王俊強(qiáng)

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南 東方 572600）

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展及單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，綜合保護(hù)繼電器及PLC等數(shù)字化電氣設(shè)備得到快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，在電機(jī)保護(hù)、備自投（備用電源自動(dòng)投入使用裝置，簡(jiǎn)稱備自投，包括進(jìn)線備自投、母聯(lián)備自投等備自投方式，均會(huì)用到綜合保護(hù)繼電器或PLC等數(shù)字化電氣設(shè)備）、電機(jī)自啟動(dòng)等方面均得到了充分應(yīng)用。數(shù)字化電氣設(shè)備需進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，必定會(huì)有模擬量信號(hào)與數(shù)字量信號(hào)響應(yīng)時(shí)間的不同，技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)字化電氣設(shè)備編程的過(guò)程中，如果未考慮到此問(wèn)題，可能會(huì)帶來(lái)一些隱蔽的、時(shí)有時(shí)無(wú)的故障。以下對(duì)3起（類(lèi)）數(shù)字化電氣設(shè)備模數(shù)信號(hào)響應(yīng)時(shí)間不同引起的事故過(guò)程及其解決辦法進(jìn)行介紹，并通過(guò)原因分析總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，供業(yè)內(nèi)參考，希望能起到拋磚引玉的作用。

1 復(fù)位PT二次開(kāi)關(guān)引起進(jìn)線誤跳閘事故

1.1 事故過(guò)程

6kV配電系統(tǒng)單母線分段運(yùn)行，備自投設(shè)計(jì)為：正常運(yùn)行時(shí)單母線分段運(yùn)行，當(dāng)某路進(jìn)線失電時(shí)，跳開(kāi)相應(yīng)的進(jìn)線開(kāi)關(guān)，合母聯(lián)斷路器。本6kV系統(tǒng)進(jìn)線和母聯(lián)柜采用的都是廈門(mén)ABB公司的REF542plus綜合保護(hù)繼電器，其配電系統(tǒng)主接線如圖1。

圖1 6kV配電系統(tǒng)主接線示意圖

一次在拆除6kVⅠ段母線PT二次線時(shí)，線頭碰到了保護(hù)器的外殼，導(dǎo)致6kVⅠ段母線PT二次空開(kāi)跳開(kāi)；對(duì)6kVⅠ段母線PT二次空開(kāi)進(jìn)行恢復(fù)，在其恢復(fù)過(guò)程中，6kV1＃進(jìn)線斷路器跳開(kāi)。

1.2 事故原因

復(fù)位母線PT二次空開(kāi)，據(jù)母聯(lián)備自投跳1＃進(jìn)線邏輯（如圖2）設(shè)計(jì)本意，進(jìn)線斷路器不應(yīng)跳閘：第一階段，PT二次空開(kāi)跳開(kāi)時(shí)，“PT完好”信號(hào)為0，“1＃失壓”信號(hào)為1；第二階段，PT二次空開(kāi)復(fù)位后，“PT完好”信號(hào)為1，“1＃失壓”信號(hào)為0。但實(shí)際上，在第一階段和第二階段之間還有中間階段，在PT二次空開(kāi)復(fù)位瞬間，“PT完好”信號(hào)從0轉(zhuǎn)換為1，而“1＃失壓”信號(hào)未由1轉(zhuǎn)換為0，致1＃進(jìn)線斷路器跳開(kāi)。

圖2 母聯(lián)備自投跳1＃進(jìn)線邏輯示意圖

經(jīng)分析，事故原因是：“PT完好”信號(hào)是PT二次空開(kāi)輔助觸點(diǎn)變位的數(shù)字量信號(hào)輸入轉(zhuǎn)化，“1＃失壓”信號(hào)是PT三相電壓模擬量信號(hào)輸入轉(zhuǎn)化，PT二次空開(kāi)復(fù)位瞬間，模擬量輸入的“1＃失壓”信號(hào)（如圖3）變位比數(shù)字量輸入的“PT完好”信號(hào)變位慢。

“PT完好”信號(hào)為直接光耦轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，只有幾毫秒的抗干擾延遲，REF542邏輯掃描周期約為10ms；而“1＃失壓”信號(hào)要經(jīng)模擬量板卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化后才輸出數(shù)字信號(hào)1供與門(mén)判斷，模擬量的采集一般需要幾百毫秒的時(shí)間。1＃進(jìn)線失壓模擬量模塊“TR＜”（見(jiàn)圖3）相當(dāng)于失壓延時(shí)繼電器，如不考慮模擬量采集時(shí)間的影響，電壓低于30%U時(shí)，延時(shí)0.9s輸出1；電壓高于30%U時(shí)，不延時(shí)瞬間輸出0。但由圖3可以看到，時(shí)間設(shè)定的區(qū)間為0.5～300s，即該模塊最小響應(yīng)時(shí)間為0.5s（說(shuō)明書(shū)注明），即電壓恢復(fù)正常0.5s后“1＃失壓”信號(hào)才能由1轉(zhuǎn)換為0，導(dǎo)致PT二次空開(kāi)復(fù)位瞬間母聯(lián)備自投跳1＃進(jìn)線邏輯與門(mén)條件滿足，1＃進(jìn)線跳閘。

圖3 1＃進(jìn)線失壓模擬量模塊示意圖

總之，由于綜合保護(hù)器“PT完好”數(shù)字量信號(hào)與“1＃失壓”模擬量信號(hào)響應(yīng)時(shí)間不同，引起了復(fù)位PT二次空開(kāi)時(shí)母聯(lián)備自投跳1＃進(jìn)線邏輯輸出，引起1＃進(jìn)線誤跳閘事故。

1.3 解決辦法

如圖4，在母聯(lián)備自投跳1＃進(jìn)線邏輯中將“PT完好”信號(hào)加入上升延遲1s，即在復(fù)位PT二次空開(kāi)時(shí)，備自投跳1＃進(jìn)線邏輯中“PT完好”信號(hào)從0到1延遲1s，以確?！?＃失壓”信號(hào)由1轉(zhuǎn)換為了0，這樣就不會(huì)導(dǎo)致1＃進(jìn)線跳閘，從而避免事故的再次發(fā)生。

圖4 修改后母聯(lián)備自投跳1＃進(jìn)線邏輯示意圖

2 事故電機(jī)有自啟動(dòng)信號(hào)卻未自啟動(dòng)事故

2.1 事故過(guò)程

事故段電機(jī)自啟動(dòng)邏輯由SIEMENSS7-200 PLC實(shí)現(xiàn)，電機(jī)馬達(dá)保護(hù)器為SIEMENS3UF7，市電失電后，發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)，低壓母線建立電壓后，PLC輸出分批自啟動(dòng)數(shù)字信號(hào)給低壓電機(jī)馬達(dá)保護(hù)器，馬達(dá)保護(hù)器輸出電機(jī)接觸器吸合信號(hào)。但在本次事故中，有1臺(tái)電機(jī)J441C-A（0s自啟動(dòng)）在PLC發(fā)出自啟動(dòng)信號(hào)的情況下，電機(jī)未自啟動(dòng)。

2.2 事故原因

SIEMENS3UF7馬達(dá)保護(hù)器中有個(gè)模塊“PowerFailureMonitoring”，簡(jiǎn)稱UVO模塊，其作用為：電壓跌落2s內(nèi)，馬達(dá)保護(hù)器保持輸出，母線2s內(nèi)來(lái)電電機(jī)接觸器直接吸合，電機(jī)自啟動(dòng)；電壓跌落超過(guò)2s，馬達(dá)保護(hù)器停止輸出，發(fā)出“UVO故障”報(bào)警，母線電壓恢復(fù)后，馬達(dá)保護(hù)器邏輯發(fā)出信號(hào)對(duì)UVO報(bào)警自復(fù)位，PLC發(fā)出自啟動(dòng)信號(hào)，電機(jī)自啟動(dòng)。

在本次事故中，母線已建立電壓，PLC已發(fā)出自啟動(dòng)信號(hào)，而由于UVO模擬量信號(hào)響應(yīng)時(shí)間滯后，馬達(dá)保護(hù)器還未完成UVO報(bào)警的復(fù)位，并且馬達(dá)保護(hù)器會(huì)一直無(wú)法對(duì)UVO復(fù)位，直到PLC自啟動(dòng)信號(hào)消失，最終導(dǎo)致電機(jī)自啟動(dòng)失敗。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，母線電壓恢復(fù)后，UVO復(fù)位模擬量信號(hào)響應(yīng)時(shí)間約0.7s，因此PLC自啟動(dòng)數(shù)字信號(hào)需延遲至少0.7s發(fā)出才能確保電機(jī)自啟動(dòng)成功。

J441C-A自啟動(dòng)失敗時(shí)序圖如圖5，其他電機(jī)0s自啟動(dòng)成功時(shí)序圖如圖6。

圖5 電機(jī)J441C-A自啟動(dòng)失敗時(shí)序圖

圖6 其他電機(jī)0s自啟動(dòng)成功時(shí)序圖

總之，本次母線電壓恢復(fù)后電機(jī)J441C-A無(wú)法自啟動(dòng)是馬達(dá)保護(hù)器自啟動(dòng)數(shù)字信號(hào)與UVO模擬量信號(hào)響應(yīng)時(shí)間不同所致。

2.3 解決辦法

該問(wèn)題涉及所有0s自啟動(dòng)回路，修改前電機(jī)J441C-A分批自啟動(dòng)延時(shí)程序如圖7，為來(lái)電后0s自啟動(dòng)；修改后電機(jī)J441C-A分批自啟動(dòng)延時(shí)程序如圖8，為來(lái)電后1s自啟動(dòng)，以確保自啟動(dòng)成功。

圖7 修改前J441C-A自啟動(dòng)PLC程序圖

圖8 修改后J441C-A自啟動(dòng)PLC程序圖

3 PLC未輸出電機(jī)自啟動(dòng)信號(hào)事故

3.1 事故過(guò)程

事故段中變頻電機(jī)自啟動(dòng)由ABBAC500 PLC實(shí)現(xiàn)。市電失電后，發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)，事故段原來(lái)運(yùn)行的變頻電機(jī)由PLC輸出自啟動(dòng)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分批自啟動(dòng)。但在本次事故中，有3臺(tái)變頻電機(jī)PLC未輸出自啟動(dòng)信號(hào)。

3.2 事故原因

以未自啟動(dòng)的變頻電機(jī)J433A為例（J433A失電自啟動(dòng)程序如圖9），“J433A_RUN”停運(yùn)信號(hào)為接觸器輔助接點(diǎn)輸入PLC數(shù)字量采集點(diǎn)，從失電到信號(hào)建立耗時(shí)約100ms以內(nèi)，而低電壓信號(hào)“VOLT”為低電壓繼電器輔助接點(diǎn)輸入PLC模擬量采集點(diǎn)，從失電到信號(hào)建立耗時(shí)約為200ms，當(dāng)“J433A_RUN”停運(yùn)信號(hào)下降沿“F_TRIG1”觸發(fā)時(shí)，由于PLC電機(jī)停運(yùn)數(shù)字量信號(hào)與低電壓模擬量信號(hào)響應(yīng)時(shí)間不同，低電壓信號(hào)“VOLT”未建立，導(dǎo)致PLC自啟動(dòng)邏輯未輸出，造成J433A自啟動(dòng)失敗。

圖9 變頻電機(jī)J433A失電自啟動(dòng)程序圖

3.3 解決辦法

由于事故段中變頻電機(jī)停運(yùn)數(shù)字量信號(hào)與低電壓模擬量信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間很接近，而響應(yīng)時(shí)間的快慢存在偶然性，因此當(dāng)PLC進(jìn)行變頻電機(jī)分批自啟動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)自啟動(dòng)失敗的情況存在偶然性。為避免類(lèi)似事故的發(fā)生，需對(duì)所有變頻電機(jī)的PLC自啟動(dòng)邏輯進(jìn)行修改，即對(duì)所有變頻電機(jī)PLC自啟動(dòng)程序中停運(yùn)信號(hào)下降沿做200ms的延時(shí)。以變頻電機(jī)J433A為例，當(dāng)市電失電時(shí)，“J433A_RUN”停運(yùn)信號(hào)下降沿“F_TRIG1”觸發(fā)，延遲200ms（見(jiàn)圖10），以等待低電壓信號(hào)“VOLT”建立，這樣PLC程序中變頻電機(jī)自啟動(dòng)即可成功。

圖10 修改后變頻電機(jī)J433A失電自啟動(dòng)程序圖

4 結(jié)束語(yǔ)

總結(jié)上述幾起事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在對(duì)數(shù)字化電氣設(shè)備編程時(shí)，必須考慮到模擬量信號(hào)與數(shù)字量信號(hào)響應(yīng)時(shí)間的不同，適當(dāng)對(duì)一些信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，使程序更加嚴(yán)謹(jǐn)，容錯(cuò)率更高，這樣才能保證供電的安全性、可靠性及穩(wěn)定性。