某電廠因UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)通信故障致機(jī)組跳閘事件分析

周志凱

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223)

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某電廠因UNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)通信故障致機(jī)組跳閘事件分析

周志凱

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223)

ABBUNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于我國(guó)大型發(fā)電廠中，其內(nèi)部通信采用ARCNET總線方式。針對(duì)某電廠2號(hào)機(jī)組兩次因UNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)通信故障致機(jī)組跳閘事件，通過故障報(bào)警信息的分析、兩次事件的對(duì)比、ARCNET通信原理的研究和現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行了定位。最后，從不同角度提出了防范措施，以防止類似事件再次發(fā)生。

UNITROL5000；勵(lì)磁系統(tǒng)；ARCNET通信；故障分析；防范措施

勵(lì)磁系統(tǒng)是電廠中不可缺少的部分，我國(guó)諸多大型發(fā)電廠采用了ABBUNITROL5000 勵(lì)磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用ARCNET總線作為主控板與整流橋接口板的通信方式，總線上設(shè)備較多，易發(fā)生故障，本文重點(diǎn)分析這類故障，并提出防范措施。

1　故障概況

2015年2月6日，某電廠2號(hào)機(jī)組負(fù)荷300MW，23：31機(jī)組事故報(bào)警，負(fù)荷降至0，機(jī)組跳閘首出原因?yàn)椤皠?lì)磁系統(tǒng)故障跳閘”，就地檢查勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁變壓器和晶閘管整流裝置無明顯異常，勵(lì)磁就地控制面板顯示“ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點(diǎn)失靈)”、1號(hào)至4號(hào)整流橋被閉鎖，整流橋喪失全部冗余，勵(lì)磁系統(tǒng)退出運(yùn)行，機(jī)組跳閘。2015年3月30日，該廠2號(hào)機(jī)組滿負(fù)荷600MW運(yùn)行，23：05自動(dòng)發(fā)電控制(automaticgenerationcontrol，AGC)減負(fù)荷至570MW，勵(lì)磁系統(tǒng)在通道1自動(dòng)方式下運(yùn)行，23：06 機(jī)組跳閘，負(fù)荷降至0，經(jīng)查機(jī)組跳閘首出原因?yàn)椤皠?lì)磁系統(tǒng)故障跳閘”，就地檢查勵(lì)磁系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)1號(hào)至5號(hào)整流橋發(fā)出故障報(bào)警，同時(shí)發(fā)出“ARCNET通信節(jié)點(diǎn)失靈”報(bào)警，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出“F43”整流橋故障，勵(lì)磁系統(tǒng)直接退出運(yùn)行，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)-變壓器組“靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)故障”保護(hù)動(dòng)作跳閘。

該廠采用ABBUNITROL5000自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，原理簡(jiǎn)圖如圖1所示。

EGC—擴(kuò)展門極控制器，extended gate controller的縮寫；COB—主控板，control board的縮寫；MUB—測(cè)量單元板，measuring unit board的縮寫；CIN—整流橋接口板，converter interface的縮寫；GDI—門極驅(qū)動(dòng)板，gate driver interface的縮寫；CDP—整流橋顯示器，converter display的縮寫；LCP—就地控制面板，local control panel的縮寫；I/O—輸入輸出，input/output的縮寫。圖1　UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

該系統(tǒng)共5個(gè)晶閘管全橋型整流橋，滿足“N-1”冗余要求；雙通道配置，一用一備，均具有手自動(dòng)切換功能；控制系統(tǒng)與整流橋、就地控制面板、I/O擴(kuò)展板采用ARCNET總線型通信方式，用于傳遞電流、溫度、報(bào)警信息等數(shù)據(jù)[1-4]。

第一次故障后使用專用筆記本連接通道1得到的報(bào)警情況記錄見表1，第二次故障情況與第一次類似，唯一區(qū)別為5號(hào)整流橋與其他4個(gè)整流橋同時(shí)發(fā)出報(bào)警。

2　故障分析與定位

第一次故障發(fā)生后，分析故障原因可能為：

a)勵(lì)磁系統(tǒng)供給1號(hào)至4號(hào)整流橋的24V直流電源出現(xiàn)閃斷，造成4個(gè)整流橋的CIN電源掉電，整流橋閉鎖退出運(yùn)行，勵(lì)磁系統(tǒng)故障退出；

表1　勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)警表

b)勵(lì)磁系統(tǒng)ARCNET通信故障，造成勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部通信重組，勵(lì)磁系統(tǒng)故障退出。

針對(duì)前者，現(xiàn)場(chǎng)模擬24V直流電源總線掉電，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行在自動(dòng)方式，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出1號(hào)至5號(hào)整流橋故障，和第一次故障報(bào)警不符。

因此故障點(diǎn)出現(xiàn)在ARCNET通信網(wǎng)絡(luò)的可能性非常大，更換了1號(hào)至4號(hào)整流橋的CIN及整套ARCNET同軸電纜、聯(lián)接頭、終端電阻，所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果均正常，并網(wǎng)后各參數(shù)運(yùn)行正常直至第二次故障發(fā)生，顯然第一次故障發(fā)生后的故障點(diǎn)并沒有得到排除，需要對(duì)ARCNET通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更全面的檢查。

2.1ARCNET通信原理

ARCNET是Datapoint公司1977年開發(fā)成功的一種局域網(wǎng)，使用同軸電纜、雙絞線為通信線。UNTROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)ARCNET布纜方式為總線型結(jié)構(gòu)，如圖2所示，設(shè)備與總線的聯(lián)接通過T型聯(lián)接器，電纜兩端必須用93Ω的電阻終結(jié)。

圖2　ARCNET總線結(jié)構(gòu)

ARCNET局域網(wǎng)采用了優(yōu)化的令牌總線協(xié)議(IEEE802.4)，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的唯一邏輯地址，生成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)地址表，構(gòu)成一個(gè)邏輯環(huán)路，因而其物理層面為總線結(jié)構(gòu)，邏輯層面為環(huán)形結(jié)構(gòu)[5-6]。

在ARCNET局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)發(fā)送是通過令牌沿邏輯環(huán)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳向下一個(gè)邏輯相鄰節(jié)點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)加電或840ms沒有收到令牌時(shí)它即發(fā)出一個(gè)重構(gòu)脈沖，使總線終止一切活動(dòng)，造成令牌丟失，從而引發(fā)系統(tǒng)重構(gòu)，形成新的邏輯環(huán)，新節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中，重構(gòu)時(shí)間通常為20～30ms；當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)由于故障或斷電而退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)不需要進(jìn)行整個(gè)邏輯環(huán)的重構(gòu)，邏輯環(huán)的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送令牌時(shí)，若沒有收到響應(yīng)，令牌發(fā)送者將邏輯地址加1，重發(fā)令牌，直到收到響應(yīng)，即找到邏輯環(huán)中新的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)為止，節(jié)點(diǎn)就完成了退網(wǎng)。

2.2故障分析與定位

對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)記錄的兩次故障報(bào)警信息進(jìn)一步分析，認(rèn)為故障原因?yàn)椋篈RCNET某節(jié)點(diǎn)通信瞬時(shí)故障后又立即恢復(fù)，重新加入到網(wǎng)絡(luò)中，造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓，導(dǎo)致整流橋退出運(yùn)行，經(jīng)約800ms(恰好為故障復(fù)位時(shí)間)重構(gòu)成功后，所有故障消失。因此找出故障點(diǎn)的關(guān)鍵是檢查連接在ARCNET通信總線上的設(shè)備情況[7-9]。

UNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)ARCNET通信網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)如圖3所示，邏輯環(huán)路如圖4所示，圖中ID為各設(shè)備邏輯地址，數(shù)據(jù)按照節(jié)點(diǎn)ID減小的順序進(jìn)行傳輸。

圖3　ARCNET通信網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)圖

圖4　ARCNET通信網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)圖

為找出故障點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)ARCNET通信故障進(jìn)行模擬，分別拔出通道1、通道2、LCP、終端電阻、I/O擴(kuò)展板(UAC096)、1號(hào)整流橋CIN、2號(hào)整流橋CIN、3號(hào)整流橋CIN、4號(hào)整流橋CIN、5號(hào)整流橋CIN的同軸電纜接頭，檢查勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)警情況。

a)拔除通道1和通道2后，勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)“F55”通道整流橋故障。

b)拔除LCP后，勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)“147”LCPnodefail(LCP節(jié)點(diǎn)失靈)。

c)拔除終端電阻后，故障代碼較亂，無明確故障。

d)拔除UAC096板卡后，勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點(diǎn)失靈)。

e)拔除1號(hào)整流橋CIN后，勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點(diǎn)失靈)，以及整流橋“161”+Converter1(1號(hào)整流橋故障)。

f)拔除2號(hào)整流橋CIN后，勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點(diǎn)失靈)，以及整流橋“162”+Converter2(2號(hào)整流橋故障)。

g)拔除3號(hào)整流橋CIN后，勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點(diǎn)失靈)，以及整流橋“163”+Converter3(3號(hào)整流橋故障)。

h)拔除4號(hào)整流橋CIN后，勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點(diǎn)失靈)，以及整流橋“164” +Converter4(4號(hào)整流橋故障)。

i)拔除5號(hào)整流橋CIN后，勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點(diǎn)失靈)，以及整流橋“165”+Converter5(5號(hào)整流橋故障)。

從以上報(bào)警情況來看，d)—i)的模擬故障與實(shí)際故障存在相似之處，因1號(hào)至4號(hào)整流橋剛更換不久，故障點(diǎn)位于I/O擴(kuò)展板及5號(hào)整流橋CIN的可能性非常大。

給上述板卡通電，每隔1h檢查報(bào)警情況及ARCNET節(jié)點(diǎn)聯(lián)接處，53h后發(fā)現(xiàn)再次報(bào)出表1所示的故障告警，同時(shí)UAC096板卡ARCNET節(jié)點(diǎn)聯(lián)接處溫度很高并散發(fā)出燒灼氣味，其他板卡正常。因此判斷故障點(diǎn)位于UAC096板卡，該聯(lián)接點(diǎn)工作溫度較高，芯片性能不穩(wěn)定，造成與ARCNET網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接時(shí)斷時(shí)續(xù)，頻繁退出與進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)癱瘓，從而閉鎖整流橋脈沖，當(dāng)有3個(gè)或以上整流橋被閉鎖，勵(lì)磁系統(tǒng)即跳閘。

3　防范與改進(jìn)措施

ABBUNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)采用物理上總線型、邏輯上環(huán)形的ARCNET通信網(wǎng)絡(luò)，理論上節(jié)點(diǎn)的退出與加入不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，但由于勵(lì)磁系統(tǒng)工作時(shí)電磁環(huán)境惡劣，發(fā)熱較大，運(yùn)行時(shí)存在較大風(fēng)險(xiǎn)，因此需要采取防范措施。

a)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)為UNITROL6000系列，該系列勵(lì)磁系統(tǒng)采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的光纖通信方式及雙套直流電源，可靠性顯著提高，可避免類似故障的發(fā)生[10-11]。

b)日常運(yùn)行中，需嚴(yán)格保障勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，對(duì)重要設(shè)備的關(guān)鍵元器件進(jìn)行定期紅外測(cè)溫，把握設(shè)備的運(yùn)行周期，提前發(fā)現(xiàn)老化、損壞的設(shè)備并進(jìn)行更換。

c)調(diào)整ARCNET通信同軸電纜的走線布局，并加以輔助屏蔽措施，減小一次設(shè)備的大電流對(duì)通信線路的干擾。

4　結(jié)束語

勵(lì)磁系統(tǒng)由于其復(fù)雜性、精密性，是電廠中故障較多、需要精心維護(hù)的設(shè)備，ABBUNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)ARCNET通信網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致了該廠同一機(jī)組兩次跳閘事件，通過理論分析、現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)和通電觀察找出了故障點(diǎn)，針對(duì)該故障產(chǎn)生的原理，提出升級(jí)改造、環(huán)境監(jiān)測(cè)和加強(qiáng)電纜屏蔽三種措施，從不同角度改進(jìn)其內(nèi)部通信環(huán)境，防止類似故障再次發(fā)生。

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(編輯彭艷)

AnalysisonPowerUnitTrippingduetoCommunicationFailureofUNITROL5000ExcitationSysteminPowerPlant

ZHOUZhikai

(GuangdongYudeanJinghaiPowerGenerationCo.,Ltd.,Jieyang,Guangdong515223,China)

ABBUNITROL5000excitationsystemiswidelyusedinlarge-scalepowerplantsinChinawhichusesARCNETasitsinnercommunicationmode.InallusiontotwiceaccidentsoftrippingcausedbycommunicationfailureoftheUNITROL5000excitationsystemoftheNo.2powerunitinonepowerplant,thispaperanalyzesfaultalarminginformation,comparestwiceaccidents,studiesARCNETcommunicationprincipleandfinallylocatesthefailurebasedonfieldsimulatingtest.Italsoproposesprecautionmeasuresfromdifferentanglessoastopreventsimilaraccidentshappeningagain.

UNITROL5000;excitationsystem;ARCNETcommunication;faultanalysis;precautionmeasure

2015-12-07

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.007

TM621.3

B

1007-290X(2016)07-0035-04

周志凱(1987)，男，江西豐城人。工程師，工學(xué)碩士，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、勵(lì)磁系統(tǒng)維護(hù)工作。