趙偉程

（中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司中南電力試驗(yàn)研究院，河南鄭州 450000）

0 引言

大型火電機(jī)組主變風(fēng)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(fù)荷、油溫情況控制風(fēng)機(jī)的啟停、變頻運(yùn)行及保護(hù)報(bào)警等功能而被普遍使用。PLC 控制器作為風(fēng)冷控制系統(tǒng)的核心元器件，其穩(wěn)定運(yùn)行將直接影響主變，甚至機(jī)組的安全[1]。

1 事件概況

電廠3 號(hào)機(jī)主變?yōu)镾FP-H-8100000/500 型三相分體無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，額定變比為（550-2×2.5%）kV/20 kV，于2011 年12 月投入運(yùn)行。事件發(fā)生前該3號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行，其中有功功率400 MW，無功功率88 MVar，主變電流377 A，勵(lì)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(tái)風(fēng)機(jī)，均為“自動(dòng)”控制方式。發(fā)變組保護(hù)正常投入，保護(hù)裝置及DCS 無異常報(bào)警。

7 月26 日2：14，3 號(hào)機(jī)組運(yùn)行中DCS（Distributed Control System，分散式控制系統(tǒng)）報(bào)“3 號(hào)機(jī)主變風(fēng)冷故障”報(bào)警總信號(hào)，運(yùn)行人員確認(rèn)報(bào)警信號(hào)為“主變風(fēng)冷全停瞬時(shí)信號(hào)”，前往就地檢查發(fā)現(xiàn)3 號(hào)主變9 組風(fēng)機(jī)均停止運(yùn)行。就地切6 組風(fēng)機(jī)控制開關(guān)至“手動(dòng)”位（第2、3、5、6、8、9 組），6 組風(fēng)機(jī)就地啟動(dòng)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(shì)。隨后在DCS 上復(fù)位“3 號(hào)主變風(fēng)冷故障”信號(hào)，DCS 仍報(bào)“主變風(fēng)冷全停瞬時(shí)信號(hào)”，現(xiàn)場(chǎng)檢查冷卻器“自動(dòng)”位仍無法正常啟動(dòng)，風(fēng)冷裝置以手動(dòng)檔繼續(xù)運(yùn)行。3：20，3 號(hào)機(jī)組發(fā)變組保護(hù)C 屏發(fā)“主變A 冷控延時(shí)”保護(hù)信號(hào)，啟動(dòng)程序逆功率保護(hù)，跳主汽門開關(guān)，由機(jī)組逆功率保護(hù)出口全停，機(jī)組解列。

2 檢查情況

2.1 發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作檢查情況

查閱發(fā)變組保護(hù)C 屏定值及動(dòng)作報(bào)文，7 月26 日3：20：50.978，發(fā)變組保護(hù)C 屏發(fā)“主變A 冷控延時(shí)”保護(hù)信號(hào)，開入量置入為“1”，保護(hù)動(dòng)作正確。其中主變風(fēng)冷保護(hù)邏輯為“主變風(fēng)機(jī)全停時(shí)，當(dāng)油溫高于75 ℃時(shí)，20 min 后由PLC 裝置發(fā)跳閘信號(hào)至保護(hù)C屏；當(dāng)油溫低于75 ℃時(shí)，60 min 后由PLC 裝置發(fā)跳閘信號(hào)至保護(hù)C 屏”。發(fā)變組保護(hù)C 屏定值為“主變A 冷控延時(shí)”壓板正常投入，固定跳閘延時(shí)為2.4 s，保護(hù)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(hù)C 屏動(dòng)作出口與時(shí)間均一致。

現(xiàn)場(chǎng)模擬“冷控失電延時(shí)”保護(hù)動(dòng)作，確認(rèn)保護(hù)裝置顯示正常，動(dòng)作出口正確，與實(shí)際保護(hù)動(dòng)作一致。結(jié)合以上分析判斷發(fā)變組保護(hù)裝置動(dòng)作正確。

2.2 二次回路檢查情況

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

對(duì)主變風(fēng)冷控制箱電源回路檢查，控制回路采用380 V 雙電源設(shè)計(jì)，分別取自3 號(hào)機(jī)汽機(jī)MCC 1A 段和汽機(jī)MCC 1B 段，通過雙電源自動(dòng)切換開關(guān)進(jìn)行切換；信號(hào)回路采用DC 110 V電源；PLC 裝置電源采用雙回路設(shè)計(jì)，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(chǎng)測(cè)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(yàn)正常，運(yùn)行期間“直流電源故障”“交流電源故障”“二路回路全?！钡葓?bào)警信號(hào)均未出現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，判斷不存在運(yùn)行中電源失電導(dǎo)致風(fēng)機(jī)全停的情況。

2.3 主變風(fēng)冷PLC 裝置檢查情況

對(duì)主變風(fēng)冷PLC 裝置檢查，該裝置主要由電源模塊、主機(jī)、輸入模塊及輸出模塊組成。輸入輸出模塊有A1～A8 共8 個(gè)，其中A1、A2 為輸出模塊，用于DCS 監(jiān)視風(fēng)機(jī)投入及故障信號(hào)、保護(hù)出口至C 屏動(dòng)作，A3 用于模擬量輸出信號(hào)，A4、A5、A6 模塊用于風(fēng)機(jī)及油泵控制及故障監(jiān)視，A7、A8 模塊用于遠(yuǎn)方控制風(fēng)機(jī)模式。當(dāng)風(fēng)機(jī)開關(guān)位于“自動(dòng)”位時(shí)，由PLC 用輸入模塊根據(jù)油溫及電流控制各組風(fēng)機(jī)啟動(dòng)停止、低速運(yùn)行、中速運(yùn)行、高速運(yùn)行，通過輸出模塊反饋給DCS 畫面及保護(hù)出口。

停電后檢查發(fā)現(xiàn)繼電器K8 持續(xù)動(dòng)作，通過信號(hào)回路（圖1）可知，K8 動(dòng)作引起繼電器KD2 動(dòng)作，報(bào)“冷卻器全停瞬時(shí)信號(hào)”至DCS，同時(shí)PLC 內(nèi)部直接啟動(dòng)冷卻器全停延時(shí)計(jì)時(shí)回路，當(dāng)達(dá)到時(shí)間后發(fā)送跳閘指令到發(fā)變組保護(hù)C 屏。KD1 為斷路器輔助結(jié)點(diǎn)，K1、K2 分別為兩路交流電源故障，K5 為母線側(cè)回路電壓故障，事件發(fā)生后檢查均無動(dòng)作情況。

圖1 風(fēng)冷裝置報(bào)警回路

2.4 PLC 裝置邏輯檢查及處理

對(duì)PLC 內(nèi)部邏輯檢查，其中引起K8 動(dòng)作的原因主要有：電源故障、9組油流繼電器動(dòng)作信號(hào)、9 組風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)（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(yùn)行期間DCS 未收到風(fēng)機(jī)交流回路電源報(bào)警信號(hào)；檢查油流繼電器可以可靠分合，油泵運(yùn)行正常，結(jié)合運(yùn)行期間風(fēng)機(jī)全停后仍可以在“手動(dòng)”位繼續(xù)工作，可以排除前二種可能。當(dāng)KQ1～KQ9 線圈失磁后，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)無法上傳至DCS，查閱歷史數(shù)據(jù)，DCS 同時(shí)收到9 組風(fēng)機(jī)冷卻器運(yùn)行信號(hào)消失和“風(fēng)冷全停瞬時(shí)信號(hào)”報(bào)警，結(jié)合運(yùn)行人員描述風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，綜合分析判斷本次K8 動(dòng)作的原因是9 組風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)消失。

進(jìn)一步檢查PLC 控制邏輯，當(dāng)A5 模塊發(fā)生死機(jī)故障時(shí)，會(huì)引起繼電器KQ1～KQ9 失磁，從而導(dǎo)致主變風(fēng)機(jī)冷卻器全停，同時(shí)9 組風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)全部消失，由PLC 邏輯判斷冷卻器全停，K8 繼電器動(dòng)作。PLC 采用A5 模塊KQ1～KQ9 繼電器輔助節(jié)點(diǎn)狀態(tài)來判斷冷卻器是否運(yùn)行，不能完全表示風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)切換至風(fēng)冷開關(guān)位于“手動(dòng)”位時(shí)，風(fēng)機(jī)通過KB 繼電器直接啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，由于不經(jīng)過PLC 直接控制，PLC 邏輯仍然判定風(fēng)機(jī)處于全停狀態(tài)。9 組風(fēng)機(jī)全停導(dǎo)致繼電器K8、KD2 動(dòng)作發(fā)出告警信號(hào)，并啟動(dòng)冷卻器全停延時(shí)計(jì)時(shí)回路動(dòng)作。當(dāng)滿足低于75 ℃運(yùn)行1 h 條件后，發(fā)送跳閘命令到發(fā)變組保護(hù)C 屏。主變風(fēng)冷控制邏輯如圖2 所示。

圖2 主變風(fēng)冷控制邏輯流程

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)PLC 復(fù)位后，K8 繼電器恢復(fù)，“風(fēng)冷全停瞬時(shí)信號(hào)”報(bào)警消失，冷卻器裝置恢復(fù)正常。7 月26 日19：05 并網(wǎng)后，主變冷卻器在“自動(dòng)”位工作，DCS 及保護(hù)裝置未發(fā)現(xiàn)異常，機(jī)組運(yùn)行正常。

3 防范與建議

由本次事件中可以分析得出：當(dāng)PLC 模塊由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)生死機(jī)故障時(shí)，導(dǎo)致風(fēng)冷控制箱“自動(dòng)”方式無法正常工作，主變風(fēng)機(jī)全停；同時(shí)由于PLC 軟件邏輯設(shè)計(jì)不合理，運(yùn)行人員在發(fā)現(xiàn)“主變風(fēng)冷全停瞬時(shí)信號(hào)”報(bào)警后未能及時(shí)處理分析報(bào)警原因，復(fù)歸PLC 或及時(shí)退出“主變A 冷控延時(shí)”保護(hù)壓板，致使風(fēng)冷控制箱PLC 達(dá)到時(shí)間延時(shí)條件后導(dǎo)致發(fā)變組保護(hù)“主變A 冷控延時(shí)”保護(hù)動(dòng)作，最終導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。針對(duì)本次因主變風(fēng)冷PLC故障引起機(jī)組非停事件中，建議根據(jù)如下3 點(diǎn)提前做好防范：

（1）將風(fēng)冷控制箱列入機(jī)組檢修標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，機(jī)組C 級(jí)以上檢修期間應(yīng)對(duì)風(fēng)冷控制裝置開展全面檢查工作。檢查工作中應(yīng)包括主變風(fēng)冷控制器邏輯檢查，項(xiàng)目包括但不限于：PLC“風(fēng)機(jī)全停”信號(hào)不應(yīng)受自動(dòng)、手動(dòng)、就地等方式影響；當(dāng)主變冷卻系統(tǒng)由故障恢復(fù)運(yùn)行后，PLC“風(fēng)機(jī)全?！眻?bào)警信號(hào)應(yīng)能自動(dòng)復(fù)歸。必要時(shí)應(yīng)對(duì)風(fēng)冷裝置進(jìn)行軟硬件升級(jí)改造[2]。

（2）當(dāng)運(yùn)行中出現(xiàn)“主變風(fēng)冷全停瞬時(shí)信號(hào)”時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)立即檢查冷卻器風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況并進(jìn)行處理，高度關(guān)注主變溫度變化情況，降低負(fù)荷控制主變溫度上升趨勢(shì)，按照主變?cè)O(shè)備運(yùn)行規(guī)定嚴(yán)格控制運(yùn)行時(shí)間，必要時(shí)匯報(bào)調(diào)度手動(dòng)停機(jī)。

（3）提高運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理水平。應(yīng)盡快組織制定主變冷卻器全停應(yīng)急預(yù)案；舉一反三，針對(duì)主變冷卻器全停等可能引起機(jī)組非?；蛟O(shè)備損壞等事故案例開展專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)和應(yīng)急事故演練，全面提高運(yùn)行人員應(yīng)急事故處理能力[3]。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)一起因主變風(fēng)冷PLC 裝置引起的機(jī)組非停事件進(jìn)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(fēng)冷控制系統(tǒng)PLC 裝置作為主變中的重要設(shè)備之一，在日常運(yùn)行中往往缺乏足夠的重視，缺乏必要的維護(hù)手段，最終導(dǎo)致PLC 在運(yùn)行中發(fā)生故障。由于PLC 邏輯設(shè)計(jì)中無法判斷風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致運(yùn)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(fēng)冷控制系統(tǒng)方面，現(xiàn)場(chǎng)人員缺乏必要的巡檢及維護(hù)手段，在日常工作中應(yīng)結(jié)合以上措施建議對(duì)其加強(qiáng)監(jiān)督管理工作，對(duì)照事故案例中的情況進(jìn)行全面排查，有效保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。