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山西漳山发电有限责任公司的研究人员秦卓欣，在2016年第8期《电气技术》杂志上撰文，分析了一起火电厂引风机变频器运行信号消失导致机组RB动作的事件，介绍了ACS5000变频器故障分析的方法，得出了控制柜内DO820模块内部电子元器件老化或故障是导致变频器运行信号消失，设备停运的直接原因。
结合变频器反馈信号与DCS逻辑的配合关系，对变频器在发电厂应用中的注意事项提出了建议。
2015年3月，某火电厂#4机组运行中突发42送风机、42引风机跳闸，机组RB动作。该机组容量为600MW，锅炉为上海锅炉股份有限公司亚临界一次中间再热强制循环汽包炉，主要辅机有2台送风机、2台引风机、6台磨煤机等。
其中，引风机电动机各由一台ABB ACS5000型变频器供电，DCS采用引风机、送风机、磨煤机联动的RB逻辑。
1 故障过程
2015年3月6日21时许，#4机组负荷554MW，42送风机、42引风机变频器跳闸，机组RB动作联跳45磨煤机、46磨煤机，降负荷至340MW，就地检查42送风机、45磨煤机、46磨煤机10kV高压侧开关确断，42引风机变频器10kV高压侧开关合闸，变频器处于待机状态，运行记录显示为远方停机，无其他异常告警记录。
2 引风机变频器简介
2.1 变频器简介
ACS5000是ABB的大功率中压变频器产品，基于新一代功率半导体器件IGCT技术和电压源型九电平无熔断器（VSI-MF）设计，使其具有与生俱来的高可靠性。且基于直接转矩控制（DTC）技术，可根据工艺的需求提供精确的速度和转矩控制。该变频器还具有电动机辨识、主电源失电跨越、磁通优化、跟踪起动、临界转速等特殊功能，同时保留了传统的工频运行控制方案。
ACS5000的功率范围达24000kW，最高可输出6.9kV，采用三角形连接后可输出10kV，其具有多种现场总接口，可通过常规的硬线I/O口实现全面远程操作[1-2]。
变频器与DCS的接口信号主要有：
1）开关量输入：起动、停止、急停等信号；2）开关量输出：变频器高压就绪、变频器运行、变频器报警、变频器故障、变频器停止、高压合闸允许、变频器控制在远方；3）模拟量输入：频率调节（转速给定）；4）模拟量输出：输出频率、输出电流。
2.2 引风机变频器运行方式
每台变频器配有一套工变频切换柜，引风机电动机可由10kV高压厂用母线接带，也可经工变频切换刀闸由变频器接带。工变频切换刀闸相互机械闭锁，刀闸辅助接点送至DCS反映工变频状态，接线关系如下图所示。
图1 引风机变频器工变频切换回路
3 动作原因分析
3.1 过程分析
事故发生后调取DCS画面相关辅机运行信号反馈、动作逻辑进行检查，结果显示42引风机变频器运行信号突然消失约0.5s，联跳42送风机；42送风机运行信号消失，联跳42引风机变频器、45磨煤机、46磨煤机。就地检查42引风机变频器高压侧开关合闸，处于待机状态，无故障报警，无法解释变频器运行信号消失0.5s。
运行信号消失的原因可能有变频器输出消失、信号电缆断开、接线端子接触不良、电磁干扰、DCS开关量采集板故障等。逐一对上述情况进行检查：
1）就地检查引风机变频器运行信号为一DO820开关量输出模块反馈至DCS，变频器运行时运行信号闭合，停止时打开，该模块电源指示灯正常，故障灯灭、各开关量输出指示灯正常，排除该模块的问题。
2）怀疑信号电缆出现断裂或接触不良，检查变频器运行信号电缆绝缘、通断正常，各螺丝紧固。
3）检查DCS侧屏蔽接地良好，排除电磁干扰问题。
4）检查DCS开关量采集板件，板件输出电压正常，通过在板件上短接变频器运行信号，DCS显示正常，排除DCS板件采集故障。
经过上述检查，仍然无法找到运行信号消失0.5s的原因，再次检查引风机变频器至DCS所有反馈信号，发现远方控制允许信号在同时间段内也消失0.5s，上述信号动作情况如下图：
图2 42送风机及42引风机变频器信号反馈
分析远方/就地反馈信号与运行信号同时消失，又同时恢复的原因，检查发现变频器处远方/就地信号与变频器运行信号为同一开出模块DO820输出，如下图所示。
DO820的输出分别为DO1（变频器停止）、DO2（变频器待机）、DO3（变频器运行）、DO4（变频器轻故障）、DO5（变频器故障）、DO6（本地/远方控制）、DO7（允许高压开关合闸）、DO8（备用），正常运行时DO3、DO6输出接点闭合[3]。由于DO3、DO6信号同时消失，因此判断DO820模块瞬时失电导致闭接点打开致使运行信号、远方信号消失。
图3 DO820模块输出信号
3.2 动作原因
因变频器控制器无任何故障记录，为模拟故障现象，在变频器待机状态下瞬时拔下再插上DO820模块，模块电源指示灯熄灭，各开出信号指示灯熄灭，用万用表测量闭合接点DO2（变频器待机）、DO6（本地/远方控制）打开，DCS画面显示待机信号消失、远方控制信号消失，但变频器控制器无故障记录，变频器依旧为待机状态。
再次拔下DO820模块未恢复，约2s后控制器发模块通讯故障。由此得出故障原因为DO820模块瞬时失电，变频器运行信号消失联跳42送风机，42送风机跳闸进一步引起42引风机、45磨煤机、46磨煤机跳闸。
DO820模块瞬时失电的原因：
1）变频器控制部分的供电：双电源（公用PC段、锅炉双电源MCC段）经切换装置给外设UPS供电，UPS输出经变频器内部整流变压器输出280V直流电，通过电源模块供给DO820等控制模块。通过分析，控制部分的供电可靠性很高，且出现瞬时失电的模块为个例，排除电源故障的原因。
2）该机组于2008年5月正式投产，现已运行7年之久，DO820模块自身电子元器件老化或故障，应是导致其瞬时失电、运行不可靠的原因。
4 预防措施
4.1 引风机变频器联跳送风机逻辑分析
为防止此类事件再次发生，分析引风机变频器联跳送风机DCS逻辑：引风机高压侧开关合闸、变频器转速大于25、引风机处于变频状态、引风机变频器运行信号4个条件同时满足，判断为变频器运行；其中一个条件不满足，判断为引风机变频器停止，停止信号取反后送至联跳送风机逻辑，如下图所示。
另外，引风机变频器运行信号取反与引风机变频状态相与后构成变频运行状态消失送至联跳送风机逻辑。
图4 引风机联跳送风机逻辑
逐一分析4个信号，高压侧开关合闸状态为断路器辅助接点，变频状态为切换刀闸辅助接点，均为机械结构，运行中不会发生接点变位，变频器转速大于25为模拟量判断，比较可靠，而变频器运行状态为DO820模块带电时输出接点闭合，若模块瞬时失电会出现运行信号消失，DCS判断为引风机变频器停止而联跳其他设备。
4.2 处理方法
1）为防止此类事件再次发生，对引风机变频器联跳送风机DCS跳闸逻辑进行优化，将引风机变频器运行信号取反改为停止信号取反，机组运行中停止信号为0，取反为1，发生模块瞬时失电的情况后，停止信号仍为0，不会造成误判导致变频器停止运行。当机组故障或正常停运时，停止信号为1，取反后为0，DCS逻辑判断变频器停止，相关逻辑可正常执行，不会对机组产生影响。
2）利用设备停运机会，对同类型变频器的DO820模块进行整体更换。同时，变频器已运行7年之久，应及时进行设备劣化分析，梳理影响设备运行可靠性的关键器件，及时更换。
5 结论
ACS5000变频器控制柜内DO820模块内部电子元器件老化或故障是导致引风机变频器运行信号消失、机组RB动作的直接原因。
变频器反馈信号与DCS逻辑的分析表明：控制回路采用闭接点设计，即通过继电器闭合下发设备运行、停止指令，当控制器掉电或输出继电器故障时首先保证自身设备跳闸[4]。进口设备这种设计理念不满足国内发电厂首先保证主设备可靠运行的要求。本文根据电厂实际运行情况优化了相应设备的控制逻辑，提高了可靠性。
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