馮 喆，李 博，鄭德芳

（四川省攀枝花市二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617100）

0 前言

調(diào)速器控制系統(tǒng)采用PCC作為控制器，與一般的計算機控制系統(tǒng)一樣，CPU是整個PCC系統(tǒng)的核心，它按PCC中系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PCC有條不紊的進行工作[1]。CPU模塊故障異常會嚴(yán)重影響調(diào)速器控制系統(tǒng)的安全可靠性，進而影響機組甚至電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

某水電站調(diào)速器控制系統(tǒng)選用SAFR-2000H型微機調(diào)速系統(tǒng)，并選用貝加萊公司2005系列PCC控制器。自投產(chǎn)以來，調(diào)速器控制系統(tǒng)導(dǎo)葉、槳葉調(diào)節(jié)穩(wěn)定正常，但是機組并網(wǎng)運行時控制器的IP161（CPU）模塊多次發(fā)生死機，雖然在對其重啟后大概率可以恢復(fù)正常，但是已嚴(yán)重影響機組的穩(wěn)定、可靠運行，增加了機組的安全隱患。針對此典型、疑難故障，組織了一系列分析與排查，并開展了相應(yīng)整治與優(yōu)化。

1 故障原因分析

1.1 故障現(xiàn)象

機組并網(wǎng)運行時，調(diào)速器A套IP161模塊Error燈點亮，監(jiān)控系統(tǒng)收到“A套PCC 運行消失”信號，調(diào)速器自動切換至B套控制器運行；除此以外，某機組調(diào)速器也曾出現(xiàn)過B套IP161模塊功率采樣值頻繁跳變的情況，但本套控制器并無故障報警信號。

1.2 故障分析

1.2.1 干擾分析

（1）電源回路干擾

控制器的正常供電電源電壓為24 V DC（電源模塊提供），雖然未直接取用上級交流電，但若電源模塊性能不穩(wěn)定，則24 V DC電源中也會存在交流分量，進而對控制器造成干擾。

對調(diào)速器控制柜電源模塊輸出進行了測量和檢測，未發(fā)現(xiàn)交流分量及電壓波動現(xiàn)象，且24 V DC電源回路電壓穩(wěn)定。

（2）感應(yīng)電干擾

控制柜內(nèi)的變壓器，電感性負(fù)載（如電磁閥），不規(guī)范的布線也將容易對PLC（PCC）造成一定程度的干擾；與PLC（PCC）控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，可能會有外部干擾信號侵入進而影響PLC（PCC）的穩(wěn)定工作。

調(diào)速器控制柜交直流布線存在一定交叉的情況但干擾并不明顯，系統(tǒng)部分電磁閥未加裝續(xù)流二極管，會存在一定的電磁干擾，控制系統(tǒng)各類信號傳輸線上并未檢測到交流分量等干擾量。

（3）接地系統(tǒng)不規(guī)范的干擾

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。良好的接地是保證PLC（PCC）安全可靠運行的重要條件，為了排除一直附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC（PCC）接專用地線，若達不到這種要求，也可采用公共接地方式[2]。

調(diào)速器控制柜內(nèi)的PCC模塊的底板并未接地，進而導(dǎo)致IP161模塊也未接入地網(wǎng)，其抗干擾性存在一定影響。

1.2.2 工作環(huán)境影響評估

根據(jù)IP161模塊的工作環(huán)境要求：溫度范圍0~60℃、濕度范圍5%~95%，檢查確認(rèn)調(diào)速器電調(diào)柜內(nèi)散熱通風(fēng)正常，柜內(nèi)的溫度、濕度以及灰塵度經(jīng)檢測均在正常范圍內(nèi)。

1.2.3 通信網(wǎng)絡(luò)接線方式錯誤

調(diào)速器控制系統(tǒng)通信故障常會產(chǎn)生較大的隱蔽、偶然性的故障[3]，給現(xiàn)場故障排查帶來極大不便。電站調(diào)速器控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)間采用的是RS485方式進行通信，但是調(diào)速器控制系統(tǒng)AB套之間采用都是分叉網(wǎng)絡(luò)配置，而485布線規(guī)范是必須要手牽手的布線，一旦沒有借助485集線器和485中繼器直接布設(shè)成星型連接和分叉連接，很容易造成信號反射導(dǎo)致總線不穩(wěn)定，進而反向影響PCC模塊的穩(wěn)定性導(dǎo)致死機。

調(diào)速器控制系統(tǒng)現(xiàn)場使用兩個無源RS232轉(zhuǎn)RS485 模塊，但是在接線過程中是將兩個RS232 轉(zhuǎn) RS485 模塊的1、2引腳出線分別在盤柜端子排上并接，造成了RS485的分叉網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

圖1 RS485通信分叉網(wǎng)絡(luò)圖

1.2.4 IP161模塊負(fù)載過大

本水電站的調(diào)速器控制系統(tǒng)PCC 2005 系統(tǒng)配置較其他同類配置更為復(fù)雜（12槽底板，更多IO點位），且IP161模塊與上位機和觸摸屏的通信數(shù)據(jù)量更多。同時IP161模塊是一款智能IO處理模塊，當(dāng)程序較復(fù)雜，對CPU負(fù)載和處理能力要求較高的情況下，IP161模塊的性能會進一步受影響（部分電站選用CP340或CP360模塊作為主CPU），因此判斷為IP161模塊的負(fù)載過大而導(dǎo)致其偶發(fā)死機?，F(xiàn)場檢查調(diào)速器控制系統(tǒng)正常運行時IP161模塊的利用率為49%，需考慮降低IP161模塊的利用率以確保其性能穩(wěn)定。

1.2.5 程序運算錯誤

IP161模塊故障死機后提取其故障日志，發(fā)現(xiàn)8020、6402和6403三個故障代碼，這些代碼均指向應(yīng)用程序中staz_sys任務(wù)段。若程序編制有邏輯錯誤，致使程序進入死循環(huán)而退不出來，或使用了非法語句也會造成停機[4]。技術(shù)人員對staz_sys 任務(wù)段進行檢查并測試未發(fā)現(xiàn)異常和錯誤，并且此任務(wù)段屬于通用程序，在其他很多電站均有應(yīng)用，均未出現(xiàn)類似的報警，因此排除了staz_sys任務(wù)段導(dǎo)致IP161模塊死機的可能性。

1.2.6 硬件故障

貝加萊公司生產(chǎn)的PCC 2005系列PCC屬于模塊化結(jié)構(gòu)，用戶可自由地選擇各種模塊并安裝在底板上而組成一套所需的控制系統(tǒng)。運行時間較久的PCC，由于硬件原因?qū)е翪PU死機的概率會增加。但由于本水電站投產(chǎn)后即存在此問題，且前期已對死機的PCC相關(guān)模塊進行了更換，故障依舊未得到有效解決，同時此系列模塊在水電行業(yè)應(yīng)用較為廣泛，因此排除了硬件固有故障導(dǎo)致PCC死機的可能性。

2 處理優(yōu)化

（1）電磁閥增裝續(xù)流二極管

調(diào)速器控制系統(tǒng)配置為FC-20000主配（導(dǎo)葉）和FC-5000主配（槳葉），由于兼顧導(dǎo)葉、槳葉手自動控制方式，調(diào)速器控制系統(tǒng)共配置有12個電磁閥。對所有電磁閥進行排查（部分缺失），并確認(rèn)所有電磁閥均正確加裝續(xù)流二極管，如圖2所示。通過加裝續(xù)流二極管有效降低了由于電磁閥失電時產(chǎn)生強電感而影響IP161 模塊正常工作的概率。

（2）PCC底板接地處理

更換調(diào)速器控制系統(tǒng)PCC安裝導(dǎo)軌：將原絕緣導(dǎo)軌更換成金屬導(dǎo)軌，使PCC控制器可靠接入保護地網(wǎng)，有效提高了IP161模塊的抗干擾性。

（3）修正通信網(wǎng)絡(luò)接線方式

RS485總線修正為手牽手網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： A套和B套PCC的兩個RS232轉(zhuǎn)RS485模塊的兩個1、2 引腳直接并接，由A套RS232轉(zhuǎn)RS485模塊送出至監(jiān)控系統(tǒng)，同時在B套RS232 轉(zhuǎn)RS485 模塊上加入了120 Ω終端電阻，以減少干擾，如圖3所示。

圖3 RS485通信手牽手網(wǎng)絡(luò)圖

（4）降低IP161模塊內(nèi)存利用率

調(diào)速器控制系統(tǒng)PCC與監(jiān)控系統(tǒng)以及觸摸屏的通信量較多，占用IP161的資源較大，所以將調(diào)速器與監(jiān)控系統(tǒng)Modbus RTU通信程序段的循環(huán)周期由100 ms修改為200 ms。在同等運行工況下，可降低IP161模塊的內(nèi)存利用率約5%，如表1所示。

表1 IP161模塊內(nèi)存利用率數(shù)據(jù)對比表

經(jīng)過以上各項優(yōu)化處理措施，某水電站調(diào)速器控制系統(tǒng)運行正常，其中IP161模塊運行穩(wěn)定且未再出現(xiàn)死機的情況，達到了預(yù)期的效果。

3 結(jié)論

機組調(diào)速器控制系統(tǒng)故障隱蔽、且處理措施一般都需停機，因此不同程度影響機組甚至電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。某水電站調(diào)速器控制系統(tǒng)使用的PCC 2005系列在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用也較為廣泛，此CPU死機問題是較為典型的隱蔽缺陷，通過從軟件和硬件進行的全面分析處理，消除了調(diào)速器控制系統(tǒng)的運行隱患，取得了良好的效果，對行業(yè)內(nèi)其他電站分析和處理類似重大隱蔽缺陷可起到一定的參考作用。