魏巍 李明

摘要：通过对6B级燃机控制系统硬件及内部逻辑进行排查分析，辨别汇总通讯故障时出现的现象，提出解决故障的方法，为燃机机组安全稳定运行提供建议和帮助。

关键词：燃机;逻辑;通讯故障;配置;稳定运行

中图分类号：TM611.2                                文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）11-0186-02

1  机组情况

某燃机电厂一台6B型燃气-蒸汽联合循环发电机组，燃机功率力为42MW（设计工况），燃机由一台17级的轴流式压气机、10个低NOX燃烧器组成的燃烧系统、一台3级透平和有关辅助系统组成。燃气轮机额定转速5163r/min，通过减速齿轮箱将转速降至3000r/min，带动发电机运行。控制系统采用3冗余配置。机组于2007年投产，2014年进行DLN改造，运行情况基本良好。随着时间的推移，燃机控制系统部分设备老化，燃机运行中的不确定性因素增加，机组运行过程中曾出现过由于燃机通讯故障间接导致的机组非计划停运，通过对机组运行期间异常情况和机组事件案例进行总结分析，此次非停是由于S控制器通讯故障并且R控制器或T控制器出现数据波动导致。为了降低机组非停概率，重点对燃机控制系统硬件结构、通讯故障时的现象、分析解决通信故障的方法等进行归纳探讨，消除燃机的安全隐患，便于确认排查故障方向。

2  6B型燃机控制系统配置简述

2.1 控制系统数据通讯网络

控制系统设置有三级数据通讯网络：PDH 网、UDH 网和IONET网。

PDH 网是系统用来与电厂离散控制系统（DCS）或者第三方设备之间进行数据通讯的途径。

UDH是基于Ethernet 网络，它提供燃机控制器、汽机控制器、余热锅炉控制器、发电机励磁控制器、静态启动器、PLCs 之间高速的端与端对等通讯。

IONET是以EthernetTM为基础的用于控制器内三个控制处理器、三个保护模块以及扩展模块间通讯的网络，该网络也是三冗余的。IONET使用的是ADL对控制器数据进行表决。

2.2 控制系统硬件配置

控制系统采用3冗余控制模块以及3冗余P保护处理器（X、Y、Z保护模块），R、S、T控制模块都采用了21 槽标准的VME型机架，在第一个槽上有一个VCMI 通讯卡，它负责与VME底版上的I/ O 卡件进行通讯，并与其它控制模块的VCMI卡交换数据，对数据进行表决;表决得到的数据被传输到位于第二槽的主控制器上;其他卡件，由于6B机组的测点数量与分布情况等因素，部分数据并未进行完全三冗余配置，因此有些I/ O 卡件采用简化型卡件配置。

6B机组常见的简化型卡件有VCMI卡、VRTD卡、VTCC卡等。常见的未完全冗余的测点有轮间温度热电偶、排气热电偶、燃机回油温度、发电机定子热电阻、压气机进口热电偶等。

3  机组通讯故障现象与分析

3.1 通讯故障异常现象汇总

3.1.1 事件1故障现象

①2019年11月14日，燃机出现异常报警信息：

1）<R> SLOT 1 VCMI模块通讯卡诊断报警;

2）<S> SLOT 1 VCMI模块通讯卡诊断报警;

3）<T> SLOT 1 VCMI模块通讯卡诊断报警;

4）<Y> VPRO模块保护卡诊断报警;

5）<S> SLOT 21 VTCC 模块热电偶卡诊断报警;

6）<S> SLOT 10 VTUR DIAGNOSTIC ALARM（S模块透平控制卡诊断报警）;

7）轮级间温度差异高;

8）排气热电偶卡件通讯故障;

9）S模块通讯卡I/O状态交换失败。

②异常报警出现的同时，操作站监视画面上出现部分数据为零，包括：1）4个轮级间热电偶测量数据变为0;2）6个排气热电偶数据变为0;3）燃机二瓦回油热电偶1个数据变为0;4）13个发电机定子热电阻数据变为0。

在燃机运行过程中，以上报警信息一直是不定期出现，报警状态短暂保持后又会自动消除，其中2019年11月14日报警持续12分钟，2019年12月7日报警持续6分钟，2019年12月12日报警持续3分钟，2019年12月13日报警持续3分钟。在近期报警频繁多次出现，持续时间最长的是12分钟。

3.1.2 事件2故障现象

①2021年2月4日，燃机出现异常报警信息：

1）<R> SLOT 1 VCMI R模块通讯卡诊断报警。

2）<T> SLOT 1 VCMI T模块通讯卡诊断报警。

3）主保护启动检查ETR故障。

4）滑油回油与滑油温差高高报警。

5）滑油回油与滑油温差高报警。

6）壓气机进口热电偶不一致。

7）轮级间温度差异高。

8）排气热电偶卡件通讯故障。

9）V S模块通讯卡I/O状态交换失败。

②异常报警出现的同时，操作站监视画面上出现部分数据为-17，并持续了2小时左右，包括：1）4个轮级间热电偶;26个排气热电偶;3）燃机二瓦回油热电偶1个;4）13个发电机定子热电阻;5）1支压气机进口热电偶。

通过以上异常现象，结合6B型燃机机组的非完全3冗余的特殊性，初步判断是网络通讯问题引起的，以上是故障时刻出现的典型的报警汇总。下面就异常报警的产生进行分析，并排查引起网络通讯问题的原因。

3.2 通讯故障事件分析

首先以上现象看，报警时刻<S>机架通讯确实存在异常，由于系统配置三冗余功能，数据3取2的机制，机组<S>模块上的三冗余数据中异常数据会被系统的容错功能隐藏而不被显示出来，但是该模块上的单一信号（非完全冗余部分）如所有的热电偶和热电阻，就会直接显示出数据异常，这样一来，<S>模块上的热电偶卡件、热电阻卡件会出现诊断报警，大量相关报警如滑油回油与滑油温差高报警、轮级间温度差异高、压气机进口热电偶不一致等报警也会被报出，也会出现一些诊断报警如排气热电偶卡件通讯故障、S机架通讯卡I/O状态交换失败等（举例图1、图2）。

3.3 通讯故障排查与探讨k tfj

通讯网络问题排查方向确认，因操作站监控画面的数据包括程序内数据都是来自控制系统的控制器，控制器的数据输入和输出，都是通过通讯卡进行传递，通讯卡作为I/O卡和控制器之间的数据桥梁。通过检查排除能引起桥梁数据丢失的，初步可判断在通讯板卡、机架电源、通讯电缆上。

辨别通讯板卡是否故障可在通讯异常时刻通过查看<S>机控制器内部程序，控制器数据是通过<S>机通讯卡读取到IO数据的，若在工程师站软件上能读到<S>机数据，说明<S>机IO板卡无异常，通讯板卡与控制器数据交换无异常。若在工程师站软件上读不到<S>机数据，说明<S>机通讯板卡与控制器数据交换异常，如此故障可更换<S>机VCMI通讯板卡解决。

如若<S>;机通讯卡无异常，需进一步排查机架电源。排查<S>机机架电源可查看程序中VCMI通讯卡内的诊断报警，若卡内发出125V控制电压越线诊断报警，分析可能是<S>机处理器电源转换模块元件性能不稳定，瞬间输出高电压和浪涌电压、浪涌电流导致VCMI卡件失效，从而导致通讯故障。此种情况，在排除外部因数影响的情况下，可通过更换机架电源解决这类问题。如若未出现相关诊断报警，可排除电源机架的因数，需进一步进行排查。

若排除了VCMI通讯板卡与机架电源导致通信故障，应重点检查IONET通讯网上的通讯电缆。本台机组出现通讯异常的为<S>机数据，亦排除了VCMI通讯板卡与机架电源的可能，<S>机通讯网络为IONET2，IONET2通讯网络共有3条同轴电缆及2个终端电阻组成，<S>机通讯卡至<R>机通讯卡一条，<R>机通讯卡至<T>机通讯卡一条，<S>机通讯卡至<Y>模块一条，IONET2网络<T>机与<Y>模块配有终端电阻，通过检查排除了同轴电缆存在故障的可能，终端电阻阻值为50欧姆也正常，但触碰<Y>模块IONET2网络终端电阻同时观测程序时发现<S>机数据通讯异常，再次触碰时数据又恢复正常，更换其他终端电阻，进行转动测试未在出现通讯异常现象。更换终端电阻后起机运行，机组再未出现上述报警，机组多年的通讯问题得到了解决。经分解检查，终端电阻出现开焊现象，进行阻值测量无法准确判断其好坏。终端电阻用作吸收信号及回波，而如果阻抗不连续以及不匹配便会产生信号反射，从而对传输信号产生干扰。如果把终端电阻单独加在线上，相当于开环状态，这种连接方式会使单线上阻抗更加不连续，在末端突然变为0，会导致反射成倍增加。故如若排查类似故障时，IONET网络终端电阻也应被重点排查。

4  结语

通过对燃机通讯故障的整理及梳理，了解到6B机组控制系统的内核可能不完整，未完全达到3冗余的设计初衷，在某种特定的情况下，通讯方面不能做到真正的冗余，如若有一路网络出现问题，3取2表决将变成2取1，大大增加了控制系统误动作的可能。因此对燃机运维人员来讲，更深入了解机组各方位的特性，更多的积累分析与处理问题方法变得尤为重要。燃机事业是一项需要长期研究、持续深入的工作，本文通过对排除燃机通讯故障举例分析，希望可以为同类型的机组建设和安全运行提供消除隐患方面的建议和帮助，降低燃机紧急停运故障率，提高机组的运行稳定性。

参考文献：

[1]章素华.燃气轮机发电机组控制系统[M].中国电力出版社，2018.

[2]中国华电集团公司.大型燃气-蒸汽联合循環发电技术丛书控制系统分册[M].中国电力出版社，2015.

[3]朱达.燃气轮机发电机组控制系统典型故障分析与处理[M].中国电力出版社，2019.