换流阀冷却系统模块超差等异常报警信号故障处理及原因分析

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中国南方电网超高压输电公司昆明局、国家能源局云南监管办公室的研究人员赵伟杰、罗薇、陈文、甘涛、王小岭，在2021年第3期《电气技术》上撰文，为了解一起换流阀冷却系统模块超差异常报警信号问题，对换流阀冷却系统关于此问题的相关报警进行现场处理、分析、告警信号模拟研究，对本站采用的换流阀冷却系统程序、原理进行检测分析。

研究结果表明，此次换流阀冷却系统的模块超差等异常告警信号是由于直流控制保护系统只检测到换流阀冷却系统上传的跳变信号造成的。当通信故障时恢复告警信号，在恢复通信以后，直流控制保护系统依然检测不到换流阀冷却系统的当前状态，保持原有告警信号的输出。最后结合本次事故处理过程及模块超差等异常报警信号产生的原因给出预防性的措施，为以后特高压换流站在换流阀冷却方面的的安全稳定运维提供借鉴。

换流阀冷却系统是用于给换流阀散热降温的水冷系统。换流阀将热量传递给水使水温上升，升温后的水将热量传递给室外换热设备，室外换热设备最终将热量传递到室外大气。在整个冷却过程中通过数百个传感器监测各类数据，采用可编程逻辑控制器（programmable logic controller, PLC）对数据处理分析控制。

1  故障过程

1）模块超差异常报警

2020年6月25日15:36运行监盘人员发现后台工作站出现众多模块超差报警信号，但阀冷就地控制保护室人机界面没有任何异常报警,告警信号如图1所示。

图1  模块输入输出超差告警信号SRE列表

在对DI5A、DI5B模块做模拟超差试验时，当DI5A掉电时，阀冷控制保护室人机界面以及后台没有任何异常报警。

2）控制总线故障异常报警

在模拟阀冷系统控制总线故障时，后台工作站及就地人机界面皆出现“阀冷系统控制总线故障报警信号”，接着将A、B两套阀冷系统电源断电，断电以后将阀冷系统控制总线恢复正常，再恢复控制电源，就地人机界面的报警信号会消失，但是后台工作站的报警信号一直未消失。

3）阀冷失去冗余能力异常报警

后台工作站报“阀冷失去冗余能力”告警信号，但阀冷就地控制保护室人机界面没有任何异常报警。

2  故障报警信号说明及故障处理

2.1  告警信号说明

模块超差故障：两个相互冗余的模块，一个或者多个通道接收到不一样的输入值。阀冷系统控制总线故障：阀冷控制屏柜内部总线通信存在至少一处的断点。阀冷失去冗余能力：指阀冷外冷风机有一组或者几组失电。

2.2  故障处理

针对直流控制保护系统后台工作站有报警信号，阀冷控制保护系统人机界面没有报警信号的异常情况，根据Profibus通信规约，直流控制保护系统后台仅检索阀冷控制保护系统上传的跳变信号。

为了消除此信号，在保证阀冷控制保护系统与直流控制保护系统的通信正常情况下，分别对有超差告警信号的各个模块做模拟模块输入输出超差试验，当再次产生模块输入输出超差信号及阀冷系统控制总线故障报警信号后，将相应模块及阀冷系统控制总线恢复正常，后台工作站及就地人机界面的阀冷系统控制总线故障报警信号和模块超差信号基本皆消失。但是“内冷系统DI5A模块与DI5B输入超差出现”报警信号依旧存在，试验结果如图2所示。

图2  模拟模块输入输出超差试验结果

6月27日21:10，1#阀塔压差表压差正常为0.69MPa，阀塔压差低报警定值为0.63MPa，将压差低报警定值修改为0.80MPa，后台工作站及就地人机界面皆出现“1#阀塔压差低出现”报警信号。接着做模拟DI5A、DI5B模块输入超差试验，后台工作站及就地人机界面出现“内冷系统DI5A模块与DI5B输入超差出现”告警信号，“内冷系统DI5A模块与DI5B输入超差消失”信号，如图3所示。

图3  DI5A与DI5B模块输入超差试验结果SRE列表

3  原因分析

3.1  “内冷系统DI5A模块与DI5B模块输入超差出现”告警信号原因分析

图4为阀冷系统拓扑，可知，DI5A模块在阀冷控制保护系统第一个接口模块的第5个位置。根据表1阀冷系统组态架构可知，DI5A模块地址为16～19位字。查看阀冷系统模块超差部分的程序可知，DI5A、DI5B模块超差只有17、18位字有超差比较功能，即DI5A、DI5B模块只做了1#～4#阀塔压差和总跳闸信号输入做了超差，图5为阀冷系统模块超差部分程序，图6为DI5A输入模块信号连接图。

图4  阀冷系统拓扑

表1  阀冷系统组态架构

当只对DI5A、DI5B整个模块做模拟模块输入超差试验时，直流控制保护系统后台工作站和阀冷控制保护系统人机界面都不会报模块输入超差告警信号。当正常运行时，DI5A、DI5B所有输入信号一致时，无超差告警信号。当其中一个模块故障（掉电）时，PIW17、PIW18输入均为0，依然无超差告警信号。模拟17、18字中任一个信号输入有告警，则DI5A、DI5B会有“阀塔压差低”告警信号，即两个模块都有高电平信号1。

此时，对其中一个模块模拟故障（掉电），则故障模块输入信号为0，另一个正常模块依旧为1，则出口“内冷系统DI5A模块与DI5B模块输入超差出现”告警信号，恢复故障模块，则告警信号消失。

根据上述试验结果分析可知，若阀冷控制保护系统的输入模块正常时为0，有异常告警为1，当两个输入模块一个为1、一个为0，则报模块超差，模块失电为0，则针对DI5A、DI5B模块的模块超差功能试验结果见表2。

3.2  “阀冷失去冗余能力”告警信号原因分析

阀冷失去冗余能力指阀冷外冷风机有一组或者几组失电，该信号通过两路分别上传至直流控制保护系统，一路为软报文上传，另一路为硬接点上传，如图7所示。

图5  阀冷系统模块超差部分程序

图6  DI5A输入模块信号连接图

表2  DI5A、DI5B模块超差试验结果

图7  阀冷失去冗余能力告警信号上传路径

当硬接点上传至后台时，根据通信协议，硬接点在传时需要将信号取反，即软报文1代表失去冗余能力、硬接点上传0代表失去冗余能力，在后台报警时，应根据不同路径的信号代表的不同意义区别报警，否则将一直有“阀冷失去冗余能力”告警信号出现，将后台程序按照此原理修改，即可消除“阀冷失去冗余能力”告警信号。

4  结论

1）此种模式下，告警信号出现后无法自动消失，容易误导运行人员，导致对系统进行误操作。

2）告警出现后，需现场模拟出相同的故障告警信号，待告警信号恢复才能使之前的告警信号一并消失，模拟故障信号的过程中存在对阀冷系统误操作的风险，严重的可能会导致阀冷系统跳闸，造成换流阀闭锁。

3）DI5A与DI5B部分信号无超差报警，当对应信号回路出现断点时，系统无法及时发出超差告警信号。

本文编自2021年第3期《电气技术》，论文标题为“换流阀冷却系统模块超差等异常报警信号故障处理及原因分析”，作者为赵伟杰、罗薇 等。