因改造引起的機(jī)組跳機(jī)拒動(dòng)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(tái)機(jī)組配備了1套ALSTOM公司的P320 C8075 PLC用于對(duì)機(jī)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(hào)全部是獨(dú)立于主用PLC之外的專用電纜硬接點(diǎn)信號(hào)，其開出也是通過獨(dú)立于主用PLC之外的硬布線回路來實(shí)現(xiàn)其控制功能，用來保證當(dāng)主用PLC無法正?？刂茩C(jī)組時(shí)，后備PLC接管機(jī)組的控制權(quán)，并能夠在機(jī)組故障的情況下發(fā)出跳機(jī)命令，使機(jī)組達(dá)到停機(jī)穩(wěn)態(tài)，從而提高了對(duì)機(jī)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(jī)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(jī)信號(hào)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(jī)，可見主用PLC出現(xiàn)跳機(jī)的拒動(dòng)，致使故障范圍擴(kuò)大，為機(jī)組的安全運(yùn)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(jī)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(jī)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(shí) 3 s后動(dòng)作出口跳機(jī)。

圖1 改造優(yōu)化前調(diào)速器油位跳機(jī)邏輯簡圖

但是由于該傳感器安裝環(huán)境不太理想，振動(dòng)較大、環(huán)境潮濕、電磁干擾強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)等不利因素，再加上傳感器安裝運(yùn)行已超10年，偶爾出現(xiàn)傳感器測(cè)量的油位信號(hào)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(jī)組發(fā)電運(yùn)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(jī)。為了減少由于該油位模擬量傳感器的測(cè)值漂移所引起的機(jī)組誤跳機(jī)的再次發(fā)生，故對(duì)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(gè)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(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，減少機(jī)組不必要的跳機(jī)，因此對(duì)調(diào)速器油罐油位跳機(jī)邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，如圖2所示。采集兩路輸入信號(hào)：

（1）調(diào)速器油罐油位模擬量信號(hào)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(jī)邏輯簡圖

將以上2路信號(hào)做“與”的邏輯，利用油位浮子式傳感器動(dòng)作可靠的特點(diǎn)，減少油位低低誤動(dòng)跳機(jī)的可能，從而提高機(jī)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(gè)不同類型的油位傳感器：

（1）一個(gè)油位浮子開關(guān)傳感器直接接入了備用PLC內(nèi)；

（2）一個(gè)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(hào)回路，當(dāng)時(shí)由于油位浮子傳感器需要采購，并且考慮到機(jī)組要盡快恢復(fù)備用，為此制定了臨時(shí)措施，即在備用PLC已有的油位浮子開關(guān)接點(diǎn)回路上擴(kuò)展出一路同樣的信號(hào)送給主用PLC，具體如圖3所示。可知，主用PLC收到的“油罐油位低低”信號(hào)使用了備用PLC控制柜內(nèi)的48 V直流電源，改造后試驗(yàn)正常，動(dòng)作可靠。

圖3 調(diào)速器油位信號(hào)改造的二次回路

3 跳機(jī)拒動(dòng)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(shí)，油位模擬量及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出了油位低低U01_MG10_CL101_TD02信號(hào)，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(hào)，主用PLC無法及時(shí)停機(jī)，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(jī)，主用PLC出現(xiàn)跳機(jī)拒動(dòng)，油罐油位低低信號(hào)未能達(dá)到其預(yù)期功能，使機(jī)組失去了油罐油位低低保護(hù)，給機(jī)組的運(yùn)行帶來了巨大的隱患。

經(jīng)過仔細(xì)分析，確定了跳機(jī)拒動(dòng)的原因?yàn)檎{(diào)速器油罐油位改造的硬布線回路存在問題，當(dāng)時(shí)改造時(shí)，雖然試驗(yàn)正常，可是該正常是嫁接在另一次改造（機(jī)坑水位高高）的結(jié)果之上。即跳機(jī)拒動(dòng)原因涉及到了兩次改造，一次是機(jī)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(hào)回路改造。

為了保證備用PLC在主用PLC故障時(shí)能夠可靠、安全、準(zhǔn)確的控制機(jī)組，因此和備用PLC控制有關(guān)的一切配置都獨(dú)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(dú)立，無任何連接。

改造時(shí)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(yàn)時(shí)主用PLC DI板卡輸入“油罐油位低低”信號(hào)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(hào)（浮子開關(guān)接點(diǎn)）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(hào)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(hào)：機(jī)坑水位高高控制回路；（注：之前由于機(jī)坑水位傳感器故障，對(duì)機(jī)坑水位高高信號(hào)進(jìn)行了臨時(shí)改造，即在備用PLC已有的機(jī)坑水位浮子開關(guān)接點(diǎn)回路上擴(kuò)展出一路同樣的信號(hào)送給主用PLC），機(jī)坑水位改造后試驗(yàn)正常，此時(shí)端子-X322：5-處的短接片保留，反之，當(dāng)時(shí)若短接片拆除后就不會(huì)形成閉合回路，試驗(yàn)時(shí)主用PLC就不會(huì)收到機(jī)坑水位低低信號(hào)。原理與“油罐油位低低”信號(hào)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(shí)，其LED燈被點(diǎn)亮的回路。

圖4 改造后試驗(yàn)回路

2016年1月利用機(jī)組一次檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)故障的機(jī)坑水位高高傳感器進(jìn)行了更換，并對(duì)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(shí)拆除了之前改造時(shí)所用的臨時(shí)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(duì)“機(jī)坑水位高高”信號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)，主用PLC能夠正常收到“機(jī)坑水位高高”信號(hào)，試驗(yàn)結(jié)果正常。

圖5 機(jī)坑水位高高回路恢復(fù)后的簡圖

由圖5可知，機(jī)坑水位高高信號(hào)回路恢復(fù)是將-X322：5+/5-和-X311：A1/A2之間的臨時(shí)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)而不能出口跳機(jī)。

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

（2）盡快在調(diào)速器油罐增設(shè)一個(gè)油位浮子開關(guān)傳感器并及時(shí)敷設(shè)新的電纜，讓其單獨(dú)接入主用PLC DI板卡-A301，同時(shí)拆除圖6中-X301：1+/1-和-X311：A1/A2之間用加粗實(shí)線所示的臨時(shí)信號(hào)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(shí)注意事項(xiàng)

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

（1）改造前必須完全熟悉要改造的設(shè)備及其圖紙，否則對(duì)改造的設(shè)備一知半解就草率的進(jìn)行改造，難免不會(huì)出現(xiàn)類似錯(cuò)誤，就如同調(diào)速器油罐油位改造后的信號(hào)回路嫁接在之前改造的毫不相干的機(jī)坑水位高高信號(hào)回路之上，而且兩者之間毫不知曉，當(dāng)機(jī)坑水位高高回路恢復(fù)后客觀上造成了油罐油位信號(hào)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(shí)及時(shí)和有關(guān)技術(shù)人員溝通，如“調(diào)速器油罐油位低低”信號(hào)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(duì)該信號(hào)沒有任何影響，對(duì)此沒有追究，就想當(dāng)然的認(rèn)為都是對(duì)的，因此錯(cuò)過了一次處理問題的機(jī)會(huì)。

（3）改造后必須進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，試驗(yàn)只是一種驗(yàn)證方式，只是驗(yàn)證某一時(shí)刻是正確的，并不能保證當(dāng)某個(gè)條件改變后還保持正確，這就要求技術(shù)人員要有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，必須清楚每一次改造對(duì)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(duì)于此次調(diào)速器油罐油位低低信號(hào)回路所采取的臨時(shí)措施，也存在一定的隱患。對(duì)于主用PLC同一個(gè)板卡來說，不同通道間使用了不同來源、互相獨(dú)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(hào)改造回路，回路②使用備用PLC控制柜電源對(duì)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?；芈罚芈发偈褂弥饔肞LC控制柜電源對(duì)主用PLC板卡的通道供電。

這對(duì)主用PLC DI板卡的穩(wěn)定運(yùn)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(duì)以后的維護(hù)檢修帶來了困難，這種情況也是要極力避免的。