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摘 要：ABB UNITROL 6800擁有多重冗余和多CPU配置，通道最大可達(dá)三通道。整個(gè)控制系統(tǒng)配有兩套恒機(jī)端電壓控制（AVR）、兩套恒勵(lì)磁電流控制（FCR）和一套備用恒勵(lì)磁電流控制（BFCR），高冗余度的設(shè)計(jì)和彼此間的合理切換大大地提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性，但ABB
UNITROL 6800勵(lì)磁系統(tǒng)測(cè)量板（CCM）本身存在一個(gè)概率極小的故障，且動(dòng)作權(quán)限最高，一旦發(fā)生，將直接導(dǎo)致機(jī)組跳閘。介紹了一種有效避免因CCM板故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘的優(yōu)化方案。 關(guān)鍵詞：勵(lì)磁系統(tǒng)；測(cè)量板（CCM）；極小概率故障；機(jī)組跳閘 引言 ABB UNITROL 6800自2003年開始研發(fā)，2007年首先應(yīng)用于德國(guó)市場(chǎng)，且2011年起在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。UNITROL 6800擁有多重冗余和多CPU配置的設(shè)計(jì)，最大可以達(dá)到三通道配置。整個(gè)控制系統(tǒng)將擁有兩套恒機(jī)端電壓方式（AVR）、兩套恒勵(lì)磁電流方式（FCR）和一套備用恒勵(lì)磁電流方式（BFCR），彼此間具有科學(xué)合理的切換邏輯，高冗余度的設(shè)計(jì)大大地提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。每個(gè)通道都配有獨(dú)立的內(nèi)部故障信號(hào)輸出口（DO點(diǎn)）和外部故障信號(hào)輸入口（DI點(diǎn)），但是此兩種信號(hào)具備最高動(dòng)作權(quán)限，一旦信號(hào)動(dòng)作將直接導(dǎo)致機(jī)組跳閘。本文將結(jié)合ABB
UNITROL 6800在國(guó)內(nèi)一些電廠現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)內(nèi)部故障信號(hào)輸出口（DO點(diǎn)）和外部故障信號(hào)輸入口（DI點(diǎn)）兩種信號(hào)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。1、ABB勵(lì)磁系統(tǒng)板卡介紹 ABB UNITROL 6800共配置5種板卡，分別為PEC800（主控板）、CCM（測(cè)量板）、BU（后備手動(dòng)板）、CCI（整流橋控制板）、CIO（輸入輸出板）。如圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)板卡系統(tǒng)圖所示
圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)板卡系統(tǒng)圖 1.1板卡功能介紹及故障切換邏輯說(shuō)明 1.1.1 板卡功能介紹 ABB UNITROL 6800最高可配置3個(gè)通道，8塊CCI整流橋控制板，8塊CIO輸入輸出板。 通道一和通道二由PEC800（主控板）、CCM（測(cè)量板）組成，控制方式具備恒機(jī)端電壓控制（AVR）和恒勵(lì)磁電流控制（FCR）。當(dāng)通道一為主通道時(shí)，通道二便作為備用通道，反之亦然。通道三由BU（后備主控板）組成，控制方式僅有恒勵(lì)磁電流控制（FCR）。 CCI整流橋控制板主要負(fù)責(zé)接收主通道的觸發(fā)脈沖指令，對(duì)整流橋輸出電壓、電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)整流橋的運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)視、保護(hù)。 CIO輸入輸出板主要負(fù)責(zé)處理數(shù)字量、模擬量輸入輸出信號(hào)，信號(hào)用于內(nèi)部邏輯控制。 1.1.2 板卡故障切換邏輯說(shuō)明 表1為板卡故障切換邏輯說(shuō)明表。其中，板卡故障邏輯以通道一作為主通道，通道二、BU作為備用通道，4塊CCI整流橋控制板的配置進(jìn)行說(shuō)明。
表1 板卡故障切換邏輯說(shuō)明表 2、CCM板導(dǎo)致機(jī)組跳閘的案例分析 2.1 事件一、CCM內(nèi)部故障輸出信號(hào)誤動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組跳閘 2.1.1 事故概述 L電廠在2015年12月18日13點(diǎn)06分，#1機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)第一套保護(hù)裝置突然動(dòng)作，引起機(jī)組跳閘。跳機(jī)前#1機(jī)組負(fù)荷為410MW，機(jī)端電壓20.72KV，勵(lì)磁電壓287.978V，勵(lì)磁電流2674A，機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)未見異常。 跳機(jī)后發(fā)現(xiàn)第一套發(fā)電機(jī)保護(hù)出口繼電器動(dòng)作，非電量保護(hù)指示燈亮（即表示保護(hù)因收到外部故障信號(hào)后裝置動(dòng)作，非保護(hù)裝置本身電氣量動(dòng)作）。第一套發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置事件記錄顯示13：06：03.164 收到勵(lì)磁系統(tǒng)故障信號(hào)，13：06：03.217發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘， 13：06：03.222勵(lì)磁系統(tǒng)故障信號(hào)消失（持續(xù)58ms）。但第二套發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置無(wú)任何報(bào)警和繼電器動(dòng)作。勵(lì)磁裝置停機(jī)，滅磁開關(guān)分閘，有故障報(bào)警，事件記錄13：06：03.293顯示勵(lì)磁系統(tǒng)收到外部跳閘信號(hào)。因此，第一套發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置首先收到勵(lì)磁系統(tǒng)故障信號(hào)動(dòng)作，由出口繼電器再發(fā)external trip給勵(lì)磁裝置。即本次#1機(jī)組跳機(jī)由勵(lì)磁系統(tǒng)故障引發(fā)。2.1.2 事故分析 勵(lì)磁系統(tǒng)故障記錄僅收到發(fā)電機(jī)保護(hù)的外部跳閘信號(hào)（external trip），并未出現(xiàn)裝置內(nèi)部故障的信號(hào)，因此排查范圍縮小為勵(lì)磁裝置內(nèi)部故障出口信號(hào)到發(fā)電機(jī)保護(hù)的回路。根據(jù)圖3 勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部故障信號(hào)回路所示，K290為內(nèi)部故障動(dòng)作繼電器，K293為通道故障繼電器，A11\A21\A30為CCM板內(nèi)部故障輸出信號(hào)點(diǎn)。
通過排查，證明繼電器K290、K293線圈、觸點(diǎn)都為正常，勵(lì)磁裝置至發(fā)電機(jī)保護(hù)屏的電纜接線、絕緣也都為正常。最終將故障點(diǎn)范圍縮小至A11\A21\A30三塊卡件的信號(hào)輸出點(diǎn)。 在1月中旬，為卡件A11，A21和A30的輸出通道分別加裝信號(hào)監(jiān)視繼電器，因?yàn)橹皟?nèi)部故障信號(hào)持續(xù)時(shí)間僅為58ms，因此信號(hào)監(jiān)視選用了帶有自保持功能的繼電器，觀察是否存在卡件通道誤輸出的現(xiàn)象。終于在2月15日上午， #1機(jī)運(yùn)行中，觀察到卡件A11輸出通道的信號(hào)監(jiān)視繼電器動(dòng)作，而勵(lì)磁裝置本身無(wú)任何故障報(bào)警，說(shuō)明該卡件通道的信號(hào)輸出為非正常輸出。 由此可以判定本次#1機(jī)組跳機(jī)的根本原因?yàn)锳BB勵(lì)磁裝置CCM板（編號(hào)：A11）工作不穩(wěn)定導(dǎo)致通道端口誤輸出信號(hào)引起勵(lì)磁裝置出口繼電器K290誤動(dòng)，從而導(dǎo)致第一套發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置動(dòng)作出口跳閘。2.2 事件二、CCM外部故障輸入信號(hào)誤動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組跳閘 2.2.1 事故概述 P電廠在2015年12月14日，#1機(jī)組負(fù)荷為580MW，機(jī)端電壓20.72KV，勵(lì)磁電壓430V，勵(lì)磁電流4330A，在發(fā)電機(jī)保護(hù)未動(dòng)作的情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)突然收到了外部故障信號(hào)（external trip）后，發(fā)出跳滅磁開關(guān)指令，#1機(jī)組跳閘。2.2.2 事故分析 勵(lì)磁系統(tǒng)故障記錄顯示，僅通道2的CCM板接收到了外部故障信號(hào)（external
trip），時(shí)間持續(xù)8ms。通道1和通道3未接收到了外部故障信號(hào)（external trip）。根據(jù)圖4 勵(lì)磁系統(tǒng)外部故障信號(hào)信號(hào)回路及故障報(bào)警矩陣圖所示，A11/A21/A30卡件的外部故障輸入信號(hào)點(diǎn)由繼電器K291或K292控制，按照正常邏輯分析，當(dāng)K291或K292動(dòng)作時(shí)，A11/A21/A30的外部故障輸入信號(hào)點(diǎn)應(yīng)同時(shí)動(dòng)作，不會(huì)出現(xiàn)僅有CCM2（編號(hào)：A21）接收到信號(hào)的情況，即CCM2卡件自身誤動(dòng)作。
圖4 勵(lì)磁系統(tǒng)外部故障信號(hào)信號(hào)回路及故障報(bào)警矩陣圖 由此可以判定本次#1機(jī)組跳機(jī)的根本原因?yàn)锳BB勵(lì)磁裝置CCM板（編號(hào)：A21）工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部邏輯認(rèn)為接收到了發(fā)電機(jī)保護(hù)的外部故障信號(hào)（external
trip），由于在軟件程序中，外部故障信號(hào)（external trip）定義為直接跳閘（Trip1），最終造成了機(jī)組跳閘。3、CCM板設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化方案 根據(jù)事件一和事件二兩個(gè)案例可以看出，ABB UNITROL 6800勵(lì)磁系統(tǒng)測(cè)量板（CCM）輸入輸出點(diǎn)在機(jī)組和勵(lì)磁裝置沒有任何故障的情況下，自身會(huì)誤動(dòng)作。雖然此故障的出現(xiàn)的概率極小，但是一旦發(fā)生，將直接導(dǎo)致機(jī)組跳閘。3.1 CCM板信號(hào)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 根據(jù)圖5 CCM板信號(hào)分布圖所示，每塊CCM板都可編譯6個(gè)輸入信號(hào)（DI點(diǎn)）和3個(gè)輸出信號(hào)（DO點(diǎn)），其中DO2為內(nèi)部故障輸出信號(hào)，DI6為外部故障輸入信號(hào)。因此，每個(gè)通道都有自己獨(dú)立的內(nèi)部故障輸出信號(hào)和外部故障輸入信號(hào)。
圖5 CCM板信號(hào)分布圖 3.2 CCM板內(nèi)部故障輸出信號(hào)優(yōu)化方案 根據(jù)圖6 修改前后回路對(duì)比圖所示，在修改前的內(nèi)部故障回路中，CCM1/CCM2/CCM3任何一個(gè)信號(hào)動(dòng)作，都將驅(qū)動(dòng)K290內(nèi)部故障動(dòng)作繼電器。這種設(shè)計(jì)具備高靈敏性，當(dāng)故障一發(fā)生，便能在第一時(shí)間切除故障。但是當(dāng)出現(xiàn)《事件一》中的現(xiàn)象時(shí)，這種設(shè)計(jì)就缺乏足夠的抗干擾性，容易導(dǎo)致機(jī)組誤跳閘。
圖6修改前后回路對(duì)比圖 為了既能保證內(nèi)部故障跳閘邏輯的靈敏性，又能提高抗干擾性，可以在內(nèi)部故障回路中，新增了2個(gè)CIO信號(hào)點(diǎn)，并將軟件程序CIO3和CIO5的DO點(diǎn)定義為“Trip1FaultStatus”，如圖7 CIO板DO程序。
圖7 CIO板DO程序 根據(jù)如圖8 優(yōu)化后內(nèi)部故障跳閘邏輯圖所示，必須滿足CCM1/CCM2/CCM3任一信號(hào)與CIO3/CIO5任一信號(hào)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，才能驅(qū)動(dòng)K290繼電器。新增2個(gè)CIO板的信號(hào)點(diǎn)，一方面可以避免因?yàn)镃CM板信號(hào)點(diǎn)誤動(dòng)作而導(dǎo)致機(jī)組誤跳閘的情況。另一方面使用2個(gè)CIO板可以保證真的發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，不會(huì)因?yàn)橐粔KCIO板故障而發(fā)生無(wú)法跳閘的情況。
圖8 優(yōu)化后內(nèi)部故障跳閘邏輯圖 3.3 CCM板外部故障輸入信號(hào)優(yōu)化方案 根據(jù)圖9 外部故障跳閘回路圖所示，K291/K292為外部故障動(dòng)作繼電器，繼電器信號(hào)分別用于硬件回路和軟件回路。其中，在硬件回路中，K291/K292直接驅(qū)動(dòng)滅磁開關(guān)的跳閘線圈1和線圈2動(dòng)作。在軟件回路中，K291/K292將外部故障信號(hào)送至CCM板的DI點(diǎn)，由軟件程序發(fā)出跳閘指令。
圖9 外部故障跳閘回路圖 這種硬件和軟件組合的雙重設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)勵(lì)磁系統(tǒng)跳閘回路動(dòng)作的可靠性。但是當(dāng)出現(xiàn)《事件二》中的現(xiàn)象時(shí)，這種設(shè)計(jì)就缺乏足夠的抗干擾性，容易導(dǎo)致機(jī)組誤跳閘。為了能提高外部故障跳閘回路的抗干擾性的同時(shí)，保證其可靠性，可以修改外部故障信號(hào)（external trip）在軟件內(nèi)部的故障信號(hào)等級(jí)。主要的故障等級(jí)分別有Trip1（直接跳閘）、Channel Fault（通道故障）、Alarm（報(bào)警）。 Trip1（直接跳閘）：直接由收到信號(hào)的通道發(fā)出跳閘指令 Channel Fault（通道故障）：先通道切換，待通道冗余為零后，發(fā)出跳閘指令 Alarm（報(bào)警）：?jiǎn)渭儓?bào)警，無(wú)其他動(dòng)作邏輯
顯然，對(duì)于Trip1（直接跳閘）具備最高的動(dòng)作權(quán)限，但會(huì)因?yàn)镃CM板的問題，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)誤跳閘的情況。對(duì)于Channel Fault（通道故障）、Alarm（報(bào)警）需根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的一次接線來(lái)選擇。 如圖10自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)圖所示，自并勵(lì)系統(tǒng)是指勵(lì)磁系統(tǒng)功率橋的電源由發(fā)電機(jī)機(jī)端直接提供。如圖11他勵(lì)系統(tǒng)圖所示，他勵(lì)系統(tǒng)是指勵(lì)磁系統(tǒng)功率橋的電源由其他電源（如6kV母線）提供。
圖10自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)圖
圖11他勵(lì)系統(tǒng)圖 在自并勵(lì)系統(tǒng)的回路中，勵(lì)磁系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的回路分?jǐn)喙δ埽荒芤揽繙绱砰_關(guān)完成。因此為了保證滅磁回路可靠的動(dòng)作，應(yīng)該繼續(xù)考慮使用硬件和軟件組合的設(shè)計(jì)，但是外部故障信號(hào)（external trip）的故障等級(jí)可以選擇Channel Fault（通道故障），如圖12 故障矩陣圖所示。當(dāng)CCM信號(hào)點(diǎn)誤動(dòng)作時(shí)候，勵(lì)磁系統(tǒng)會(huì)選擇先切換通道，而不是直接跳閘。這樣的設(shè)計(jì)可以避免機(jī)組出現(xiàn)誤跳閘的情況。
圖12 故障矩陣圖 在他勵(lì)系統(tǒng)回路中，勵(lì)磁系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的回路分?jǐn)喙δ?，可以由滅磁開關(guān)或者勵(lì)磁變6kV開關(guān)完成。當(dāng)發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作后，外部故障跳閘將同時(shí)發(fā)至滅磁開關(guān)和勵(lì)磁變6kV開關(guān)。 考慮到硬件回路的設(shè)計(jì)已經(jīng)具備滅磁回路可靠動(dòng)作的能力，因此，外部故障信號(hào)（external trip）的故障等級(jí)可以選擇Alarm（報(bào)警），如圖13 故障矩陣圖所示。當(dāng)CCM信號(hào)點(diǎn)誤動(dòng)作時(shí)候，勵(lì)磁系統(tǒng)只發(fā)出報(bào)警信號(hào)，不會(huì)有其他的動(dòng)作邏輯。相比Channel Fault（通道故障）的設(shè)計(jì)，Alarm（報(bào)警）還可以再避免一次無(wú)必要的通道切換邏輯，能更好的保證機(jī)組運(yùn)行的可靠性。
圖13 故障矩陣圖 4、結(jié)論 ABB UNITROL 6800的總體設(shè)計(jì)具有很高的冗余度，當(dāng)某一塊板卡出現(xiàn)故障時(shí)候，勵(lì)磁系統(tǒng)依然可以保證機(jī)組安全運(yùn)行。但是，有一些故障信號(hào)具備直接跳閘的權(quán)限，一旦此類信號(hào)不正常動(dòng)作時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)將直接發(fā)出跳閘指令，導(dǎo)致機(jī)組誤跳閘。那么，就算ABB勵(lì)磁系統(tǒng)的切換邏輯具有高冗余度，也無(wú)法避免此類跳閘事故。 本文對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)故障跳閘的軟件和硬件進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，L電廠和P電廠采用本文中的優(yōu)化方案后，至今為止，勵(lì)磁系統(tǒng)再無(wú)發(fā)生之前誤跳閘事故。此優(yōu)化方案在保證原先設(shè)計(jì)可靠性的同時(shí)，又提高了抗干擾性，有效地避免了因CCM板卡非正常動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生誤跳閘的情況。
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