机组紧急PLC保护动作的原因分析及处理

许 翔，金清山，戴维义

（1.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300；2.天津龙源风力发电有限公司，天津 300000）

机组紧急PLC保护动作的原因分析及处理

许 翔1，金清山1，戴维义2

（1.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300；2.天津龙源风力发电有限公司，天津 300000）

张河湾电站1号机组在抽水运行中由于紧急PLC保护动作导致机械跳机，本文对其原因进行了分析，并介绍了处理过程。

抽水运行；紧急PLC；机械跳机

0 前言

河北张河湾蓄能发电有限责任公司位于河北省石家庄市井陉县境内，距石家庄市直线距离为53km，公路里程为77km。张河湾电站设计安装4台250 MW单级混流可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1 000 MW，以一回500 kV线路接入河北南部电网，主要承担系统调峰、填谷、调频、调相等任务，并且在电网故障甚至瓦解时，可以充当电网最佳的紧急事故备用和“黑启动”电源。

1 故障发生经过

河北张河湾蓄能发电有限责任公司（简称“张河湾抽水蓄能电站”）事故发生前，张廉线5002、5003开关运行，1、2号机组抽水运行各出力-250 MW，1～4号主变运行；厂用电10 kV I段由1003供电，I段带II段运行，III段由1002开关供电独立运行。

2016年08月05日，03:40监控系统出现报警：U01_GA04_EM001_DI01Uint1 Emergency PLC In Operation（紧急停机PLC报警），P90_U01_EM001

_DI01 Uint Emergency PLC In Operation（紧急停机PLC报警），U01_RQ_MS_P Mechnical Stop Request from P。1号机组紧急PLC保护动作导致机械跳机。

2 事故原因分析

（1）直接原因

1号机组现地控制单元紧急PLC（C8035）动作，导致机组紧急PLC机械保护出口跳机。

（2）根本原因

存在两种可能：

1）机组现地控制单元主PLC（C8075）程序监视信号（U1_GA01_EM001_HS01）触发，从而触发机组紧急PLC机械保护跳机出口。

2）机组LCU事故信号DI模板故障且紧急PLC收到1号主变保护B盘动作信号，导致机组紧急PLC机械保护动作出口。

3 故障排查经过

运维人员根据历史记录，进行逻辑回路梳理，确定机组紧急PLC机械保护出口跳机是由于1号机组紧急PLC组态中水泵工况机械跳机信号（U1_RQ_MS_P）触发导致，该信号通过1号机组紧急PLC停机流程组态实现机组紧急停机（正常情况下，该路机械保护为主PLC机械保护后备，当主PLC程序监视回路异常或主PLC事故停机DI板卡故障时，紧急PLC接管机组控制权，将机组停稳），同时发出紧急PLC动作信号（U1_GA04_EM001_ HO01）经硬线回路至监控主PLC上送操作员站报警站并同时通过机组主PLC再次出口机组机械跳机。

变量U1_GA04_EM001_HO01此次变位是由变量U1_MS_ACT经功能块24由变量U1_RQ_MS_P触发（功能块30），同时变量U1_RQ_MS_P经由功能块7触发紧急PLC机械跳机令变量U1_QS_RQ，进而触发紧急PLC机械跳机保护动作出口。

继续对组态图回溯，变量U1_MS_ACT可由回路1机组LCU系统故障信号（U1_GA01_EM001_HS01）或回路2机组LCU事故DI模块故障（U1_GA01_ EG030_HI01）且出现紧急PLC保护跳机信号（功能块12所关联的输入信号之一）触发变位。

通过对回路2继续回溯排查，变量U1_GA01_ EG030_HI01是由1号机组LCU主PLC的变量U01_GA01_EG030_DO01控制触发的。进而可见，变量U01_GA01_EG030_DO01是基于机组LCUCE2000机架模件丢失变量U01_GA01_U01_GA01_RACK2_ DZ01/U01_GA01_RACK2_DZ02/U01_GA01_RACK2_ DZ07或机组保护动作输入信号可用性变量控制触发的。通过对SOE事故追忆及分析，未发现相关报警信息，但值得注意的是，功能块8集成有两路模拟量可用性信号 （U01_MG10_CL501_AI01_V和U01_MG10_CL101_AI01_V），这两路信号是机组油压控制系统通过MODBUS通信上送至监控的，虽然在SOE中未出现油压控制系统MODBUS通信故障，但考虑到采用MODBUS串行通信（RS422）的可靠性，此设置仍存在较大误动风险。

另外，在事故排查过程中，技术人员发现有一路紧急PLC保护跳机信号（U01_JB02_EW300_HI01）始终保持为“1”，相应紧急PLC输入端子指示灯点亮，若再出现LCU事故DI模块故障（U1_GA01_EG030_HI01）信号变位，不经任何延时，即会触发机组紧急PLC保护动作出口。继续对1号主变保护B盘保护动作信号（U01_JB02_EW300_ HI01）进行回溯，发现是由其中一路信号即励磁变温控信号触发的，之前励磁变温控信号由于出现跳变，暂时将相关保护压板解除，但仍与机组紧急PLC有所关联，因此当温控信号再次出现跳变时，导致紧急PLC长时收到主变保护B盘保护动作信号。

综上所述，回路2存在较大误动风险。

继续回到的回路1上，机组跳机也可能由于紧急PLC判断主PLC程序监视回路故障而导致。紧急PLC从主PLC获取机组LCU心跳脉冲信号（Toggle Pulse，脉宽设为2 s）U1_GA01_EM002_HI01，通过3 s延时功能块过滤，实现程序监视组态功能，当心跳脉冲信号变位后保持超过3 s，即会触发紧急PLC机械保护动作出口并送紧急PLC动作信号至主PLC。

变量U1_GA01_EM002_HI01是通过硬布线回路引自1号机组LCU主PLC变量U01_GA01_EM002_ DO01。程序监视信号（U01_GA01_WDOG_ T0/U01_GA01_WDOG_T1）通过功能块2生成心跳脉冲信号U01_GA01_WDOG_TOGGLE进而通过功能块3赋值给变量U01_GA01_EM002_DO01。

功能块2（SAMPLETM）为CCAD设置的脉冲发生功能块，通过设置输入针脚变量T0/T1的初始值，分别设定出口脉冲0和1的脉冲宽度。目前监控系统设置的T0/T1初始值均为200，参考该功能块说明文档，对应脉冲宽度为2s（200×0.01 s）。

此外，机组LCU主PLC还将心跳脉冲信号U01_GA01_WDOG_TOGGLE通过监控S8000光纤环网送至LCU6，进而通过3 s延时功能块过滤，实现看门狗组态功能，当心跳脉冲信号变位保持超过3 s，即会触发报警信号U01_GA01_EM001_DS01，该信号上操作员站报警列表及进SOE。但通过对报警列表及SOE查找，跳机前后均未出现该报警信号，因此可以判定主PLC未真正出现看门狗故障。

因此，紧急PLC出现程序监视回路故障导致出口跳机信号的原因应在从主PLC CE2000 DO模板至紧急PLC DI模板即心跳脉冲信号所在的回路之间。心跳脉冲信号由主PLC CE2000 DO模板输出，经由继电器端子块，通过硬布线回路，接至紧急PLC DI模板，目前心跳脉冲超时判断定值为3 s，而心跳脉冲信号自身0/1脉冲宽度为2 s，考虑到传输路径通过DO模板、继电器端子块、DI模板及硬布线回路，虽然路径不长，但是有较多转换环节，会在一定程度上加大心跳脉冲信号变位延时，且紧急PLC内信号变位情况不进历史数据库，无法进行历史追忆，因此只能通过排查法锁定故障环节。

4 事故处理

（1）立即解除与紧急PLC关联的励磁变温控信号回路接线。

（2）更换主PLC CE2000 DO模板，DO模板输出继电器端子块，紧急PLC DI模板。

（3）调整1～4号机组看门狗故障程序的延时定值，在紧急PLC功能块18右侧出口增加一个2 s延时功能块，并引出一路报警信号经紧急PLC DO板卡通过硬线接至主PLC DI板卡，用于程序监视回路告警，以提醒运维人员及时检查程序监视回路，及时更换回路相关模件。在紧急PLC功能块19左侧输入端增加一个3 s延时功能块，使得紧急PLC保护动作信号延时加大，以躲过程序监视回路偶发性故障引起的机组机械跳机风险。

（4）利用机组定检的机会，参照1号机组紧急PLC组态，在2、3、4号机组对紧急PLC组态中动作输入条件增加R-S触发模块及相关测试变量，当PLC某路输入条件信号误动后，通过在线检查相关变量即可确定为哪路信号误动，实现故障点捕捉功能。

（5）利用机组定检机会，对涉及到的CE2000板卡的现场总线接头、CE2000 DI模板、信号端子接线进行全面检查和紧固，以消除环境振动导致的接触不良而引发的紧急PLC误动风险。同时对功能块8左侧输入信号进行优化调整，使用压力油罐油位开关量信号校验位（U01_MG10_CL102_DI01_V和U01_MG10_CL502_DI01_V）替换现有的油位模拟量信号校验位（U01_MG10_CL501_AI01_V和U01_MG10_CL101_AI01_V），以避免MODBUS通信异常导致的紧急PLC误动。

5 结论

监控系统看门狗用于监视PLC程序的运行状态，但是如果设置的时间接近程序扫描周期，当程序出现偶发性故障时就会导致保护误动作进而可能会导致机组跳机。通过增加延时，躲过程序的瞬时性故障，提高了监控系统运性的可靠性。

TV738

B

1672-5387（2016）12-0058-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.021

2016-09-06

许 翔（1987-），男，助理工程师，从事抽水蓄能电站运行维护工作。