調速器通訊模塊故障造成機組緊停的分析及處理

四川武都電站有限公司 王騰輝

某水電站位于四川省境內， 總裝機3×50MW，3臺發電機組分別接成發變組單元接線，各經1臺63000kVA 的主變壓器升壓至220kV，經220kV 線路并入省電網。電站內3臺發電機調速器系統采用可編程PCC 作為控制的硬件平臺，具有“自動”、“電手動”兩種控制方式；“轉速”、“開度”和“功率”三種調節模式，當機組在正?！鞍l電”狀態下時，分別對應“自動”、“開度”模式。

1 事故經過、現象及初步分析判斷

1.1 事故現象

2020年10月21日13點，某水電站監控系統突然報警“3號機組微機調速器電氣故障2動作”，“3號機組緊急停機動作”，正在運行發電的3號機組啟動緊急停機流程。工作人員收到通知立即到達3號機組現場，首先檢查了3號機“緊急停機流程”是否執行正確，“緊急停機流”動作后果如下：跳發電機出口開關；跳發電機滅磁開關；投調速器緊急停機電磁閥；投事故配壓閥；關閉進水口快速門；啟動機組正常停機流程。經確認，緊急停機流程執行完畢且正確。在此過程中，電站已開啟另一臺備用機組并網發電，以免造成上網發電量的缺失。

1.2 檢查過程

在監控報警報文及事故記錄中查到啟動“3號機組緊急停機動作”的條件：是因為3號機監控單元收到了“3號機組調速器電氣故障2”這一開關量信號，而該信號由調速器電柜內“電氣故障2”繼電器一常閉接點控制?，F場檢查調速器電柜，發現柜內“電氣故障2”繼電器指示燈已熄滅，常閉點已導通，符合實際。此外，智能觸摸屏界面顯示“PLC NOT RESPONDING”,意為“PLC 無響應”，且觸摸屏無法讀取控制器任何參數；檢查柜內PLC 發現通訊模塊IF1030“STATUS”狀態燈為報警紅色，說明此時通訊模塊IF1030異常。

1.3 初步分析

初步分析為：調速器通訊模塊IF1030異常，“電氣故障2”繼電器線圈不帶電（正常情況下常帶電），其常閉接點導通，該信號發至3號機組監控單元后監控系統即啟動緊急停機流程，說明監控系統流程及啟動均為正常動作。

那么“調速器電氣故障2”為什么會動作？調速器系統正常情況下會對“電氣故障2”繼電器發出一常電源信號，使其永久帶電。當調速器控制器接收到幾項故障信號之一時，調速器自身會判定“調速器電氣故障2”。這幾項故障包括：導葉反饋故障、伺服環故障、主閥信號故障、比例閥功放故障、PT測頻信號和齒盤測頻信號同時消失故障。若調速器自身會判定“調速器電氣故障2”，“調速器電氣故障2”繼電器失電，則“調速器電氣故障2”故障信號發至監控。技術人員對這幾項信號進行排查，發現此次事故期間這幾項故障信號均未報警，說明“電氣故障2”繼電器失電并非這幾項信號造成。在此暫時將“電氣故障2”的問題排除，認為可能是通訊模塊IF1030異?；蚱渌蛟斐闪恕半姎夤收?”繼電器失電。

1.4 初步處理

隨后將調速器控制柜斷電重啟，發現通訊模塊IF1030“STATUS”狀態燈恢復為綠色（正常狀態）；觸摸屏“PLC NOT RESPONDING”告警已消失；其余各指示燈均正常；柜內“電氣故障2”繼電器指示燈亮（已帶電）。隨后將3號機組各部位復歸，待監控顯示3號機開機條件都滿足且無其余故障報警，開啟3號機啟勵建壓觀察正常后執行并網運行操作，并網運行6個小時均未發現異常。于是分析此次事故源頭通訊?？霫F1030異?？赡転榕既滑F象，3號機組可以并網運行觀察。

2 事故二次發生及重新梳理分析

經上次事故處理后，3號機組一直正常發電運行，然而至10月24日21點3號機組再次出現“調速器電氣故障2動作、3號機組緊急停機動作”的事故緊急停機情況，檢查監控報警與現地調速器報警，發現所有現象與之前一致，包括“PLC NOT RESPONDING”、通訊模塊IF1030“STATUS”狀態燈為報警紅色一系列現象。再次將調速器電柜斷電重啟后，恢復正常情況亦與之前一致，3號機組再次開機并網，在短時間內觀察無異常后再將3號機組停機至備用狀態。技術人員再次對該事故做從頭梳理排查，認為調速器通訊模塊IF1030兩次事故中發生異常并非偶然現象。

從頭梳理此次故障發生的大致步驟如下：調速器通訊模塊IF1030異常，觸摸屏無法讀取任意參數且無法進行操作；器電柜“調速器電氣故障2”繼電器失電，其常閉接點導通；3號機組監控單元后收到“調速器電氣故障2”中斷開關量；3號機組啟動緊急停機流程。

此上四條步驟，除第一條外均已證實、無需再次檢查，當下需查明原因有兩點：一是調速器通訊模塊IF1030為何異常？二是如何證實通訊模塊IF1030異常造成“電氣故障2”繼電器失電？

首先，采取橫向比較方法：技術人員認為3號機組發生此事故，而1、2號機組無此現象且運行發電正常，于是將3號機組與1、2號機組調速器PLC 進行對比，以待發現新的線索。通過對比，發現3號機組通訊模塊IF1030“RxD”（意為接收）燈時亮黃燈時滅，“TxD”（意為發送）燈常滅，而1、2號機組通訊模模塊IF1030“RxD”“TxD”均常滅。由現象得知，1、2號機組通訊模塊IF1030并無對外通訊的收發，而3號機組通訊模塊IF1030對外有著通訊外發。那是否3號機通訊模塊IF1030異常與其對外通訊有關？

圖1 正常狀態下的3號機通訊模塊IF1030（最左）

經查驗設備相關圖紙即現場核對，發現1、2、3號機通訊模塊IF1030在設計上均有兩根RS485通訊線對外接至對應機組監控單元柜內的通訊服務器。然而1、2號機的這兩根RS485通訊線在調速器電柜的2個對外中轉端子上已經將連片分開，而3號機該中轉端子上目測到連片并未完全分開（半接觸狀態），且1、2、3號機的該2個對外中轉端子均未注明用途，于是懷疑，3號機此2個對外中轉端子本來應該分開，可能有人員誤碰、或者機組的抖動下造成了連片移位，以致未完全分開。這也解釋了3號機組通訊模塊IF1030“RxD”（意為接收）燈時亮黃燈時滅的原因。而此現象又是怎樣造成通訊模塊IF1030異常的呢？

由于能在外觀察到的現象已經就此了，工作人員隨后聯系了調速器廠家。調速器廠家技術人員通過提供后臺軟件，連接調速器控制器后獲取了控制器內部運行日志，顯示有2個錯誤記錄，其時間間隔與3號機調速器2次故障時間記錄吻合（見圖2）。兩次相同報錯“Error”描述為“AR-SIOS：I/O cycle time violation.”翻譯為“業務中斷,輸入輸出循環時間違規”。

圖2 第71、75條為2次故障記錄日志

就此，通過查看運行日志說明了存在通訊連接造成3號機調速器控制器報錯。隨后就1、2號機調速器該2個對外中轉端子連片已分開情況告知調速器廠家，調速器廠家解釋該調速器通訊模塊IF1030并不需要與監控進行數據收發交換，該通訊回路應為最初建站時的設計，但實際安裝設備后發現此設計有錯，所以通訊對外中轉端子連片必須分開。

到此時，第一個疑問即調速器通訊模塊IF1030為何異常已經查明，原因為通訊模塊IF1030原本不需要與監控進行數據收發，但因誤接線通訊模塊IF1030一直有數據接收（連片處于半連接狀態），但因該數據接收并無意義，當數據接收過多時即造成通訊模塊IF1030異常。

第二個疑問即如何證實通訊模塊IF1030異常造成“電氣故障2”繼電器失電？首先可知通訊模塊IF1030與“電氣故障2”是沒有直接聯系的，且引起“電氣故障2”的幾項故障條件并未發生，而與“電氣故障2”存在直接聯系的只有調速器控制器的其它部分，由運行日志查看到調速器控制器已經存在報錯。

此外，再結合兩次故障發生時現象一致，對故障特點進行總結：觸摸屏無法讀取控制器任何參數且無法進行操作；控制器本體上的通訊模塊IF1030“STATUS”亮紅燈；必須對控制器進行掉電重啟才能恢復故障，否則無法進行任何操作。

以上特點表明故障時調速器控制器已經死機，那么，造成調速器控制器死機的其它原因還應逐一分析，包括有程序原因與硬件原因如下：調速器程序原因。由于調速器剛經歷改造升級完成后已運行兩年時間，期間運行穩定，且該控制程序已在其它許多電站的不同控制器上得到驗證，可以排除程序本身問題；控制器硬件原因?？刂破鹘浿貑⒑笥帜苷９ぷ?，不符合硬件故障的特點，也可以排除。

以上兩點均排除后，唯一造成控制器死機的原因已確定為調速器通訊模塊IF1030異常。調速器控制器正常運行時，會對“電氣故障2”繼電器一直發送電源信號，使“電氣故障2”繼電器永久帶電。當調速器控制器死機（PLC 狀態異常）時，將不再對“電氣故障2”繼電器開出電源信號，而“電氣故障2”繼電器采用常閉點接至監控，此時監控收到“電氣故障2”后，即啟動機組緊急停機流程。這已解釋了通訊模塊IF1030異常是如何間接造成“電氣故障2”繼電器失電。

至此，該故障每一環節的疑問均已理清，重新梳理，導致事故發生的先后原因如下：調速器通訊模塊IF1030存在對外通訊接線（錯誤接線），以致通訊模塊IF1030異常，造成了調速器控制器死機；調速器控制器死機造成了調速器電柜“電氣故障2”繼電器失電，其常閉接點導通；3號機組監控單元后收到“電氣故障2”中斷開關量；3號機組啟動緊急停機流程。

3 后續及整改

事故原因明確后，決定將3號機調速器通訊模塊IF1030對外通訊接線的中轉端子連片完全斷開，并取出連片上的金屬片（圖3），此后將3號機組開機并網運行，至今再無該事故發生，查看后臺運行日志亦無報錯項。

圖3 135、136端子為通訊模塊對外通訊接線端子

為吸取教訓，將1、2號機調速器柜對外通訊接線的中轉端子連片上的金屬片也取出，防止人員誤碰或機組開停機過程中的抖動導致該連片誤接觸而導致類似事故發生。隨后電站人員做好設備相關臺賬記錄及事故故障記錄，亦便日后復盤。

綜上，經此事故，我們明白設備管理工作來不得半點馬虎，必須以科學的態度來對待，對此亦做幾條總結便于日后的工作規整如下。

一是設備的設計圖與竣工圖紙存在一定的差別，運行管理中應核對實際接線，并以竣工圖紙為準，且技術人員應弄清設計圖與竣工圖不一致的具體原因。

二是要求相關工作人員對設備的特性與功能進行了解，例如調速器電柜內的該通訊RS485接線連片為什么斷開、調速器控制器各指示燈的含義、各模塊的功能等等。

三是對于電站內非正常停機事故應做好相關記錄，特別是此類并不完全屬于“電氣事故”與“機械事故”分類的較為罕見情況的非正常停機，以便于日后總結參考；四是對于電站消除設備故障的技術人員，要求各方面能力全面發展電站工作不只應該了解“電氣”部分的知識原理，對于計算機通訊知識也應該有或多或少的了解，電站內控制設備通訊設備較多，掌握相應的知識對于日后的工作必將有很大的幫助。