葛洲壩換流站控保系統IO板卡頻繁故障原因分析及研究

三峽電力職業學院 王麗麗

國網湖北省電力公司檢修公司 戴 迪 韓情濤 鄭 華

葛洲壩換流站控保系統IO板卡頻繁故障原因分析及研究

三峽電力職業學院 王麗麗

國網湖北省電力公司檢修公司 戴 迪 韓情濤 鄭 華

2016年葛洲壩換流站DFT1B板卡頻繁故障持續時間長達1個月，在控保廠家未能找到故障原因的背景下，本文對這一疑難問題進行了深入的研究與分析。提出了故障原因由屏柜外因素引起，并找到了板卡負載率突變這一關鍵線索，最終順利鎖定故障點，消除了這一疑難缺陷。

換流站；CAN總線；對時

一、首次故障情況

2016年8月20日，葛洲壩換流站極2PCPB發“DFT1B測控柜CAN總線故障”告警，隨即極2PCPB系統退出運行，極2PPRB保護出口閉鎖，造成葛洲壩換流站極2單保護，單控制運行。事件記錄如圖1所示：

圖1 事件記錄

對DFT1B測控柜進行檢查，發現DFT1B測控柜H18層板卡有多塊PS850板卡“STALL”燈亮起，同時兩側PS891電源板卡故障指示燈亮起。

圖2 DFT1B測控柜板卡

故障出現后，現場檢修人員立即開展檢查處理工作，鑒于故障發生時是多塊PS850板卡同時故障，而PS850同時故障可能性非常小，現場人員立即與廠家進行聯系，并對所有故障板卡進行了更換處理。

板卡更換完成并恢復運行約2分鐘后，極IIPCPA、極IIPCPB、極IIPPRA、極IIPPRB系統再次發“DFT1B測控柜CAN總線故障”、“DFT1B電源故障”、極IIPPRB保護主機發“嚴重故障”、“保護出口閉鎖”，極IIPCPB系統“嚴重故障”。

圖3 極2 DFT1B故障板卡

現場檢查H18.3、H18.7的RS850A板卡報警，由于再次出現多塊PS850板卡故障，基本可以排除PS850板卡自身故障的可能。為避免極2單控制保護系統長期運行，現場對該層板卡進行了重啟，并將系統恢復運行做進一步觀察。

二、后續故障處理經過

在2016年8月20日故障出現后，在8月21日，8月31日，9月2日及9月11日，同樣的故障多次出現，嚴重危及直流系統運行。現場處理情況如下：

1）8月21日，故障出現后，檢修人員對極IIDFT1B測控柜進行檢查，故障現象為H18.3、H18.6兩塊RS850A板卡報警，將I/O機箱連同背板進行更換，并將兩塊RS891A電源板更換，更換后故障消除，并將系統恢復運行，觀察系統運行至當日17:02分時，相同報警再次出現。

廠家人員建議將機箱兩側的RS873B總線擴展板進行更換，更換后觀察系統運行3小時故障未再出現，并將PCP、PPR系統恢復正常狀態。

2）8月31日，故障出現后，對極IIDFT1B測控柜進行檢查，故障現象為：H18層除H18.10和H18.13兩處RS850A板卡外，其余板卡均故障。按照廠家建議，將事先準備好的與H18層完全一樣的I/O機箱（包括所有板卡及板卡程序和參數）整機替換現場原有H18層機箱，替換后故障消除，檢查無報警信號和跳閘出口，將PCP、PPR系統恢復正常狀態。

3）2016年9月2日，故障出現后，現場檢查極IIDFT1B測控柜，故障現場為： H18.3、H18.8、H18.12、H18.13的RS850A板卡報警。

根據廠家意見，更換H23層機箱兩側的RS873B總線擴展板及H1823層機箱右側CAN總線連接用的兩根十芯線。更換后故障消除，將PCP、PPR系統恢復正常狀態。

4）2016年9月11日，故障出現后，測量了故障層板卡的5V電壓，測量結果未見異常，排除了電壓異常造成板卡故障的可能。現場更換H28層十芯線及PS831板卡后故障消除，將PCP、PPR系統恢復正常狀態。

三、缺陷消除

2016年9月20日，現場人員再次到站開展缺陷的分析研究工作，并找出了PS85X系列板卡的負載率觀察方法，利用該方法，現場查看了DFT1B柜內的H18層板卡的負載率。

圖4 極2DFT1B故障板卡

如圖4所示，故障層PS850板卡負載率出現了越變，最高負載率達到了419%。由此判斷PS850板卡“STALL”的原因是由于過載引起，為了找出板卡過載的原因，現場查看了DFT1B柜內其他板卡的負載率。

圖5 極2 DFT1B板卡

現場分別查看了H18層，H23層，H28層PS850板卡的負載率，發現均有負載率越變的現象，說明故障現象存在于整個DFT1B屏內。

查看H23層，H28層PS851板卡發現PS851板卡負載率也出現了越變，而PS851板卡程序非常簡單僅具備CAN發送功能，基本排除CAN總線上干擾導致負載越變的可能。

DFT1B屏內所有板卡除了公用CAN總線外，還共用時鐘信號，在排除CAN總線干擾可能后，唯一可能導致故障的因素為時鐘信號異常。

圖6 DFT1B與PCP的連接

為進一步鎖定故障點，現場拔掉了DFT1B與PCP之間的對時光纖，對時光纖拔掉后DFT1B板卡負載率越變現象立即消失，再次插上光纖后負載率越變現象出現，由此確定故障原因為DFT1B接收到的光對時信號異常所致。

肉眼檢查DFT1B處收到的光對時信號，發現光信號非常微弱，幾乎觀察不到，利用備用芯替換原有對時光纖，并重新接入DFT1B屏，再次觀察DFT1B屏板卡負載率，發現DFT1B板卡負載率未出現越變恢復正常，至此故障消除。

五、故障原因分析

秒脈沖對時信號由光信號轉換為電信號時，當光強度高于一定數值時產生電脈沖的高電平，光強度低于一定數值時產生電脈沖的低電平。正常情況如圖7所示。

圖7 對時光信號與電信號的轉換

但由于對時光纖異常，衰耗很大，造成光信號位于高低電平臨界值附近。

圖8 故障對時光信號與電信號的轉換

當光信號位于高低電平臨界值上下浮動時，會出現圖8中的電信號波形，即一個對時秒脈沖分裂為多個對時脈沖。每個對時脈沖均會引起PS85X板卡進行中斷處理，正常情況下1秒鐘中斷一次的，但出現圖8中的情況后，1秒鐘內PS85X板卡將收到多個對時脈沖，造成PS85X板卡頻繁中斷，導致板卡負載率突然增大，引起板卡“STALL”。

六、總結

由對時信號導致控制保護系統板卡過載的情況，在國內直流運維史上還是首例，通過對此次故障的處理，加深了現場人員對控保系統內部運行機制的理解，相信在遇到類似故障時，現場人員能夠快速將故障消除。