監(jiān)控系統(tǒng)測溫模件故障分析及主要防誤措施

李長燦，程抱貴

(龍灘水電開發(fā)有限公司，廣西 天峨 547300)

1 龍灘水電站機(jī)組測溫及測溫保護(hù)

龍灘水電站位于廣西天峨縣境內(nèi)，安裝7臺單機(jī)容量700 MW全空冷水輪發(fā)電機(jī)組，每臺機(jī)組配有512個溫度測點(diǎn)，其中定子線圈溫度測點(diǎn)共144個，定子鐵芯溫度測點(diǎn)共48個，定子鐵芯壓指溫度測點(diǎn)共32個，其他測點(diǎn)為瓦溫、油溫、水溫、冷熱風(fēng)溫度。定子鐵芯溫度報警值110℃，跳閘值115℃。為降低機(jī)組主控PLC運(yùn)算量，提高整體穩(wěn)定性能，龍灘水電站采用獨(dú)立的測溫PLC單元，直接接入監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)中。溫度測量采用專業(yè)的PLC測溫模件，可以接入兩線制、三線制、四線制等型式的測溫電阻，每個模件配有8個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)通道有正常、故障指示燈。龍灘電廠所有測溫模件接入均為三線制PT100測溫電阻。測溫保護(hù)沒有采用專用溫度信號儀表，而是利用測溫PLC的溫度量測值與信號、保護(hù)定值比較產(chǎn)生告警和保護(hù)動作信號。為防止個別元件損壞或回路故障影響溫度保護(hù)的可靠性，采取了一定的防誤措施，①測溫PLC程序?qū)崟r讀取測溫模件對測點(diǎn)通道的品質(zhì)判斷信號，出現(xiàn)測點(diǎn)通道品質(zhì)壞時則屏蔽該測點(diǎn)，設(shè)置該值為0，并使其不作為溫度保護(hù)測點(diǎn)；②測溫PLC程序中對測值進(jìn)行5次比較濾波，濾掉突變量，約耗時5 s。測溫PLC程序中對定子線圈、鐵芯、壓指溫度采用任意3點(diǎn)越高高限，對瓦溫采用相鄰兩點(diǎn)越高高限后開出相應(yīng)的溫度保護(hù)信號，分別送至機(jī)組PLC、水機(jī)保護(hù)PLC，經(jīng)4 s延時后啟動機(jī)組事故停機(jī)流程。

2 故障測試與分析

龍灘水電站在處理測溫模件故障時，插拔模件過程中曾發(fā)現(xiàn)模件各測點(diǎn)通道顯示有時故障、有時正常。根據(jù)龍灘測溫保護(hù)出口邏輯會造成事故停機(jī)。為了進(jìn)一步研究測溫模件故障過程和故障原因，組織了現(xiàn)場故障重現(xiàn)試驗。

從故障現(xiàn)象判斷，故障點(diǎn)應(yīng)在測溫模件或信號傳輸通道上，可能為接觸不良或回路故障。龍灘水電站機(jī)組測溫PLC的測溫模件信號通道由外部測溫電阻、盤柜接線端子排、模件接線端子排、測溫模件和測溫模件底板構(gòu)成。結(jié)合測溫模件有一個可插拔接線端子排的特點(diǎn)（見圖1），為全面查找故障點(diǎn)，試驗主要從插拔模件接線端子排、插拔模件、外部測溫線路開路和短路三個方面進(jìn)行，分別檢查模件端子排與模件接觸不良的影響、模件與模件底板接觸不良的影響和外回路故障的影響。

2.1 故障重現(xiàn)試驗

（1）插拔模件接線端子排測試

在測溫PLC正常運(yùn)行情況下，分別記錄拔出接線端子排瞬間、拔出接線端子穩(wěn)定后、插入接線端子瞬間、插入接線端子穩(wěn)定后四個過程數(shù)據(jù)的測值和品質(zhì)情況。插拔接線端子排過程中測溫模件和外部電阻回路均保持正常，測試結(jié)果見表1。

（2）插拔模件測試

圖1 測溫模件結(jié)構(gòu)簡圖

測試目的：記錄當(dāng)前PLC程序在插入和拔出模件過程中對測值數(shù)據(jù)及測值品質(zhì)造成的影響，針對數(shù)據(jù)變化過程設(shè)計相應(yīng)閉鎖措施。

表1 插拔模件接線端子排試驗記錄

在測溫PLC正常運(yùn)行情況下先移除模件接線端子排，分別記錄拔出接線端子排瞬間、拔出接線端子穩(wěn)定后、插入接線端子瞬間、插入接線端子穩(wěn)定后四個過程數(shù)據(jù)的測值和品質(zhì)情況。插模件過程中外部電阻回路均保持正常，測試結(jié)果見表2。

（3）測溫回路斷線及短路測試

在測溫PLC正常運(yùn)行情況下，模件接線端子排恢復(fù)正常，模擬某個測溫電阻回路斷線、短路情況。分別記錄在斷線、短路情況下PLC數(shù)據(jù)和上位機(jī)數(shù)據(jù)，測試結(jié)果見表3。

表3 測溫回路斷線、短路試驗記錄

2.2 試驗分析

分析表中數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)上述三種情況下誤開出時刻PLC測值、品質(zhì)與經(jīng)PLC程序處理過后的上位機(jī)測值、品質(zhì)均正好相反，且上位機(jī)測值、品質(zhì)均在5s后恢復(fù)與PLC測值、品質(zhì)一致，說明PLC程序處理中有問題。經(jīng)核查PLC程序，發(fā)現(xiàn)為了濾掉溫度突變量而設(shè)置的對測值進(jìn)行5次比較濾波程序段存在缺陷，它只能濾掉往復(fù)變化的突變量，而對保持型的突變量無法濾掉，導(dǎo)致PLC測值到斷線信號（測值保持為32 767）在5 s后被認(rèn)為是合法值而被采集。另外，PLC程序中只引用了模件測點(diǎn)品質(zhì)，而對模件本身的品質(zhì)未做引用，導(dǎo)致拔出模件后產(chǎn)生的模件故障信號未起作用，未能對故障模件進(jìn)行閉鎖。

上述測試證明，除了模件自身故障外，正常的測溫模件在測溫外回路斷線或短路、插回模件接線端子排和拔出模件過程中也會導(dǎo)致保護(hù)誤開出。

3 防誤措施

由于存在誤開出風(fēng)險，須采取防誤措施。針對故障原因分析，決定從兩個方面進(jìn)行程序優(yōu)化。一方面，防止單個模件故障引起誤出口，采取程序上分散組合測點(diǎn)或?qū)收贤ǖ?、故障模件進(jìn)行閉鎖的措施；另一方面，針對正常模件的插拔操作過程，優(yōu)化濾波策略，同時增加測值合理性判斷。

3.1 對于32 767的采集值自動丟棄

在外部通道斷線或短路時會出現(xiàn)32 767的溫度采樣值，在實際運(yùn)行中不可能出現(xiàn)32 767的溫度值，因此如果出現(xiàn)32 767或0度以下的溫度采集值，必然是模件故障或外部接線故障造成的，可以丟棄該值，同時對溫度做歸零，品質(zhì)壞處理。

3.2 越限判斷中增加“合理上限值”判斷

目前越高限判斷中，除了越高限以外，增加一個合理上限值（以現(xiàn)場測溫電阻工程值范圍：瓦溫取150℃，定子溫度取300℃）判斷，即在溫度越限的同時不能高于某個設(shè)定的合理上限值，這樣可以有效避免由于外部電阻異常或模件異常造成的溫度保護(hù)出口。

3.3 模件故障自動歸零

通過實驗證明，對于拔出模件（或模件完全故障），將出現(xiàn)模件測值變?yōu)?，通道品質(zhì)變好的情況，此時的通道品質(zhì)實際肯定是故障的，因此需要增加對模件故障的判斷，及一旦檢測的模件故障，自動將該模件對應(yīng)通道測值歸零，品質(zhì)變壞。（模件故障說明：模件故障信號由CPU模件根據(jù)與每個模件通訊是否正常判斷，當(dāng)該模件被拔出或由于自身原因無法工作時，均可以通過CPU獲取該模件故障信息。）

3.4 測點(diǎn)通道故障判斷

對于出現(xiàn)32 767測值或負(fù)值或通道品質(zhì)壞的通道，認(rèn)為該通道存在問題，立即進(jìn)行閉鎖，即該通道測值置為0，品質(zhì)置為壞。

如果單個通道出現(xiàn)故障的情況，在品質(zhì)恢復(fù)正常后，延時60 s后自動恢復(fù)再進(jìn)行該通道的數(shù)據(jù)采集.如果同一模件上通道故障超過兩個（2點(diǎn)及2點(diǎn)以上），則閉鎖發(fā)生故障的點(diǎn)直到有人手動復(fù)閉鎖信號。

3.5 測點(diǎn)溫度突變合理閉鎖

對于溫度越限中有突變點(diǎn)的情況，采用突變點(diǎn)和突變點(diǎn)所在模件位置綜合判斷的方法進(jìn)行合理閉鎖，其閉鎖邏輯為：進(jìn)行溫度保護(hù)越高高限判斷時，同時判斷越高高限的點(diǎn)是否有突變點(diǎn)，突變點(diǎn)是否由同一個模件產(chǎn)生。

如果越高高限的點(diǎn)中既有突變點(diǎn)，又有正常上升越限的點(diǎn)，則認(rèn)為突變點(diǎn)是合理的，可以啟動事故停機(jī)。如果越高限的點(diǎn)全部由突變點(diǎn)組成，則判斷這些突變點(diǎn)是否來自同一個模件，如果來自同一個模件，則認(rèn)為這個突變是由模件故障產(chǎn)生的，不啟動溫度保護(hù)出口，如果突變點(diǎn)來自不同的模件，則認(rèn)為是合理的溫度上升，啟動溫度保護(hù)出口。

3.6 運(yùn)行維護(hù)方式變化

在監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組溫度監(jiān)視畫面中，增加了“溫度閉鎖復(fù)歸”按鈕和“閉鎖狀態(tài)”指示燈?！皽囟乳]鎖復(fù)歸”按鈕用于手動復(fù)歸故障測點(diǎn)通道，“閉鎖狀態(tài)”指示燈變?yōu)榧t色時說明有溫度測點(diǎn)被閉鎖，需及時通知維護(hù)人員進(jìn)行處理。為了區(qū)分原有故障測點(diǎn)和新增故障測點(diǎn)，在監(jiān)控畫面中對原有故障測點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)識。

4 程序完善后的測試

龍灘水電站在采取防誤措施修改完善測溫程序后，進(jìn)行了驗證測試，測試結(jié)果見表4。測試結(jié)果表明各種情況下均不會造成溫度保護(hù)誤開出，達(dá)到了防誤目的。

表4 驗證試驗結(jié)果

5 結(jié)論

龍灘水電站的測溫故障較為少見，經(jīng)認(rèn)真測試分析，準(zhǔn)確找到故障原因，并采取了恰當(dāng)?shù)姆勒`措施，試驗證明能夠達(dá)到測溫回路、測溫接線端子排、測溫模件在插拔過程中防止誤出口的目的。在水電站自動控制領(lǐng)域中，自動化元件的品質(zhì)對控制功能的影響已經(jīng)越來越受到設(shè)計、制造和運(yùn)行維護(hù)單位的重視，采取了很多正常運(yùn)行條件下的防誤措施，并取得了較成功的經(jīng)驗。龍灘的案例表明，控制設(shè)備、元件在操作和維護(hù)過程中也可能引發(fā)意想不到的后果，存在較大的安全隱患，須采取相應(yīng)的技術(shù)防范措施，確保設(shè)備的安全可靠。