周志凱

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

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

周志凱

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

ABBUNITROL5000勵磁系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于我國大型發(fā)電廠中，其內(nèi)部通信采用ARCNET總線方式。針對某電廠2號機組兩次因UNITROL5000勵磁系統(tǒng)通信故障致機組跳閘事件，通過故障報警信息的分析、兩次事件的對比、ARCNET通信原理的研究和現(xiàn)場模擬試驗對故障進行了定位。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；勵磁系統(tǒng)；ARCNET通信；故障分析；防范措施

勵磁系統(tǒng)是電廠中不可缺少的部分，我國諸多大型發(fā)電廠采用了ABBUNITROL5000 勵磁系統(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號機組負荷300MW，23：31機組事故報警，負荷降至0，機組跳閘首出原因為“勵磁系統(tǒng)故障跳閘”，就地檢查勵磁系統(tǒng)，勵磁變壓器和晶閘管整流裝置無明顯異常，勵磁就地控制面板顯示“ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點失靈)”、1號至4號整流橋被閉鎖，整流橋喪失全部冗余，勵磁系統(tǒng)退出運行，機組跳閘。2015年3月30日，該廠2號機組滿負荷600MW運行，23：05自動發(fā)電控制(automaticgenerationcontrol，AGC)減負荷至570MW，勵磁系統(tǒng)在通道1自動方式下運行，23：06 機組跳閘，負荷降至0，經(jīng)查機組跳閘首出原因為“勵磁系統(tǒng)故障跳閘”，就地檢查勵磁系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)勵磁系統(tǒng)1號至5號整流橋發(fā)出故障報警，同時發(fā)出“ARCNET通信節(jié)點失靈”報警，勵磁系統(tǒng)發(fā)出“F43”整流橋故障，勵磁系統(tǒng)直接退出運行，導致發(fā)電機-變壓器組“靜態(tài)勵磁系統(tǒng)故障”保護動作跳閘。

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

EGC—擴展門極控制器，extended gate controller的縮寫；COB—主控板，control board的縮寫；MUB—測量單元板，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勵磁系統(tǒng)簡圖

該系統(tǒng)共5個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，均具有手自動切換功能；控制系統(tǒng)與整流橋、就地控制面板、I/O擴展板采用ARCNET總線型通信方式，用于傳遞電流、溫度、報警信息等數(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號整流橋與其他4個整流橋同時發(fā)出報警。

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)勵磁系統(tǒng)供給1號至4號整流橋的24V直流電源出現(xiàn)閃斷，造成4個整流橋的CIN電源掉電，整流橋閉鎖退出運行，勵磁系統(tǒng)故障退出；

表1　勵磁系統(tǒng)報警表

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

針對前者，現(xiàn)場模擬24V直流電源總線掉電，勵磁系統(tǒng)運行在自動方式，勵磁系統(tǒng)發(fā)出1號至5號整流橋故障，和第一次故障報警不符。

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

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)中每個節(jié)點保存下一個節(jié)點的唯一邏輯地址，生成一個網(wǎng)絡(luò)活動節(jié)點地址表，構(gòu)成一個邏輯環(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)從一個節(jié)點傳向下一個邏輯相鄰節(jié)點而實現(xiàn)的。當一個節(jié)點加電或840ms沒有收到令牌時它即發(fā)出一個重構(gòu)脈沖，使總線終止一切活動，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)點加入到網(wǎng)絡(luò)中，重構(gòu)時間通常為20～30ms；當一個節(jié)點由于故障或斷電而退出網(wǎng)絡(luò)時不需要進行整個邏輯環(huán)的重構(gòu)，邏輯環(huán)的上一個節(jié)點向下一個節(jié)點發(fā)送令牌時，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)中新的下一個節(jié)點為止，節(jié)點就完成了退網(wǎng)。

2.2故障分析與定位

對勵磁系統(tǒng)記錄的兩次故障報警信息進一步分析，認為故障原因為：ARCNET某節(jié)點通信瞬時故障后又立即恢復，重新加入到網(wǎng)絡(luò)中，造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓，導致整流橋退出運行，經(jīng)約800ms(恰好為故障復位時間)重構(gòu)成功后，所有故障消失。因此找出故障點的關(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ID減小的順序進行傳輸。

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，對現(xiàn)場ARCNET通信故障進行模擬，分別拔出通道1、通道2、LCP、終端電阻、I/O擴展板(UAC096)、1號整流橋CIN、2號整流橋CIN、3號整流橋CIN、4號整流橋CIN、5號整流橋CIN的同軸電纜接頭，檢查勵磁系統(tǒng)報警情況。

a)拔除通道1和通道2后，勵磁系統(tǒng)報“F55”通道整流橋故障。

b)拔除LCP后，勵磁系統(tǒng)報“147”LCPnodefail(LCP節(jié)點失靈)。

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，勵磁系統(tǒng)報“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點失靈)。

e)拔除1號整流橋CIN后，勵磁系統(tǒng)報“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點失靈)，以及整流橋“161”+Converter1(1號整流橋故障)。

f)拔除2號整流橋CIN后，勵磁系統(tǒng)報“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點失靈)，以及整流橋“162”+Converter2(2號整流橋故障)。

g)拔除3號整流橋CIN后，勵磁系統(tǒng)報“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點失靈)，以及整流橋“163”+Converter3(3號整流橋故障)。

h)拔除4號整流橋CIN后，勵磁系統(tǒng)報“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點失靈)，以及整流橋“164” +Converter4(4號整流橋故障)。

i)拔除5號整流橋CIN后，勵磁系統(tǒng)報“A195”ARCNETnodefail(ARCNET節(jié)點失靈)，以及整流橋“165”+Converter5(5號整流橋故障)。

從以上報警情況來看，d)—i)的模擬故障與實際故障存在相似之處，因1號至4號整流橋剛更換不久，故障點位于I/O擴展板及5號整流橋CIN的可能性非常大。

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

3　防范與改進措施

ABBUNITROL5000勵磁系統(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)點的退出與加入不會導致整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，但由于勵磁系統(tǒng)工作時電磁環(huán)境惡劣，發(fā)熱較大，運行時存在較大風險，因此需要采取防范措施。

a)對勵磁系統(tǒng)進行改造升級為UNITROL6000系列，該系列勵磁系統(tǒng)采用了點對點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)日常運行中，需嚴格保障勵磁系統(tǒng)的運行環(huán)境，對重要設(shè)備的關(guān)鍵元器件進行定期紅外測溫，把握設(shè)備的運行周期，提前發(fā)現(xiàn)老化、損壞的設(shè)備并進行更換。

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)備的大電流對通信線路的干擾。

4　結(jié)束語

勵磁系統(tǒng)由于其復雜性、精密性，是電廠中故障較多、需要精心維護的設(shè)備，ABBUNITROL5000勵磁系統(tǒng)ARCNET通信網(wǎng)絡(luò)故障導致了該廠同一機組兩次跳閘事件，通過理論分析、現(xiàn)場模擬試驗和通電觀察找出了故障點，針對該故障產(chǎn)生的原理，提出升級改造、環(huán)境監(jiān)測和加強電纜屏蔽三種措施，從不同角度改進其內(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，工學碩士，從事電力系統(tǒng)繼電保護、勵磁系統(tǒng)維護工作。