数字化电气设备模数信号响应时间不同带来的问题及解决办法

王俊强

（中海石油化学股份有限公司，海南 东方 572600）

0 引 言

随着计算机信息技术的不断发展及单片机的广泛应用，综合保护继电器及PLC等数字化电气设备得到快速发展及广泛应用，在电机保护、备自投（备用电源自动投入使用装置，简称备自投，包括进线备自投、母联备自投等备自投方式，均会用到综合保护继电器或PLC等数字化电气设备）、电机自启动等方面均得到了充分应用。数字化电气设备需进行模数转化，必定会有模拟量信号与数字量信号响应时间的不同，技术人员在现场对数字化电气设备编程的过程中，如果未考虑到此问题，可能会带来一些隐蔽的、时有时无的故障。以下对3起（类）数字化电气设备模数信号响应时间不同引起的事故过程及其解决办法进行介绍，并通过原因分析总结经验教训，供业内参考，希望能起到抛砖引玉的作用。

1 复位PT二次开关引起进线误跳闸事故

1.1 事故过程

6kV配电系统单母线分段运行，备自投设计为：正常运行时单母线分段运行，当某路进线失电时，跳开相应的进线开关，合母联断路器。本6kV系统进线和母联柜采用的都是厦门ABB公司的REF542plus综合保护继电器，其配电系统主接线如图1。

图1 6kV配电系统主接线示意图

一次在拆除6kVⅠ段母线PT二次线时，线头碰到了保护器的外壳，导致6kVⅠ段母线PT二次空开跳开；对6kVⅠ段母线PT二次空开进行恢复，在其恢复过程中，6kV1＃进线断路器跳开。

1.2 事故原因

复位母线PT二次空开，据母联备自投跳1＃进线逻辑（如图2）设计本意，进线断路器不应跳闸：第一阶段，PT二次空开跳开时，“PT完好”信号为0，“1＃失压”信号为1；第二阶段，PT二次空开复位后，“PT完好”信号为1，“1＃失压”信号为0。但实际上，在第一阶段和第二阶段之间还有中间阶段，在PT二次空开复位瞬间，“PT完好”信号从0转换为1，而“1＃失压”信号未由1转换为0，致1＃进线断路器跳开。

图2 母联备自投跳1＃进线逻辑示意图

经分析，事故原因是：“PT完好”信号是PT二次空开辅助触点变位的数字量信号输入转化，“1＃失压”信号是PT三相电压模拟量信号输入转化，PT二次空开复位瞬间，模拟量输入的“1＃失压”信号（如图3）变位比数字量输入的“PT完好”信号变位慢。

“PT完好”信号为直接光耦转化为数字信号，只有几毫秒的抗干扰延迟，REF542逻辑扫描周期约为10ms；而“1＃失压”信号要经模拟量板卡进行模数转化后才输出数字信号1供与门判断，模拟量的采集一般需要几百毫秒的时间。1＃进线失压模拟量模块“TR＜”（见图3）相当于失压延时继电器，如不考虑模拟量采集时间的影响，电压低于30%U时，延时0.9s输出1；电压高于30%U时，不延时瞬间输出0。但由图3可以看到，时间设定的区间为0.5～300s，即该模块最小响应时间为0.5s（说明书注明），即电压恢复正常0.5s后“1＃失压”信号才能由1转换为0，导致PT二次空开复位瞬间母联备自投跳1＃进线逻辑与门条件满足，1＃进线跳闸。

图3 1＃进线失压模拟量模块示意图

总之，由于综合保护器“PT完好”数字量信号与“1＃失压”模拟量信号响应时间不同，引起了复位PT二次空开时母联备自投跳1＃进线逻辑输出，引起1＃进线误跳闸事故。

1.3 解决办法

如图4，在母联备自投跳1＃进线逻辑中将“PT完好”信号加入上升延迟1s，即在复位PT二次空开时，备自投跳1＃进线逻辑中“PT完好”信号从0到1延迟1s，以确保“1＃失压”信号由1转换为了0，这样就不会导致1＃进线跳闸，从而避免事故的再次发生。

图4 修改后母联备自投跳1＃进线逻辑示意图

2 事故电机有自启动信号却未自启动事故

2.1 事故过程

事故段电机自启动逻辑由SIEMENSS7-200 PLC实现，电机马达保护器为SIEMENS3UF7，市电失电后，发电机自启动，低压母线建立电压后，PLC输出分批自启动数字信号给低压电机马达保护器，马达保护器输出电机接触器吸合信号。但在本次事故中，有1台电机J441C-A（0s自启动）在PLC发出自启动信号的情况下，电机未自启动。

2.2 事故原因

SIEMENS3UF7马达保护器中有个模块“PowerFailureMonitoring”，简称UVO模块，其作用为：电压跌落2s内，马达保护器保持输出，母线2s内来电电机接触器直接吸合，电机自启动；电压跌落超过2s，马达保护器停止输出，发出“UVO故障”报警，母线电压恢复后，马达保护器逻辑发出信号对UVO报警自复位，PLC发出自启动信号，电机自启动。

在本次事故中，母线已建立电压，PLC已发出自启动信号，而由于UVO模拟量信号响应时间滞后，马达保护器还未完成UVO报警的复位，并且马达保护器会一直无法对UVO复位，直到PLC自启动信号消失，最终导致电机自启动失败。经试验验证，母线电压恢复后，UVO复位模拟量信号响应时间约0.7s，因此PLC自启动数字信号需延迟至少0.7s发出才能确保电机自启动成功。

J441C-A自启动失败时序图如图5，其他电机0s自启动成功时序图如图6。

图5 电机J441C-A自启动失败时序图

图6 其他电机0s自启动成功时序图

总之，本次母线电压恢复后电机J441C-A无法自启动是马达保护器自启动数字信号与UVO模拟量信号响应时间不同所致。

2.3 解决办法

该问题涉及所有0s自启动回路，修改前电机J441C-A分批自启动延时程序如图7，为来电后0s自启动；修改后电机J441C-A分批自启动延时程序如图8，为来电后1s自启动，以确保自启动成功。

图7 修改前J441C-A自启动PLC程序图

图8 修改后J441C-A自启动PLC程序图

3 PLC未输出电机自启动信号事故

3.1 事故过程

事故段中变频电机自启动由ABBAC500 PLC实现。市电失电后，发电机自启动，事故段原来运行的变频电机由PLC输出自启动数字信号进行分批自启动。但在本次事故中，有3台变频电机PLC未输出自启动信号。

3.2 事故原因

以未自启动的变频电机J433A为例（J433A失电自启动程序如图9），“J433A_RUN”停运信号为接触器辅助接点输入PLC数字量采集点，从失电到信号建立耗时约100ms以内，而低电压信号“VOLT”为低电压继电器辅助接点输入PLC模拟量采集点，从失电到信号建立耗时约为200ms，当“J433A_RUN”停运信号下降沿“F_TRIG1”触发时，由于PLC电机停运数字量信号与低电压模拟量信号响应时间不同，低电压信号“VOLT”未建立，导致PLC自启动逻辑未输出，造成J433A自启动失败。

图9 变频电机J433A失电自启动程序图

3.3 解决办法

由于事故段中变频电机停运数字量信号与低电压模拟量信号的响应时间很接近，而响应时间的快慢存在偶然性，因此当PLC进行变频电机分批自启动时，出现自启动失败的情况存在偶然性。为避免类似事故的发生，需对所有变频电机的PLC自启动逻辑进行修改，即对所有变频电机PLC自启动程序中停运信号下降沿做200ms的延时。以变频电机J433A为例，当市电失电时，“J433A_RUN”停运信号下降沿“F_TRIG1”触发，延迟200ms（见图10），以等待低电压信号“VOLT”建立，这样PLC程序中变频电机自启动即可成功。

图10 修改后变频电机J433A失电自启动程序图

4 结束语

总结上述几起事故的经验教训，在对数字化电气设备编程时，必须考虑到模拟量信号与数字量信号响应时间的不同，适当对一些信号进行延时，使程序更加严谨，容错率更高，这样才能保证供电的安全性、可靠性及稳定性。