統(tǒng)組成。燃?xì)廨啓C(jī)額定轉(zhuǎn)速5163r/min，通過(guò)減速齒輪箱將轉(zhuǎn)速降至3000r/min，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)采用3冗余配置。機(jī)組于2007年投產(chǎn)，2014年進(jìn)行DLN改造，運(yùn)行情況基本良好。隨著時(shí)間的推移，燃機(jī)控制系統(tǒng)部分設(shè)備老化，燃機(jī)運(yùn)行中的不確定性因素增加，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中曾出現(xiàn)過(guò)由于燃機(jī)通訊故障間接導(dǎo)致的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行期間異常情況和機(jī)組事件案例進(jìn)行總結(jié)分析，此次非停是由于S控制器通訊故障并且R控制器或T控制器出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)導(dǎo)致。為了降低機(jī)組非停概率，重點(diǎn)對(duì)燃機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、通訊故障時(shí)的現(xiàn)象、分析解決通信故障的方法等進(jìn)行歸納探討，消除燃機(jī)的安全隱患，便于確認(rèn)排查故障方向。

2? 6B型燃機(jī)控制系統(tǒng)配置簡(jiǎn)述

2.1 控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)

控制系統(tǒng)設(shè)置有三級(jí)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)：PDH 網(wǎng)、UDH 網(wǎng)和IONET網(wǎng)。

PDH 網(wǎng)是系統(tǒng)用來(lái)與電廠離散控制系統(tǒng)（DCS）或者第三方設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的途徑。

UDH是基于Ethernet 網(wǎng)絡(luò)，它提供燃機(jī)控制器、汽機(jī)控制器、余熱鍋爐控制器、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器、靜態(tài)啟動(dòng)器、PLCs 之間高速的端與端對(duì)等通訊。

IONET是以EthernetTM為基礎(chǔ)的用于控制器內(nèi)三個(gè)控制處理器、三個(gè)保護(hù)模塊以及擴(kuò)展模塊間通訊的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)也是三冗余的。IONET使用的是ADL對(duì)控制器數(shù)據(jù)進(jìn)行表決。

2.2 控制系統(tǒng)硬件配置

控制系統(tǒng)采用3冗余控制模塊以及3冗余P保護(hù)處理器（X、Y、Z保護(hù)模塊），R、S、T控制模塊都采用了21 槽標(biāo)準(zhǔn)的VME型機(jī)架，在第一個(gè)槽上有一個(gè)VCMI 通訊卡，它負(fù)責(zé)與VME底版上的I/ O 卡件進(jìn)行通訊，并與其它控制模塊的VCMI卡交換數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表決;表決得到的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)轿挥诘诙鄣闹骺刂破魃?其他卡件，由于6B機(jī)組的測(cè)點(diǎn)數(shù)量與分布情況等因素，部分?jǐn)?shù)據(jù)并未進(jìn)行完全三冗余配置，因此有些I/ O 卡件采用簡(jiǎn)化型卡件配置。

6B機(jī)組常見(jiàn)的簡(jiǎn)化型卡件有VCMI卡、VRTD卡、VTCC卡等。常見(jiàn)的未完全冗余的測(cè)點(diǎn)有輪間溫度熱電偶、排氣熱電偶、燃機(jī)回油溫度、發(fā)電機(jī)定子熱電阻、壓氣機(jī)進(jìn)口熱電偶等。

3? 機(jī)組通訊故障現(xiàn)象與分析

3.1 通訊故障異?，F(xiàn)象匯總

3.1.1 事件1故障現(xiàn)象

①2019年11月14日，燃機(jī)出現(xiàn)異常報(bào)警信息：

1）<R> SLOT 1 VCMI模塊通訊卡診斷報(bào)警;

2）<S> SLOT 1 VCMI模塊通訊卡診斷報(bào)警;

3）<T> SLOT 1 VCMI模塊通訊卡診斷報(bào)警;

4）<Y> VPRO模塊保護(hù)卡診斷報(bào)警;

5）<S> SLOT 21 VTCC 模塊熱電偶卡診斷報(bào)警;

6）<S> SLOT 10 VTUR DIAGNOSTIC ALARM（S模塊透平控制卡診斷報(bào)警）;

7）輪級(jí)間溫度差異高;

8）排氣熱電偶卡件通訊故障;

9）S模塊通訊卡I/O狀態(tài)交換失敗。

②異常報(bào)警出現(xiàn)的同時(shí)，操作站監(jiān)視畫(huà)面上出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)為零，包括：1）4個(gè)輪級(jí)間熱電偶測(cè)量數(shù)據(jù)變?yōu)?;2）6個(gè)排氣熱電偶數(shù)據(jù)變?yōu)?;3）燃機(jī)二瓦回油熱電偶1個(gè)數(shù)據(jù)變?yōu)?;4）13個(gè)發(fā)電機(jī)定子熱電阻數(shù)據(jù)變?yōu)?。

在燃機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，以上報(bào)警信息一直是不定期出現(xiàn)，報(bào)警狀態(tài)短暫保持后又會(huì)自動(dòng)消除，其中2019年11月14日?qǐng)?bào)警持續(xù)12分鐘，2019年12月7日?qǐng)?bào)警持續(xù)6分鐘，2019年12月12日?qǐng)?bào)警持續(xù)3分鐘，2019年12月13日?qǐng)?bào)警持續(xù)3分鐘。在近期報(bào)警頻繁多次出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是12分鐘。

3.1.2 事件2故障現(xiàn)象

①2021年2月4日，燃機(jī)出現(xiàn)異常報(bào)警信息：

1）<R> SLOT 1 VCMI R模塊通訊卡診斷報(bào)警。

2）<T> SLOT 1 VCMI T模塊通訊卡診斷報(bào)警。

3）主保護(hù)啟動(dòng)檢查ETR故障。

4）滑油回油與滑油溫差高高報(bào)警。

5）滑油回油與滑油溫差高報(bào)警。

6）壓氣機(jī)進(jìn)口熱電偶不一致。

7）輪級(jí)間溫度差異高。

8）排氣熱電偶卡件通訊故障。

9）V S模塊通訊卡I/O狀態(tài)交換失敗。

②異常報(bào)警出現(xiàn)的同時(shí)，操作站監(jiān)視畫(huà)面上出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)為-17，并持續(xù)了2小時(shí)左右，包括：1）4個(gè)輪級(jí)間熱電偶;26個(gè)排氣熱電偶;3）燃機(jī)二瓦回油熱電偶1個(gè);4）13個(gè)發(fā)電機(jī)定子熱電阻;5）1支壓氣機(jī)進(jìn)口熱電偶。

通過(guò)以上異?，F(xiàn)象，結(jié)合6B型燃機(jī)機(jī)組的非完全3冗余的特殊性，初步判斷是網(wǎng)絡(luò)通訊問(wèn)題引起的，以上是故障時(shí)刻出現(xiàn)的典型的報(bào)警匯總。下面就異常報(bào)警的產(chǎn)生進(jìn)行分析，并排查引起網(wǎng)絡(luò)通訊問(wèn)題的原因。

3.2 通訊故障事件分析

首先以上現(xiàn)象看，報(bào)警時(shí)刻<S>機(jī)架通訊確實(shí)存在異常，由于系統(tǒng)配置三冗余功能，數(shù)據(jù)3取2的機(jī)制，機(jī)組<S>模塊上的三冗余數(shù)據(jù)中異常數(shù)據(jù)會(huì)被系統(tǒng)的容錯(cuò)功能隱藏而不被顯示出來(lái)，但是該模塊上的單一信號(hào)（非完全冗余部分）如所有的熱電偶和熱電阻，就會(huì)直接顯示出數(shù)據(jù)異常，這樣一來(lái)，<S>模塊上的熱電偶卡件、熱電阻卡件會(huì)出現(xiàn)診斷報(bào)警，大量相關(guān)報(bào)警如滑油回油與滑油溫差高報(bào)警、輪級(jí)間溫度差異高、壓氣機(jī)進(jìn)口熱電偶不一致等報(bào)警也會(huì)被報(bào)出，也會(huì)出現(xiàn)一些診斷報(bào)警如排氣熱電偶卡件通訊故障、S機(jī)架通訊卡I/O狀態(tài)交換失敗等（舉例圖1、圖2）。

3.3 通訊故障排查與探討k tfj

通訊網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題排查方向確認(rèn)，因操作站監(jiān)控畫(huà)面的數(shù)據(jù)包括程序內(nèi)數(shù)據(jù)都是來(lái)自控制系統(tǒng)的控制器，控制器的數(shù)據(jù)輸入和輸出，都是通過(guò)通訊卡進(jìn)行傳遞，通訊卡作為I/O卡和控制器之間的數(shù)據(jù)橋梁。通過(guò)檢查排除能引起橋梁數(shù)據(jù)丟失的，初步可判斷在通訊板卡、機(jī)架電源、通訊電纜上。

辨別通訊板卡是否故障可在通訊異常時(shí)刻通過(guò)查看<S>機(jī)控制器內(nèi)部程序，控制器數(shù)據(jù)是通過(guò)<S>機(jī)通訊卡讀取到IO數(shù)據(jù)的，若在工程師站軟件上能讀到<S>機(jī)數(shù)據(jù)，說(shuō)明<S>機(jī)IO板卡無(wú)異常，通訊板卡與控制器數(shù)據(jù)交換無(wú)異常。若在工程師站軟件上讀不到<S>機(jī)數(shù)據(jù)，說(shuō)明<S>機(jī)通訊板卡與控制器數(shù)據(jù)交換異常，如此故障可更換<S>機(jī)VCMI通訊板卡解決。

如若<S>;機(jī)通訊卡無(wú)異常，需進(jìn)一步排查機(jī)架電源。排查<S>機(jī)機(jī)架電源可查看程序中VCMI通訊卡內(nèi)的診斷報(bào)警，若卡內(nèi)發(fā)出125V控制電壓越線診斷報(bào)警，分析可能是<S>機(jī)處理器電源轉(zhuǎn)換模塊元件性能不穩(wěn)定，瞬間輸出高電壓和浪涌電壓、浪涌電流導(dǎo)致VCMI卡件失效，從而導(dǎo)致通訊故障。此種情況，在排除外部因數(shù)影響的情況下，可通過(guò)更換機(jī)架電源解決這類(lèi)問(wèn)題。如若未出現(xiàn)相關(guān)診斷報(bào)警，可排除電源機(jī)架的因數(shù)，需進(jìn)一步進(jìn)行排查。

若排除了VCMI通訊板卡與機(jī)架電源導(dǎo)致通信故障，應(yīng)重點(diǎn)檢查IONET通訊網(wǎng)上的通訊電纜。本臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)通訊異常的為<S>機(jī)數(shù)據(jù)，亦排除了VCMI通訊板卡與機(jī)架電源的可能，<S>機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)為IONET2，IONET2通訊網(wǎng)絡(luò)共有3條同軸電纜及2個(gè)終端電阻組成，<S>機(jī)通訊卡至<R>機(jī)通訊卡一條，<R>機(jī)通訊卡至<T>機(jī)通訊卡一條，<S>機(jī)通訊卡至<Y>模塊一條，IONET2網(wǎng)絡(luò)<T>機(jī)與<Y>模塊配有終端電阻，通過(guò)檢查排除了同軸電纜存在故障的可能，終端電阻阻值為50歐姆也正常，但觸碰<Y>模塊IONET2網(wǎng)絡(luò)終端電阻同時(shí)觀測(cè)程序時(shí)發(fā)現(xiàn)<S>機(jī)數(shù)據(jù)通訊異常，再次觸碰時(shí)數(shù)據(jù)又恢復(fù)正常，更換其他終端電阻，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試未在出現(xiàn)通訊異?，F(xiàn)象。更換終端電阻后起機(jī)運(yùn)行，機(jī)組再未出現(xiàn)上述報(bào)警，機(jī)組多年的通訊問(wèn)題得到了解決。經(jīng)分解檢查，終端電阻出現(xiàn)開(kāi)焊現(xiàn)象，進(jìn)行阻值測(cè)量無(wú)法準(zhǔn)確判斷其好壞。終端電阻用作吸收信號(hào)及回波，而如果阻抗不連續(xù)以及不匹配便會(huì)產(chǎn)生信號(hào)反射，從而對(duì)傳輸信號(hào)產(chǎn)生干擾。如果把終端電阻單獨(dú)加在線上，相當(dāng)于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，這種連接方式會(huì)使單線上阻抗更加不連續(xù)，在末端突然變?yōu)?，會(huì)導(dǎo)致反射成倍增加。故如若排查類(lèi)似故障時(shí)，IONET網(wǎng)絡(luò)終端電阻也應(yīng)被重點(diǎn)排查。

4? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)燃機(jī)通訊故障的整理及梳理，了解到6B機(jī)組控制系統(tǒng)的內(nèi)核可能不完整，未完全達(dá)到3冗余的設(shè)計(jì)初衷，在某種特定的情況下，通訊方面不能做到真正的冗余，如若有一路網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題，3取2表決將變成2取1，大大增加了控制系統(tǒng)誤動(dòng)作的可能。因此對(duì)燃機(jī)運(yùn)維人員來(lái)講，更深入了解機(jī)組各方位的特性，更多的積累分析與處理問(wèn)題方法變得尤為重要。燃機(jī)事業(yè)是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期研究、持續(xù)深入的工作，本文通過(guò)對(duì)排除燃機(jī)通訊故障舉例分析，希望可以為同類(lèi)型的機(jī)組建設(shè)和安全運(yùn)行提供消除隱患方面的建議和幫助，降低燃機(jī)緊急停運(yùn)故障率，提高機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。

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