一起因主變風冷PLC 故障引起的機組非停分析

趙偉程

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司中南電力試驗研究院，河南鄭州 450000）

0 引言

大型火電機組主變風冷系統(tǒng)通常由PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器）或繼電器控制，其中PLC 控制器可以根據(jù)負荷、油溫情況控制風機的啟停、變頻運行及保護報警等功能而被普遍使用。PLC 控制器作為風冷控制系統(tǒng)的核心元器件，其穩(wěn)定運行將直接影響主變，甚至機組的安全[1]。

1 事件概況

電廠3 號機主變?yōu)镾FP-H-8100000/500 型三相分體無勵磁調壓變壓器，冷卻方式為強迫油循環(huán)風冷，額定變比為（550-2×2.5%）kV/20 kV，于2011 年12 月投入運行。事件發(fā)生前該3號機組正常運行，其中有功功率400 MW，無功功率88 MVar，主變電流377 A，勵磁電流2732 A，主變壓器油溫55 ℃，繞組溫度62 ℃。冷卻器控制在“就地”及“工作”位，主變共配置9 組27 臺風機，均為“自動”控制方式。發(fā)變組保護正常投入，保護裝置及DCS 無異常報警。

7 月26 日2：14，3 號機組運行中DCS（Distributed Control System，分散式控制系統(tǒng)）報“3 號機主變風冷故障”報警總信號，運行人員確認報警信號為“主變風冷全停瞬時信號”，前往就地檢查發(fā)現(xiàn)3 號主變9 組風機均停止運行。就地切6 組風機控制開關至“手動”位（第2、3、5、6、8、9 組），6 組風機就地啟動正常，檢查冷卻器兩路電源正常，直流控制電源正常，油溫及繞組溫度均呈下降趨勢。隨后在DCS 上復位“3 號主變風冷故障”信號，DCS 仍報“主變風冷全停瞬時信號”，現(xiàn)場檢查冷卻器“自動”位仍無法正常啟動，風冷裝置以手動檔繼續(xù)運行。3：20，3 號機組發(fā)變組保護C 屏發(fā)“主變A 冷控延時”保護信號，啟動程序逆功率保護，跳主汽門開關，由機組逆功率保護出口全停，機組解列。

2 檢查情況

2.1 發(fā)變組保護動作檢查情況

查閱發(fā)變組保護C 屏定值及動作報文，7 月26 日3：20：50.978，發(fā)變組保護C 屏發(fā)“主變A 冷控延時”保護信號，開入量置入為“1”，保護動作正確。其中主變風冷保護邏輯為“主變風機全停時，當油溫高于75 ℃時，20 min 后由PLC 裝置發(fā)跳閘信號至保護C屏；當油溫低于75 ℃時，60 min 后由PLC 裝置發(fā)跳閘信號至保護C 屏”。發(fā)變組保護C 屏定值為“主變A 冷控延時”壓板正常投入，固定跳閘延時為2.4 s，保護出口方式為程跳方式。

查看故障錄波數(shù)據(jù)與發(fā)變組保護C 屏動作出口與時間均一致。

現(xiàn)場模擬“冷控失電延時”保護動作，確認保護裝置顯示正常，動作出口正確，與實際保護動作一致。結合以上分析判斷發(fā)變組保護裝置動作正確。

2.2 二次回路檢查情況

對二次回路開展絕緣檢查，測量主變風冷控制柜到發(fā)變組保護C 屏保護出口電纜絕緣值為10.5 MΩ，主變風冷控制柜到DCS 信號電纜絕緣值均大于10 MΩ，未發(fā)現(xiàn)風冷系統(tǒng)二次回路電纜存在短路和接地的情況。

對主變風冷控制箱電源回路檢查，控制回路采用380 V 雙電源設計，分別取自3 號機汽機MCC 1A 段和汽機MCC 1B 段，通過雙電源自動切換開關進行切換；信號回路采用DC 110 V電源；PLC 裝置電源采用雙回路設計，分別取自AC 220 V 電源和DC 110V 電源兩路，整流為24 V 電源供電?，F(xiàn)場測量電源回路電壓均正常，工作電源監(jiān)視繼電器工作正常，電源切換試驗正常，運行期間“直流電源故障”“交流電源故障”“二路回路全?！钡葓缶盘柧闯霈F(xiàn)。結合現(xiàn)場檢查情況，判斷不存在運行中電源失電導致風機全停的情況。

2.3 主變風冷PLC 裝置檢查情況

對主變風冷PLC 裝置檢查，該裝置主要由電源模塊、主機、輸入模塊及輸出模塊組成。輸入輸出模塊有A1～A8 共8 個，其中A1、A2 為輸出模塊，用于DCS 監(jiān)視風機投入及故障信號、保護出口至C 屏動作，A3 用于模擬量輸出信號，A4、A5、A6 模塊用于風機及油泵控制及故障監(jiān)視，A7、A8 模塊用于遠方控制風機模式。當風機開關位于“自動”位時，由PLC 用輸入模塊根據(jù)油溫及電流控制各組風機啟動停止、低速運行、中速運行、高速運行，通過輸出模塊反饋給DCS 畫面及保護出口。

停電后檢查發(fā)現(xiàn)繼電器K8 持續(xù)動作，通過信號回路（圖1）可知，K8 動作引起繼電器KD2 動作，報“冷卻器全停瞬時信號”至DCS，同時PLC 內部直接啟動冷卻器全停延時計時回路，當達到時間后發(fā)送跳閘指令到發(fā)變組保護C 屏。KD1 為斷路器輔助結點，K1、K2 分別為兩路交流電源故障，K5 為母線側回路電壓故障，事件發(fā)生后檢查均無動作情況。

圖1 風冷裝置報警回路

2.4 PLC 裝置邏輯檢查及處理

對PLC 內部邏輯檢查，其中引起K8 動作的原因主要有：電源故障、9組油流繼電器動作信號、9 組風機運行信號（KQ1～KQ9 線圈）消失。事件發(fā)生后，檢查電源回路電壓均正常，工作電源監(jiān)視繼電器工作正常，查閱運行期間DCS 未收到風機交流回路電源報警信號；檢查油流繼電器可以可靠分合，油泵運行正常，結合運行期間風機全停后仍可以在“手動”位繼續(xù)工作，可以排除前二種可能。當KQ1～KQ9 線圈失磁后，導致風機運行信號無法上傳至DCS，查閱歷史數(shù)據(jù)，DCS 同時收到9 組風機冷卻器運行信號消失和“風冷全停瞬時信號”報警，結合運行人員描述風機運行狀態(tài)，綜合分析判斷本次K8 動作的原因是9 組風機運行信號消失。

進一步檢查PLC 控制邏輯，當A5 模塊發(fā)生死機故障時，會引起繼電器KQ1～KQ9 失磁，從而導致主變風機冷卻器全停，同時9 組風機運行信號全部消失，由PLC 邏輯判斷冷卻器全停，K8 繼電器動作。PLC 采用A5 模塊KQ1～KQ9 繼電器輔助節(jié)點狀態(tài)來判斷冷卻器是否運行，不能完全表示風機實際運行狀態(tài)。當切換至風冷開關位于“手動”位時，風機通過KB 繼電器直接啟動風機，由于不經過PLC 直接控制，PLC 邏輯仍然判定風機處于全停狀態(tài)。9 組風機全停導致繼電器K8、KD2 動作發(fā)出告警信號，并啟動冷卻器全停延時計時回路動作。當滿足低于75 ℃運行1 h 條件后，發(fā)送跳閘命令到發(fā)變組保護C 屏。主變風冷控制邏輯如圖2 所示。

圖2 主變風冷控制邏輯流程

現(xiàn)場對PLC 復位后，K8 繼電器恢復，“風冷全停瞬時信號”報警消失，冷卻器裝置恢復正常。7 月26 日19：05 并網后，主變冷卻器在“自動”位工作，DCS 及保護裝置未發(fā)現(xiàn)異常，機組運行正常。

3 防范與建議

由本次事件中可以分析得出：當PLC 模塊由于長時間運行發(fā)生死機故障時，導致風冷控制箱“自動”方式無法正常工作，主變風機全停；同時由于PLC 軟件邏輯設計不合理，運行人員在發(fā)現(xiàn)“主變風冷全停瞬時信號”報警后未能及時處理分析報警原因，復歸PLC 或及時退出“主變A 冷控延時”保護壓板，致使風冷控制箱PLC 達到時間延時條件后導致發(fā)變組保護“主變A 冷控延時”保護動作，最終導致機組停機。針對本次因主變風冷PLC故障引起機組非停事件中，建議根據(jù)如下3 點提前做好防范：

（1）將風冷控制箱列入機組檢修標準項目，機組C 級以上檢修期間應對風冷控制裝置開展全面檢查工作。檢查工作中應包括主變風冷控制器邏輯檢查，項目包括但不限于：PLC“風機全?！毙盘柌粦茏詣?、手動、就地等方式影響；當主變冷卻系統(tǒng)由故障恢復運行后，PLC“風機全?！眻缶盘枒茏詣訌蜌w。必要時應對風冷裝置進行軟硬件升級改造[2]。

（2）當運行中出現(xiàn)“主變風冷全停瞬時信號”時，運行人員應立即檢查冷卻器風機運行狀況并進行處理，高度關注主變溫度變化情況，降低負荷控制主變溫度上升趨勢，按照主變設備運行規(guī)定嚴格控制運行時間，必要時匯報調度手動停機。

（3）提高運行人員現(xiàn)場應急處理水平。應盡快組織制定主變冷卻器全停應急預案；舉一反三，針對主變冷卻器全停等可能引起機組非停或設備損壞等事故案例開展專業(yè)技術培訓和應急事故演練，全面提高運行人員應急事故處理能力[3]。

4 結論

本文通過對一起因主變風冷PLC 裝置引起的機組非停事件進行全面梳理分析，得出造成本次事件的原因。從本次事件中可以看到，風冷控制系統(tǒng)PLC 裝置作為主變中的重要設備之一，在日常運行中往往缺乏足夠的重視，缺乏必要的維護手段，最終導致PLC 在運行中發(fā)生故障。由于PLC 邏輯設計中無法判斷風機實際運行狀態(tài)，導致運行人員判斷失誤，最終引起此次事件。

通過分析本次事件，可以看出在主變風冷控制系統(tǒng)方面，現(xiàn)場人員缺乏必要的巡檢及維護手段，在日常工作中應結合以上措施建議對其加強監(jiān)督管理工作，對照事故案例中的情況進行全面排查，有效保障機組的安全穩(wěn)定運行。