一起因主变风冷PLC故障引起的机组非停分析_赵伟程.pdf

设备管理与维修2023 2（上）0引言大型火电机组主变风冷系统通常由 PLC（Programmable LogicController，可编程控制器）或继电器控制，其中 PLC 控制器可以根据负荷、油温情况控制风机的启停、变频运行及保护报警等功能而被普遍使用。PLC 控制器作为风冷控制系统的核心元器件，其稳定运行将直接影响主变，甚至机组的安全1。1事件概况电厂 3 号机主变为 SFP-H-8100000/500 型三相分体无励磁调压变压器，冷却方式为强迫油循环风冷，额定变比为（550-22.5%）kV/20 kV，于 2011 年 12 月投入运行。事件发生前该 3号机组正常运行，其中有功功率 400 MW，无功功率 88 MVar，主变电流 377 A，励磁电流 2732 A，主变压器油温 55，绕组温度62。冷却器控制在“就地”及“工作”位，主变共配置 9 组 27 台风机，均为“自动”控制方式。发变组保护正常投入，保护装置及DCS 无异常报警。7 月 26 日 2：14，3 号机组运行中 DCS（Distributed ControlSystem，分散式控制系统）报“3 号机主变风冷故障”报警总信号，运行人员确认报警信号为“主变风冷全停瞬时信号”，前往就地检查发现 3 号主变 9 组风机均停止运行。就地切 6 组风机控制开关至“手动”位（第 2、3、5、6、8、9 组），6 组风机就地启动正常，检查冷却器两路电源正常，直流控制电源正常，油温及绕组温度均呈下降趋势。随后在 DCS 上复位“3 号主变风冷故障”信号，DCS 仍报“主变风冷全停瞬时信号”，现场检查冷却器“自动”位仍无法正常启动，风冷装置以手动档继续运行。3：20，3 号机组发变组保护 C 屏发“主变 A 冷控延时”保护信号，启动程序逆功率保护，跳主汽门开关，由机组逆功率保护出口全停，机组解列。2检查情况2.1发变组保护动作检查情况查阅发变组保护C屏定值及动作报文，7月26日3：20：50.978，发变组保护 C 屏发“主变 A 冷控延时”保护信号，开入量置入为“1”，保护动作正确。其中主变风冷保护逻辑为“主变风机全停时，当油温高于 75 时，20 min 后由 PLC 装置发跳闸信号至保护 C屏；当油温低于 75 时，60 min 后由 PLC 装置发跳闸信号至保护 C 屏”。发变组保护 C 屏定值为“主变 A 冷控延时”压板正常投入，固定跳闸延时为 2.4 s，保护出口方式为程跳方式。查看故障录波数据与发变组保护 C 屏动作出口与时间均一致。现场模拟“冷控失电延时”保护动作，确认保护装置显示正常，动作出口正确，与实际保护动作一致。结合以上分析判断发变组保护装置动作正确。2.2二次回路检查情况对二次回路开展绝缘检查，测量主变风冷控制柜到发变组保护 C 屏保护出口电缆绝缘值为 10.5 M，主变风冷控制柜到DCS 信号电缆绝缘值均大于 10 M，未发现风冷系统二次回路电缆存在短路和接地的情况。对主变风冷控制箱电源回路检查，控制回路采用 380 V 双电源设计，分别取自 3 号机汽机 MCC 1A 段和汽机 MCC 1B 段，通过双电源自动切换开关进行切换；信号回路采用DC 110 V电源；PLC 装置电源采用双回路设计，分别取自 AC 220 V 电源和 DC 110V 电源两路，整流为 24 V 电源供电。现场测量电源回路电压均正常，工作电源监视继电器工作正常，电源切换试验正常，运行期间“直流电源故障”“交流电源故障”“二路回路全停”等报警信号均未出现。结合现场检查情况，判断不存在运行中电源失电导致风机全停的情况。2.3主变风冷 PLC 装置检查情况对主变风冷 PLC 装置检查，该装置主要由电源模块、主机、输入模块及输出模块组成。输入输出模块有 A1A8 共 8 个，其中 A1、A2 为输出模块，用于 DCS 监视风机投入及故障信号、保护出口至 C 屏动作，A3 用于模拟量输出信号，A4、A5、A6 模块用于风机及油泵控制及故障监视，A7、A8 模块用于远方控制风机模式。当风机开关位于“自动”位时，由 PLC 用输入模块根据油温及电流控制各组风机启动停止、低速运行、中速运行、高速运行，通过输出模块反馈给 DCS 画面及保护出口。停电后检查发现继电器 K8 持续动作，通过信号回路（图 1）可知，K8 动作引起继电器 KD2 动作，报“冷却器全停瞬时信号”至 DCS，同时 PLC 内部直接启动冷却器全停延时计时回路，当达到时间后发送跳闸指令到发变组保护C 屏。KD1 为断路器辅助结点，K1、K2 分别为两路交流电源故障，K5 为母线侧回路电压故障，事件发生后检查均无动作情况。一起因主变风冷 PLC 故障引起的机组非停分析赵伟程（中国大唐集团科学技术研究院有限公司中南电力试验研究院，河南郑州450000）摘要：介绍一起因主变风冷 PLC 故障引起的机组非停事件，对事件原因进行全面梳理分析，总结造成该问题的原因主要是由于PLC 发生故障及逻辑设计不合理。结合此次事件给出日常工作中的改进措施，防范此类事件再次发生。关键词：风冷控制；PLC；改进措施中图分类号：TM41文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.02.1542设备管理与维修2023 2（上）图 2主变风冷控制逻辑流程2.4PLC 装置逻辑检查及处理对 PLC 内部逻辑检查，其中引起K8 动作的原因主要有：电源故障、9组油流继电器动作信号、9 组风机运行信号（KQ1KQ9 线圈）消失。事件发生后，检查电源回路电压均正常，工作电源监视继电器工作正常，查阅运行期间 DCS 未收到风机交流回路电源报警信号；检查油流继电器可以可靠分合，油泵运行正常，结合运行期间风机全停后仍可以在“手动”位继续工作，可以排除前二种可能。当 KQ1KQ9 线圈失磁后，导致风机运行信号无法上传至 DCS，查阅历史数据，DCS 同时收到 9 组风机冷却器运行信号消失和“风冷全停瞬时信号”报警，结合运行人员描述风机运行状态，综合分析判断本次 K8 动作的原因是 9 组风机运行信号消失。进一步检查 PLC 控制逻辑，当 A5 模块发生死机故障时，会引起继电器 KQ1KQ9 失磁，从而导致主变风机冷却器全停，同时 9 组风机运行信号全部消失，由 PLC 逻辑判断冷却器全停，K8 继电器动作。PLC 采用 A5 模块 KQ1KQ9 继电器辅助节点状态来判断冷却器是否运行，不能完全表示风机实际运行状态。当切换至风冷开关位于“手动”位时，风机通过 KB 继电器直接启动风机，由于不经过 PLC 直接控制，PLC 逻辑仍然判定风机处于全停状态。9 组风机全停导致继电器 K8、KD2 动作发出告警信号，并启动冷却器全停延时计时回路动作。当满足低于 75 运行 1 h 条件后，发送跳闸命令到发变组保护 C 屏。主变风冷控制逻辑如图 2 所示。现场对 PLC 复位后，K8 继电器恢复，“风冷全停瞬时信号”报警消失，冷却器装置恢复正常。7 月 26 日 19：05 并网后，主变冷却器在“自动”位工作，DCS 及保护装置未发现异常，机组运行正常。3防范与建议由本次事件中可以分析得出：当 PLC 模块由于长时间运行发生死机故障时，导致风冷控制箱“自动”方式无法正常工作，主变风机全停；同时由于 PLC 软件逻辑设计不合理，运行人员在发现“主变风冷全停瞬时信号”报警后未能及时处理分析报警原因，复归 PLC 或及时退出“主变 A 冷控延时”保护压板，致使风冷控制箱 PLC 达到时间延时条件后导致发变组保护“主变 A 冷控延时”保护动作，最终导致机组停机。针对本次因主变风冷PLC故障引起机组非停事件中，建议根据如下 3 点提前做好防范：（1）将风冷控制箱列入机组检修标准项目，机组 C 级以上检修期间应对风冷控制装置开展全面检查工作。检查工作中应包括主变风冷控制器逻辑检查，项目包括但不限于：PLC“风机全停”信号不应受自动、手动、就地等方式影响；当主变冷却系统由故障恢复运行后，PLC“风机全停”报警信号应能自动复归。必要时应对风冷装置进行软硬件升级改造2。（2）当运行中出现“主变风冷全停瞬时信号”时，运行人员应立即检查冷却器风机运行状况并进行处理，高度关注主变温度变化情况，降低负荷控制主变温度上升趋势，按照主变设备运行规定严格控制运行时间，必要时汇报调度手动停机。（3）提高运行人员现场应急处理水平。应尽快组织制定主变冷却器全停应急预案；举一反三，针对主变冷却器全停等可能引起机组非停或设备损坏等事故案例开展专业技术培训和应急事故演练，全面提高运行人员应急事故处理能力3。4结论本文通过对一起因主变风冷 PLC 装置引起的机组非停事件进行全面梳理分析，得出造成本次事件的原因。从本次事件中可以看到，风冷控制系统 PLC 装置作为主变中的重要设备之一，在日常运行中往往缺乏足够的重视，缺乏必要的维护手段，最终导致 PLC 在运行中发生故障。由于 PLC 逻辑设计中无法判断风机实际运行状态，导致运行人员判断失误，最终引起此次事件。通过分析本次事件，可以看出在主变风冷控制系统方面，现场人员缺乏必要的巡检及维护手段，在日常工作中应结合以上措施建议对其加强监督管理工作，对照事故案例中的情况进行全面排查，有效保障机组的安全稳定运行。参考文献1张大群.基于变压器风冷系统故障分析与处理的分析 J.中国科学博览，2013（33）：102.2李泰霖，罗素琳.500 kV 主变风冷系统故障分析与处理 J.电器开关，2018，56（1）：94-95.3王晓莺.变压器故障与监测 M.北京：机械工业出版社，2004.编辑张韵图 1风冷装置报警回路43