1　低压电机失控现象

　　青山热电厂300MW机组的分散控制系统于1996年1月16日开始机柜上电和网络系统恢复。1月22日开始SCS系统的分系统调试。在对SCS系统中的锅炉风烟系统进行调试时，曾几次发生低压电机启动指令与实际启动设备不一致的失控现象。
　　1996年2月24日锅炉冲管结束，SCS系统进入全面分系统调试，被控设备基本全部接入系统。此时，低压电机失控现象明显增加。不但引风机的冷却风机发生失控，且包括关系到机组安全运行的汽轮机交流润滑油泵、发电机氢侧／空侧密封油泵等许多低压电机都发生失控现象。主要表现为这些油泵等在无人对其操作下自行启动起来，这不但给相应系统带来极大的危险，并直接威胁到机组的安全运行。

2　失控原因的检查和分析

　　分散控制系统控制下的380V电机控制方式，根据该控制方式结构，进行失控原因的检查、试验和分析。

2．1　控制要求和接口信号的一致性
　　热工DCS系统和电气380V开关装置之间控制要求和接口信号的一致性是确保DCS控制下的380V电机正常工作的基本条件。为此，热工和电气两个专业人员对热工DCS系统和电气380V开关装置之间控制要求和接口信号的一致性进行了全面的核查。在核查中，未发现导致电机失控的问题。
2．2　DCS系统软件组态控制逻辑正确性
　　DCS系统组态控制逻辑的不正确是造成380V电机在DCS控制下失控的经常性原因之一。为此，对多次自行启动的380V电机的组态控制逻辑进行了全面检查。还用模拟试验的方法，逐个条件、逐个状态地进行试验，确保其控制逻辑的合理，软件组态的正确。但是，380V电机的失控现象依然存在。
　　针对380V电机失控现象的发生完全是随机性的特点，又编制了全程监视380V电机的启停状态、SCS系统的控制指令、联锁保护的各个条件以及操作员的操作等内容的软件。通过软件的自动监视记录发现，380V电机的自行启动不是由SCS系统的控制指令造成的，即380V电机失控的原因不是因DCS系统组态控制逻辑的不正确引起的。
2．3　电气380 V开关装置的可靠性
　　造成DCS控制下380V电机失控的另一个可能原因是电气380V开关装置的控制回路有问题。由于电气380V开关装置的控制回路中也设计有电气联锁功能，所以当这些回路的设计、安装和调试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电机失控现象发生。
　　通过对电气380V开关装置的全面检查和试验，也排除了电气380V开关装置控制回路的问题。
2．4　电气与热工接口回路干扰影响试验
　　通过前3个环节的检查和分析表明，380V电机的自行启动与当时其他设备的启停有一定的联系。
　　鉴于送风机油站油泵自启动的频率最高，所以对送风机油站油泵进行干扰影响试验：
　　（1）在2台送风机油站4台油泵均停的状态下，从DCS系统的操作员站上启动／停止送风机A的1号油泵，测试其他3台油泵情况。试验结果表明，当停止1号油泵时，其他3台油泵均有受干扰而随机自启动现象。
　　（2）在送风机油站处就地启停1号油泵，同样发现其他3台油泵受干扰而随机自启动现象。
　　（3）将DCS系统输出端子单元上控制4台油泵启动的固态继电器拆除3个，仅留控制1号油泵启动的固态继电器。然后在电气开关装置处按动另外3台油泵的分闸继电器，1号油泵发生自启动现象。
　　上述试验结果表明，自启动不是DCS系统内部受干扰发出启动指令，而是DCS系统至电气开关装置的接口回路受干扰造成的。主要原因是电气与热工接口回路设计存在不合理的地方，抗干扰能力差，完善电气与热工接口回路技术是解决380V电机失控的关键。

3　DCS系统与电气装置的接口技术

3．1　DCS系统的控制输出接口卡件
3．1．1　输出接口卡件的型号和工作原理
　　SCS系统与电气装置的接口卡件均选用INFI-90的DSO 04型数字输出子模件。该模件与INFI-90系统主模件连接，主模件执行控制功能，子模件提供数字输出。

　　DSO 04型输出接口卡件适用于24V　DC的开关控制回路，每块卡件共有16路数字输出，均为集电极开路输出。
3．1．2　接口卡件的端子单元
　　由于DCS系统控制低压电机的接口电路原设计是110V DC工作电源，并且负载容量比较大，所以用DSO 04型接口卡件上的集电极开路输出回路是不能直接驱动的。为此，选用NTDO 02型端子单元(TU)作为DSO 04接口卡的端子单元。
　　每块NTDO 02型端子单元上有8个固态继电器。青山热电厂300 MW机组是选用ODC-24A型固态继电器，驱动电压24V DC，输出耐压125 V DC，接点容量为1A。每块DSO 04型接口卡连接两块NTDO　02型端子单元，DSO 04接口卡上的每路集电极开路输出控制对应的固态继电器；固态继电器又控制低压开关装置的接口继电器；从而实现了DCS系统对低压电机的启停控制功能。
3．2　低压电气开关装置
3．2．1　380V开关装置的型号和结构
　　青山热电厂300 MW机组的380V开关装置是采用GCK1　IEC-439　NEMA　ICS2-232型低压控制柜，其控制回路电源为110V DC，合闸控制回路以延时继电器作为接口控制继电器，分闸控制回路采用普通继电器作为接口控制继电器。
3．2．2　合闸控制回路延时继电器
　　合闸控制回路采用的BZS-17型延时中间继电器是BZS-10系列延时中间继电器中的返回延时中间继电器。电源电压加在211、121端子上，外部控制触点加在128、218端子上。当外部控制触点闭合，继电器处于动作状态；当外部控制触点断开时，继电器通过RC延时电路延时返回。

3．3　接口回路抗干扰能力分析
　　由BZS-17型延时中间继电器的工作原理可知，它的延时返回功能是通过晶体管电路实现的。这种方式具有延迟时间准确性、稳定性好的特点。但是由于外部控制接点所直接控制的器件是晶体三极管，所以控制触发的能量需要很小。一般晶体三级管的基极电流只需30～80μA就可使其导通，相当于电压驱动型器件，所以抗干扰能力很弱。
　　同时，INFI-90分散控制系统SCS系统的控制输出接口元件采用的固态继电器，其最后输出级器件实质是可控硅，而不是干接点。其开路时等效电路只是一个高阻器件，可以形成漏电流。因此，当这两者构成系统后抗干扰能力更弱。
3．4　接口回路干扰情况分析
　　由于低压开关柜的合闸回路采用晶体管延时继电器作为接口继电器，所以虽然继电器工作电压是110V DC，但是其与DCS系统的接口回路控制电压是15V DC。然而分闸回路采用普通继电器，其与DCS系统的接口回路控制电压是110V DC。由于DCS系统控制低压开关装置的接口回路的启动／停止信号是共用一根相互之间无屏蔽层的多芯电缆，所以造成弱电和强电回路同处一根电缆相互影响的情况。
　　同时，由于分闸继电器是普通继电器，所以对控制接口回路而言是感性负载。感性负载在回路断开时的特性是：　　

i（0_＋）＝i（0_－）

　　因此，当DCS系统的控制接口卡的固态继电器断开后，分闸继电器将向回路释放能量，产生很高的电压。由3．3分析可知合闸继电器接口控制电路的晶体三级管是电压驱动器件，无需什么能量。现在启动／停止共用一根无屏蔽电缆，必然使分闸回路释放的高电压直接干扰合闸回路，从而造成电机自启动现象。
　　此外，由于发电厂是属于电磁干扰严重的场合，所以弱电微能量驱动回路显然是极易受到电磁场的干扰。实测数据表明，在DCS系统至电气装置的接口回路上有时会有上百伏的交流感应电压。这些交流感应电压完全可以在DCS系统至电气开关装置的接口回路上形成触发晶体三级管的能量。所以，当横向干扰形式触发晶体三级管的时间与晶体三级管T₆周期性地导通时间同步时就造成继电器ZJ的误动，从而造成DCS控制下380V电机的自启动。

4　解决失控问题的对策

　　由上述分析可知，青山热电厂300 MW机组分散控制系统控制下380V电机失控的根本原因是电气与热工接口技术的不完善：(1)合闸回路的中间继电器采用弱电压微能量驱动的晶体管延时继电器；(2)未对分闸回路的继电器释放能量采取措施；(3)DCS系统与低压电气开关装置接口强电／弱电回路设计采用抗干扰能力很弱的无屏蔽公共电缆；(4)INFI-90分散控制系统SCS系统的控制输出卡件的固态继电器输出器件与电气装置的BZS-17型延时中间继电器构成的控制回路配置更使抗干扰能力降低。
　　针对青山热电厂现有系统的特点并考虑施工可行性和系统的可靠性，提出了以下技术改进措施：
　　（1）　在低压电气开关装置分闸继电器处加装合适的二极管，吸收继电器断开时释放的能量，降低干扰源。该措施对同一电缆中的自身干扰有较显著的效果，但不能消除外界来的干扰造成的自启动现象；
　　（2）　在SCS系统与电气装置控制回路的电气低压开关装置侧加装110V DC强电驱动的中间继电器。由于该类中间继电器是属于能量驱动型器件，所以SCS系统与电气装置控制回路上由于干扰而产生的交流感应电压是不能使其动作的。同时，中间继电器安装在电气低压开关装置侧，与BZS-17型延时中间继电器的回路很短，不容易受到电磁干扰。
　　采用上述两条切实可行的技术措施后，不但大幅度降低了自身的干扰源，而且大幅度提高了SCS系统与电气装置控制回路的抗干扰能力。

5　改进后效果

　　通过实施上述技术措施后，青山热电厂300 MW机组在机组整套启动调试和试运期间再未发生低压电机失控现象，保证了机组整套启动调试和试运顺利进行。
　　在青山热电厂300MW机组移交生产后近两年的试生产和正式生产运行期间，DCS控制下低压电机一直工作正常。为机组安全运行提供了保障。
　　在青山热电厂300 MW机组移交生产后同年，武汉钢电有限公司一期工程1号机组的分系统调试阶段，部分DCS控制下的380V电机同样发生失控现象。武汉钢电有限公司一期工程热控系统采用美国西屋公司原装的WDPF分散控制系统，低压电气开关装置也采用BZS-17型延时中间继电器。为此，及时对系统按照青山热电厂300 MW机组的技术措施进行改进，消除了DCS控制下的380 V电机失控现象。

6　结论

　　为提高DCS系统至电气系统回路的抗干扰能力，DCS系统与电气装置之间弱电回路的电缆应采用带屏蔽层的电缆。特别是弱电回路与强电回路不能采用公共电缆，必须采用相互隔离的独立电缆。
　　电气开关控制装置的合闸／分闸控制与DCS系统相连的远方控制信号回路应采用110V DC、220V DC等强电信号回路，以提高抗干扰能力。
　　DCS系统控制下的电气开关控制装置合闸／分闸控制回路采用晶体管型延时中间继电器时，必须采取一定的技术措施，使DCS系统与电气装置之间为强电信号回路，确保控制系统正常工作。
　　随着机组自动化程度的进一步提高，分散控制系统的控制范围将还要扩大，DCS系统与电气系统之间的联系将更加紧密、更加广泛。为此，必须加强对DCS系统与电气系统之间的接口技术的研究工作，使热工与电气进一步协调起来，以确保系统的可靠工作、机组的安全运行。