分散控制系統(tǒng)控制下的低壓電機(jī)失控原因分析

1、分散控制系統(tǒng)控制下的低壓電機(jī)失控原因分析朱賜英摘要介紹了青山熱電廠300 MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)所控制的低壓電機(jī)的失控現(xiàn)象以及對(duì)此所作的檢查和試驗(yàn)情況；分析了產(chǎn)生低壓電機(jī)失控的原因。并且從理論上對(duì)分散控制系統(tǒng)與低壓電機(jī)開(kāi)關(guān)裝置的接口技術(shù)進(jìn)行深入的探討，提出解決電機(jī)失控現(xiàn)象的技術(shù)措施。同時(shí)，對(duì)完善分散控制系統(tǒng)與低壓電氣設(shè)備的接口技術(shù)，提高系統(tǒng)可靠性提出了相應(yīng)的建議。關(guān)鍵詞分散控制系統(tǒng)；順序控制系統(tǒng)；低壓電機(jī)；接口技術(shù)；控制中圖分類(lèi)號(hào)TK32：TM34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1006-3986（1999）04-0023-04The Analysis about the Reasons of Out-of

2、-control for LowVoltage Motorunder Control of the Distributed Control SystemZHUCi-ying（The Electric Power Testing and Research Institute of Hubei Province Wuhan 430077，China)Abstract：The paper described the out-of-control phenomenon of 300 MW units low voltage motor under control of distributed cont

3、rol system and the subsequence checking and testing in Qingshan Power Plant and analyzed the causes of the low voltage motor out of control phenomenon.A deep theoretical exploration about the technology of interface between the distributed control system and the contol equipment of low voltage motor

4、 has been presented,and the technique of solving the out-of-control of motor has been given out.Further more,for the technology of interface between distributed control system and the low voltage electrical equipment,the paper gave out suitable suggestions for increasing of the system reliability.Ke

5、y words：distributed control system;sequence control system;low voltage motor；interface technology；control青山熱電廠“大代小”工程300 MW機(jī)組主要控制系統(tǒng)的控制裝置為美國(guó)貝利公司的INFI-90分散控制系統(tǒng)，控制范圍包括模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)和順序控制系統(tǒng)(SCS)。但是，在DCS系統(tǒng)的分系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了許多技術(shù)問(wèn)題，其中最嚴(yán)重、影響最大的就是SCS系統(tǒng)控制下的低壓電機(jī)失控問(wèn)題。這些低壓電機(jī)包括關(guān)系到機(jī)組安全運(yùn)行的汽輪機(jī)交流潤(rùn)滑

6、油泵、發(fā)電機(jī)氫側(cè)空側(cè)密封油泵、引風(fēng)機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)等，所以嚴(yán)重影響機(jī)組整套啟動(dòng)的順利進(jìn)行。通過(guò)對(duì)SCS系統(tǒng)控制下的低壓電機(jī)失控現(xiàn)象的全面檢查、試驗(yàn)和分析，最終確定分散控制系統(tǒng)與低壓電氣開(kāi)關(guān)裝置之間的接口技術(shù)不完善是SCS系統(tǒng)控制下低壓電機(jī)失控的根本原因。在此基礎(chǔ)上針對(duì)熱工和電氣的接口設(shè)備和接口回路現(xiàn)狀，提出了解決低壓電機(jī)失控問(wèn)題的技術(shù)措施。通過(guò)對(duì)熱工和電氣之間接口的改進(jìn)，大幅度提高了系統(tǒng)抗干擾能力，完全消除了SCS系統(tǒng)控制下的低壓電機(jī)失控故障。在隨后的機(jī)組整套試運(yùn)期間及機(jī)組移交生產(chǎn)的兩年多運(yùn)行中再未發(fā)生SCS系統(tǒng)控制下的低壓電機(jī)失控現(xiàn)象，表明對(duì)DCS系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)之間接口的技術(shù)改進(jìn)是正確的和有效的。

7、1低壓電機(jī)失控現(xiàn)象青山熱電廠300MW機(jī)組的分散控制系統(tǒng)于1996年1月16日開(kāi)始機(jī)柜上電和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)恢復(fù)。1月22日開(kāi)始SCS系統(tǒng)的分系統(tǒng)調(diào)試。在對(duì)SCS系統(tǒng)中的鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，曾幾次發(fā)生低壓電機(jī)啟動(dòng)指令與實(shí)際啟動(dòng)設(shè)備不一致的失控現(xiàn)象。1996年2月24日鍋爐沖管結(jié)束，SCS系統(tǒng)進(jìn)入全面分系統(tǒng)調(diào)試，被控設(shè)備基本全部接入系統(tǒng)。此時(shí)，低壓電機(jī)失控現(xiàn)象明顯增加。不但引風(fēng)機(jī)的冷卻風(fēng)機(jī)發(fā)生失控，且包括關(guān)系到機(jī)組安全運(yùn)行的汽輪機(jī)交流潤(rùn)滑油泵、發(fā)電機(jī)氫側(cè)空側(cè)密封油泵等許多低壓電機(jī)都發(fā)生失控現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為這些油泵等在無(wú)人對(duì)其操作下自行啟動(dòng)起來(lái)，這不但給相應(yīng)系統(tǒng)帶來(lái)極大的危險(xiǎn)，并直接威脅到機(jī)組的安全運(yùn)

8、行。2失控原因的檢查和分析分散控制系統(tǒng)控制下的380V電機(jī)控制方式如圖1所示，根據(jù)該控制方式結(jié)構(gòu)，進(jìn)行失控原因的檢查、試驗(yàn)和分析。圖1分散控制系統(tǒng)控制380V電機(jī)的控制方式21控制要求和接口信號(hào)的一致性熱工DCS系統(tǒng)和電氣380V開(kāi)關(guān)裝置之間控制要求和接口信號(hào)的一致性是確保DCS控制下的380V電機(jī)正常工作的基本條件。為此，熱工和電氣兩個(gè)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)熱工DCS系統(tǒng)和電氣380V開(kāi)關(guān)裝置之間控制要求和接口信號(hào)的一致性進(jìn)行了全面的核查。在核查中，未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致電機(jī)失控的問(wèn)題。22DCS系統(tǒng)軟件組態(tài)控制邏輯正確性DCS系統(tǒng)組態(tài)控制邏輯的不正確是造成380V電機(jī)在DCS控制下失控的經(jīng)常性原因之一。為此，對(duì)多

9、次自行啟動(dòng)的380V電機(jī)的組態(tài)控制邏輯進(jìn)行了全面檢查。還用模擬試驗(yàn)的方法，逐個(gè)條件、逐個(gè)狀態(tài)地進(jìn)行試驗(yàn)，確保其控制邏輯的合理，軟件組態(tài)的正確。但是，380V電機(jī)的失控現(xiàn)象依然存在。針對(duì)380V電機(jī)失控現(xiàn)象的發(fā)生完全是隨機(jī)性的特點(diǎn)，又編制了全程監(jiān)視380V電機(jī)的啟停狀態(tài)、SCS系統(tǒng)的控制指令、聯(lián)鎖保護(hù)的各個(gè)條件以及操作員的操作等內(nèi)容的軟件。通過(guò)軟件的自動(dòng)監(jiān)視記錄發(fā)現(xiàn)，380V電機(jī)的自行啟動(dòng)不是由SCS系統(tǒng)的控制指令造成的，即380V電機(jī)失控的原因不是因DCS系統(tǒng)組態(tài)控制邏輯的不正確引起的。23電氣380 V開(kāi)關(guān)裝置的可靠性造成DCS控制下380V電機(jī)失控的另一個(gè)可能原因是電氣380V開(kāi)關(guān)裝置的控

10、制回路有問(wèn)題。由于電氣380V開(kāi)關(guān)裝置的控制回路中也設(shè)計(jì)有電氣聯(lián)鎖功能，所以當(dāng)這些回路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試工作中存在不合理或不完善的地方，就可能造成DCS控制下380V電機(jī)失控現(xiàn)象發(fā)生。通過(guò)對(duì)電氣380V開(kāi)關(guān)裝置的全面檢查和試驗(yàn)，也排除了電氣380V開(kāi)關(guān)裝置控制回路的問(wèn)題。24電氣與熱工接口回路干擾影響試驗(yàn)通過(guò)前3個(gè)環(huán)節(jié)的檢查和分析表明，380V電機(jī)的自行啟動(dòng)與當(dāng)時(shí)其他設(shè)備的啟停有一定的聯(lián)系。鑒于送風(fēng)機(jī)油站油泵自啟動(dòng)的頻率最高，所以對(duì)送風(fēng)機(jī)油站油泵進(jìn)行干擾影響試驗(yàn)：（1）在2臺(tái)送風(fēng)機(jī)油站4臺(tái)油泵均停的狀態(tài)下，從DCS系統(tǒng)的操作員站上啟動(dòng)停止送風(fēng)機(jī)A的1號(hào)油泵，測(cè)試其他3臺(tái)油泵情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，

11、當(dāng)停止1號(hào)油泵時(shí)，其他3臺(tái)油泵均有受干擾而隨機(jī)自啟動(dòng)現(xiàn)象。（2）在送風(fēng)機(jī)油站處就地啟停1號(hào)油泵，同樣發(fā)現(xiàn)其他3臺(tái)油泵受干擾而隨機(jī)自啟動(dòng)現(xiàn)象。（3）將DCS系統(tǒng)輸出端子單元上控制4臺(tái)油泵啟動(dòng)的固態(tài)繼電器拆除3個(gè)，僅留控制1號(hào)油泵啟動(dòng)的固態(tài)繼電器。然后在電氣開(kāi)關(guān)裝置處按動(dòng)另外3臺(tái)油泵的分閘繼電器，1號(hào)油泵發(fā)生自啟動(dòng)現(xiàn)象。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，自啟動(dòng)不是DCS系統(tǒng)內(nèi)部受干擾發(fā)出啟動(dòng)指令，而是DCS系統(tǒng)至電氣開(kāi)關(guān)裝置的接口回路受干擾造成的。主要原因是電氣與熱工接口回路設(shè)計(jì)存在不合理的地方，抗干擾能力差，完善電氣與熱工接口回路技術(shù)是解決380V電機(jī)失控的關(guān)鍵。3DCS系統(tǒng)與電氣裝置的接口技術(shù)31DCS系統(tǒng)的

12、控制輸出接口卡件311輸出接口卡件的型號(hào)和工作原理SCS系統(tǒng)與電氣裝置的接口卡件均選用INFI-90的DSO 04型數(shù)字輸出子模件。該模件與INFI-90系統(tǒng)主模件連接，主模件執(zhí)行控制功能，子模件提供數(shù)字輸出。圖2說(shuō)明了INFI-90系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊級(jí)和DSO模件在其中的位置和作用。圖2DSO 04型數(shù)字輸出子模件在INFI-90通訊級(jí)中位置DSO 04型輸出接口卡件適用于24VDC的開(kāi)關(guān)控制回路，每塊卡件共有16路數(shù)字輸出，均為集電極開(kāi)路輸出。312接口卡件的端子單元由于DCS系統(tǒng)控制低壓電機(jī)的接口電路原設(shè)計(jì)是110V DC工作電源，并且負(fù)載容量比較大，所以用DSO 04型接口卡件上的集電極開(kāi)路

13、輸出回路是不能直接驅(qū)動(dòng)的。為此，選用NTDO 02型端子單元(TU)作為DSO 04接口卡的端子單元。每塊NTDO 02型端子單元上有8個(gè)固態(tài)繼電器。青山熱電廠300 MW機(jī)組是選用ODC-24A型固態(tài)繼電器，驅(qū)動(dòng)電壓24V DC，輸出耐壓125 V DC，接點(diǎn)容量為1A。每塊DSO 04型接口卡連接兩塊NTDO02型端子單元，DSO 04接口卡上的每路集電極開(kāi)路輸出控制對(duì)應(yīng)的固態(tài)繼電器；固態(tài)繼電器又控制低壓開(kāi)關(guān)裝置的接口繼電器；從而實(shí)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)對(duì)低壓電機(jī)的啟?？刂乒δ?。32低壓電氣開(kāi)關(guān)裝置321380V開(kāi)關(guān)裝置的型號(hào)和結(jié)構(gòu)青山熱電廠300 MW機(jī)組的380V開(kāi)關(guān)裝置是采用GCK1IEC-

14、439NEMAICS2-232型低壓控制柜，其控制回路電源為110V DC，合閘控制回路以延時(shí)繼電器作為接口控制繼電器，分閘控制回路采用普通繼電器作為接口控制繼電器。322合閘控制回路延時(shí)繼電器合閘控制回路采用的BZS-17型延時(shí)中間繼電器是BZS-10系列延時(shí)中間繼電器中的返回延時(shí)中間繼電器，其工作原理如圖3所示。電源電壓加在211、121端子上，外部控制觸點(diǎn)加在128、218端子上。當(dāng)外部控制觸點(diǎn)閉合，繼電器處于動(dòng)作狀態(tài)；當(dāng)外部控制觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，繼電器通過(guò)RC延時(shí)電路延時(shí)返回。圖3BZS-17型延時(shí)中間繼電器工作原理示意圖33接口回路抗干擾能力分析由BZS-17型延時(shí)中間繼電器的工作原理可知

15、，它的延時(shí)返回功能是通過(guò)晶體管電路實(shí)現(xiàn)的。這種方式具有延遲時(shí)間準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。但是由于外部控制接點(diǎn)所直接控制的器件是晶體三極管，所以控制觸發(fā)的能量需要很小。一般晶體三級(jí)管的基極電流只需3080A就可使其導(dǎo)通，相當(dāng)于電壓驅(qū)動(dòng)型器件，所以抗干擾能力很弱。同時(shí)，INFI-90分散控制系統(tǒng)SCS系統(tǒng)的控制輸出接口元件采用的固態(tài)繼電器，其最后輸出級(jí)器件實(shí)質(zhì)是可控硅，而不是干接點(diǎn)。其開(kāi)路時(shí)等效電路只是一個(gè)高阻器件，可以形成漏電流。因此，當(dāng)這兩者構(gòu)成系統(tǒng)后抗干擾能力更弱。34接口回路干擾情況分析由于低壓開(kāi)關(guān)柜的合閘回路采用晶體管延時(shí)繼電器作為接口繼電器，所以雖然繼電器工作電壓是110V DC，但是其

16、與DCS系統(tǒng)的接口回路控制電壓是15V DC。然而分閘回路采用普通繼電器，其與DCS系統(tǒng)的接口回路控制電壓是110V DC。由于DCS系統(tǒng)控制低壓開(kāi)關(guān)裝置的接口回路的啟動(dòng)停止信號(hào)是共用一根相互之間無(wú)屏蔽層的多芯電纜，所以造成弱電和強(qiáng)電回路同處一根電纜相互影響的情況。同時(shí)，由于分閘繼電器是普通繼電器，所以對(duì)控制接口回路而言是感性負(fù)載。感性負(fù)載在回路斷開(kāi)時(shí)的特性是：i（0）i（0）因此，當(dāng)DCS系統(tǒng)的控制接口卡的固態(tài)繼電器斷開(kāi)后，分閘繼電器將向回路釋放能量，產(chǎn)生很高的電壓。由33分析可知合閘繼電器接口控制電路的晶體三級(jí)管是電壓驅(qū)動(dòng)器件，無(wú)需什么能量?，F(xiàn)在啟動(dòng)停止共用一根無(wú)屏蔽電纜，必然使分閘回路釋

17、放的高電壓直接干擾合閘回路，從而造成電機(jī)自啟動(dòng)現(xiàn)象。此外，由于發(fā)電廠是屬于電磁干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，所以弱電微能量驅(qū)動(dòng)回路顯然是極易受到電磁場(chǎng)的干擾。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在DCS系統(tǒng)至電氣裝置的接口回路上有時(shí)會(huì)有上百伏的交流感應(yīng)電壓。這些交流感應(yīng)電壓完全可以在DCS系統(tǒng)至電氣開(kāi)關(guān)裝置的接口回路上形成觸發(fā)晶體三級(jí)管的能量。所以，當(dāng)橫向干擾形式觸發(fā)晶體三級(jí)管的時(shí)間與晶體三級(jí)管T6周期性地導(dǎo)通時(shí)間同步時(shí)就造成繼電器ZJ的誤動(dòng)，從而造成DCS控制下380V電機(jī)的自啟動(dòng)。4解決失控問(wèn)題的對(duì)策由上述分析可知，青山熱電廠300 MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)控制下380V電機(jī)失控的根本原因是電氣與熱工接口技術(shù)的不完善：(1)合閘

18、回路的中間繼電器采用弱電壓微能量驅(qū)動(dòng)的晶體管延時(shí)繼電器；(2)未對(duì)分閘回路的繼電器釋放能量采取措施；(3)DCS系統(tǒng)與低壓電氣開(kāi)關(guān)裝置接口強(qiáng)電弱電回路設(shè)計(jì)采用抗干擾能力很弱的無(wú)屏蔽公共電纜；(4)INFI-90分散控制系統(tǒng)SCS系統(tǒng)的控制輸出卡件的固態(tài)繼電器輸出器件與電氣裝置的BZS-17型延時(shí)中間繼電器構(gòu)成的控制回路配置更使抗干擾能力降低。針對(duì)青山熱電廠現(xiàn)有系統(tǒng)的特點(diǎn)并考慮施工可行性和系統(tǒng)的可靠性，提出了以下技術(shù)改進(jìn)措施：（1）在低壓電氣開(kāi)關(guān)裝置分閘繼電器處加裝合適的二極管，吸收繼電器斷開(kāi)時(shí)釋放的能量，降低干擾源。該措施對(duì)同一電纜中的自身干擾有較顯著的效果，但不能消除外界來(lái)的干擾造成的自啟動(dòng)

19、現(xiàn)象；（2）在SCS系統(tǒng)與電氣裝置控制回路的電氣低壓開(kāi)關(guān)裝置側(cè)加裝110V DC強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)的中間繼電器。由于該類(lèi)中間繼電器是屬于能量驅(qū)動(dòng)型器件，所以SCS系統(tǒng)與電氣裝置控制回路上由于干擾而產(chǎn)生的交流感應(yīng)電壓是不能使其動(dòng)作的。同時(shí)，中間繼電器安裝在電氣低壓開(kāi)關(guān)裝置側(cè)，與BZS-17型延時(shí)中間繼電器的回路很短，不容易受到電磁干擾。采用上述兩條切實(shí)可行的技術(shù)措施后，不但大幅度降低了自身的干擾源，而且大幅度提高了SCS系統(tǒng)與電氣裝置控制回路的抗干擾能力。5改進(jìn)后效果通過(guò)實(shí)施上述技術(shù)措施后，青山熱電廠300 MW機(jī)組在機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試和試運(yùn)期間再未發(fā)生低壓電機(jī)失控現(xiàn)象，保證了機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試和試運(yùn)順利進(jìn)行。在青山熱電廠300MW機(jī)組移交生產(chǎn)后近兩年的試生產(chǎn)和