(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

為了確保安全系統(tǒng)的可靠供電，每個(gè)核電廠均設(shè)計(jì)有應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組(以下簡(jiǎn)稱柴油機(jī))作為廠用正常運(yùn)行可靠供電系統(tǒng)的交流備用電源。

某核電廠每個(gè)機(jī)組設(shè)置兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，按照核電廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)廠內(nèi)正常運(yùn)行可靠供電系統(tǒng)中的6 kV母線失電，同時(shí)備自投閉鎖或拒動(dòng)時(shí)，主儀控系統(tǒng)觸發(fā)應(yīng)急信號(hào)DA21，柴油機(jī)將應(yīng)急起動(dòng)并在15 s內(nèi)到達(dá)額定轉(zhuǎn)速和額定電壓，進(jìn)入應(yīng)急運(yùn)行模式，同時(shí)按主儀控系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定好的程序逐級(jí)加載對(duì)應(yīng)母線上相應(yīng)的負(fù)荷，應(yīng)急信號(hào)在觸發(fā)10 min后方可進(jìn)行復(fù)位。應(yīng)急信號(hào)復(fù)位后方可進(jìn)行對(duì)應(yīng)母線段進(jìn)線開關(guān)的合閘操作，此操作稱為反同期。進(jìn)線開關(guān)合閘后，母線段恢復(fù)正常供電，此時(shí)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)由應(yīng)急運(yùn)行模式切換至正常運(yùn)行模式，即恢復(fù)與外電網(wǎng)的并網(wǎng)狀態(tài)。應(yīng)急運(yùn)行模式下，能觸發(fā)應(yīng)急停機(jī)信號(hào)有：手動(dòng)應(yīng)急停機(jī)信號(hào)、超速信號(hào)、差動(dòng)保護(hù)信號(hào)。正常運(yùn)行模式下，除了應(yīng)急停機(jī)信號(hào)外，保護(hù)停機(jī)信號(hào)還有潤(rùn)滑油壓力低、潤(rùn)滑油溫度高、冷卻水溫度高、燃油壓力低、發(fā)電機(jī)軸瓦溫度高、發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子繞組溫度高、發(fā)電機(jī)過流保護(hù)、發(fā)電機(jī)欠電壓保護(hù)、膨脹水箱液位低等信號(hào)。

逐級(jí)加載試驗(yàn)即將正常運(yùn)行可靠母線段的進(jìn)線開關(guān)手動(dòng)分閘，人為觸發(fā)應(yīng)急信號(hào)，柴油機(jī)應(yīng)急啟動(dòng)并到達(dá)額定轉(zhuǎn)速和額定電壓后分7步逐級(jí)加載母線上的負(fù)荷，加載結(jié)束10 min后復(fù)位應(yīng)急信號(hào)，實(shí)施反同期操作，重新將母線段的進(jìn)線開關(guān)手動(dòng)合閘，恢復(fù)母線正常供電，加載邏輯見圖1所示。該試驗(yàn)是驗(yàn)證應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急功能最直接、最有效的方式。根據(jù)試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，分析故障可能原因，采取有效的排查措施，找到故障的直接原因和根本原因，提出切實(shí)有效的糾正行動(dòng)，對(duì)保障核電站的安全有著至關(guān)重要的作用。

1 缺陷描述

某核電廠在實(shí)施柴油機(jī)逐級(jí)加載試驗(yàn)期間，負(fù)荷按程序加載結(jié)束后，運(yùn)行操作人員在執(zhí)行正常復(fù)位應(yīng)急信號(hào)DA21的操作時(shí)，柴油機(jī)發(fā)生異常停運(yùn)，事件序列如下：

1)負(fù)荷按程序逐級(jí)加載結(jié)束后，運(yùn)行操作人員根據(jù)操作步驟按下應(yīng)急信號(hào)DA21的“release”和“reset”按鈕，DA21信號(hào)隨即消除；

2)發(fā)電機(jī)出口斷路器跳開，對(duì)應(yīng)的出口母線段失電；

3)柴油機(jī)保護(hù)跳機(jī)，就地控制屏上出現(xiàn)應(yīng)急停機(jī) “Emergency Tripping”和潤(rùn)滑油壓力低 “l(fā)ube oil low low low pressure”等信號(hào)，試驗(yàn)過程的報(bào)警序列記錄見表1所示；

圖1 柴油機(jī)逐級(jí)加載邏輯圖Fig.1 The logic of step-by-step loading for the diesel generator

序號(hào)時(shí)間報(bào)警序列109/13/2017 14:34:49Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker209/13/2017 14:34:49General Alarm309/13/2017 14:34:49Generator over frequency (81.1)409/13/2017 14:34:53Over excitation limitation509/13/2017 14:34:55Generator under voltage(27.1)609/13/2017 14:35:03Lube oil low pressure709/13/2017 14:35:09Lube oil lowlow pressure809/13/2017 14:35:14Emergency Tripping909/13/2017 14:35:14Lube oil lowlow low pressure1009/13/2017 14:35:14UDG start order1109/13/2017 14:35:14Engine lube oil low pressure

4)應(yīng)急信號(hào)DA21消除后約3 s，由于出口母線失電，該應(yīng)急信號(hào)再次被觸發(fā)，柴油機(jī)再次應(yīng)急啟動(dòng)四次，其中前三次啟動(dòng)均失敗，第四次啟動(dòng)成功；

5)柴油機(jī)再次啟動(dòng)后運(yùn)行無異常，潤(rùn)滑油壓力也正常，但出口斷路器未按邏輯自動(dòng)合閘，導(dǎo)致出口母線處于失電狀態(tài)，輔助工藝系統(tǒng)和設(shè)備未啟動(dòng)，柴油機(jī)因失去冷源而導(dǎo)致冷卻水溫度和潤(rùn)滑油溫度逐步上升，在主控操作人員閉鎖應(yīng)急信號(hào)DA21后，就地操作人員按下就地緊急停機(jī)按鈕停運(yùn)柴油機(jī)。

2 原因分析和排查

根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合柴油機(jī)和主儀控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)邏輯，初步分析認(rèn)為此次試驗(yàn)導(dǎo)致柴油機(jī)保護(hù)跳機(jī)的可能原因如下：

原因1：在無報(bào)警信號(hào)存在的情況下，因邏輯設(shè)計(jì)不合理或接線錯(cuò)誤等問題，復(fù)位按鈕“release”和“reset”時(shí)觸發(fā)保護(hù)跳機(jī)信號(hào)；

原因2：柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)潤(rùn)滑油實(shí)際壓力低觸發(fā)保護(hù)跳機(jī)信號(hào)；

原因3：正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”存在的情況下，因邏輯設(shè)計(jì)不合理或接線錯(cuò)誤等問題，“release”和“reset”按鈕與停機(jī)信號(hào)連鎖，按鈕動(dòng)作時(shí)觸發(fā)保護(hù)跳機(jī)信號(hào)；

原因4：試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”因應(yīng)急信號(hào)DA21復(fù)位后被解鎖并觸發(fā)保護(hù)跳機(jī)。

根據(jù)上述可能原因，制定排查方案，排查過程如下：

1)針對(duì)原因1，試驗(yàn)人員在后備盤上檢查應(yīng)急信號(hào)DA21的“release”和“reset”按鈕，動(dòng)作均正常，且無邏輯設(shè)計(jì)不合理或接線錯(cuò)誤等問題，由此排除按鈕“release”和“reset”導(dǎo)致保護(hù)跳機(jī)信號(hào)被觸發(fā)的可能性。

2)針對(duì)原因2，運(yùn)行操作人員將發(fā)電機(jī)出口斷路器置于試驗(yàn)分閘位，試驗(yàn)人員在就地控制柜上將與主儀控相連的DA21信號(hào)線解開，通過就地模擬DA21信號(hào)觸發(fā)柴油機(jī)應(yīng)急啟動(dòng)，柴油機(jī)啟動(dòng)后運(yùn)行無異常，潤(rùn)滑油壓力正常，未出現(xiàn)低壓報(bào)警信號(hào)。約10分鐘后，試驗(yàn)人員取消模擬的DA21信號(hào)，就地檢查柴油機(jī)運(yùn)行無異常，潤(rùn)滑油壓力正常，未出現(xiàn)低壓報(bào)警信號(hào)，運(yùn)行操作人員正常停運(yùn)柴油機(jī)。

由此排除潤(rùn)滑油壓力低觸發(fā)保護(hù)停機(jī)信號(hào)的可能原因。

3)針對(duì)原因3，運(yùn)行操作人員將發(fā)電機(jī)出口斷路器置于試驗(yàn)分閘位，試驗(yàn)人員在就地控制柜上將與主儀控相連的DA21信號(hào)線解開，通過就地模擬DA21信號(hào)觸發(fā)柴油機(jī)應(yīng)急啟動(dòng)，柴油機(jī)啟動(dòng)后運(yùn)行無異常，潤(rùn)滑油壓力正常，試驗(yàn)人員實(shí)施如下驗(yàn)證：

① 保持DA21信號(hào)存在，在后備盤上按下“release”和“reset”按鈕，就地檢查確認(rèn)柴油機(jī)未保護(hù)停運(yùn)；

② 保持DA21信號(hào)存在，松開“release”和“reset”按鈕，就地模擬正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”，就地檢查確認(rèn)柴油機(jī)未保護(hù)停運(yùn)；

③ 保持模擬正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping &Trip UDG Circuit Breaker”和DA21信號(hào)持續(xù)存在，同時(shí)按下“release”和“reset”按鈕，就地檢查確認(rèn)柴油機(jī)未保護(hù)停運(yùn)；

④ 保持模擬正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”持續(xù)存在，取消模擬的DA21信號(hào)，就地檢查發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)保護(hù)跳機(jī)，發(fā)電機(jī)出口斷路器試驗(yàn)位跳開。

通過上述方式驗(yàn)證，排除了在正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”持續(xù)存在的情況下因邏輯設(shè)計(jì)不合理或接線錯(cuò)誤等問題導(dǎo)致“release”和“reset”按鈕動(dòng)作連鎖觸發(fā)保護(hù)跳機(jī)的可能原因。

4)針對(duì)原因4，試驗(yàn)人員在機(jī)組就地控制柜上拆除啟動(dòng)電磁閥的繼電器以防止柴油機(jī)反復(fù)啟動(dòng)，在就地控制柜上再次模擬DA21信號(hào)觸發(fā)柴油機(jī)應(yīng)急啟動(dòng)，柴油機(jī)啟動(dòng)后運(yùn)行無異常，潤(rùn)滑油壓力正常，試驗(yàn)人員實(shí)施如下驗(yàn)證：

① 在就地控制柜上模擬正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”并持續(xù)保持，取消DA21信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)柴油機(jī)保護(hù)跳機(jī)；

② 在柴油機(jī)保護(hù)跳機(jī)后3秒，在就地控制柜上再次模擬DA21信號(hào)，就地控制屏出現(xiàn)應(yīng)急停機(jī)信號(hào)“Emergency Tripping”和潤(rùn)滑油壓力低信號(hào)“l(fā)ube oil low low low pressure”，報(bào)警序列記錄與正常逐級(jí)加載試驗(yàn)期間的報(bào)警序列記錄一樣。

由此可確定，DA21信號(hào)復(fù)位后，正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”的存在是導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)跳機(jī)的直接原因。

查詢柴油機(jī)設(shè)計(jì)邏輯發(fā)現(xiàn)：柴油機(jī)的運(yùn)行模式分為試驗(yàn)?zāi)Ｊ胶蛻?yīng)急模式，以DA21信號(hào)是否被觸發(fā)作為判定依據(jù)。在試驗(yàn)?zāi)Ｊ较拢?dāng)啟動(dòng)命令發(fā)出4 s后如柴油機(jī)轉(zhuǎn)速仍小于300 r/min，則觸發(fā)啟機(jī)失敗信號(hào)，保護(hù)停運(yùn)柴油機(jī)并將發(fā)電機(jī)出口斷路器跳開，同時(shí)在就地控制屏上出現(xiàn)正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”。在應(yīng)急模式下，雖然正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”也被觸發(fā)，但由于DA21信號(hào)的存在而被閉鎖，只是出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)而無法停運(yùn)柴油機(jī)，如圖2所示。

圖2 修改前邏輯圖Fig.2 The logic before modification

當(dāng)運(yùn)行操作人員從主控后備盤復(fù)位DA21信號(hào)后，DA21信號(hào)消除，柴油機(jī)由應(yīng)急模式切到試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑ＭC(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”被解鎖，柴油機(jī)保護(hù)停運(yùn)，發(fā)電機(jī)出口斷路器跳開，出口母線失電，3 s后DA21信號(hào)被再次觸發(fā)，此時(shí)，柴油機(jī)處于惰轉(zhuǎn)過程，轉(zhuǎn)速下降，潤(rùn)滑油壓力下降，而啟機(jī)命令“UDG start order”因轉(zhuǎn)速未到限值而無法復(fù)位，控制系統(tǒng)判定柴油機(jī)正處于正常運(yùn)行狀態(tài)，由此觸發(fā)了應(yīng)急停機(jī)信號(hào)“Emergency Tripping”和潤(rùn)滑油壓力低信號(hào)“l(fā)ube oil low low low pressure”。

停機(jī)命令發(fā)出后，停機(jī)電磁閥根據(jù)邏輯設(shè)定保持120 s打開狀態(tài)，在此期間柴油機(jī)無法啟動(dòng)，造成再次應(yīng)急啟動(dòng)的前三次均失敗，120 s后停機(jī)電磁閥關(guān)閉，第四次啟動(dòng)才成功。

柴油機(jī)保護(hù)停機(jī)后，發(fā)電機(jī)出口斷路器同時(shí)分閘，柴油機(jī)再次應(yīng)急啟動(dòng)成功后，出口斷路器因暫態(tài)故障未能觸發(fā)分位信號(hào)，導(dǎo)致無法觸發(fā)再次合閘信號(hào)。

查詢?cè)摬裼蜋C(jī)轉(zhuǎn)速曲線歷史記錄，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)本體應(yīng)急啟動(dòng)啟機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)27.4 s，啟動(dòng)命令發(fā)出6.1 s后轉(zhuǎn)速才達(dá)到300 r/min，超過設(shè)計(jì)邏輯要求不大于4 s的限值，從而觸發(fā)正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”。

查詢?cè)摬裼蜋C(jī)上一次成功啟動(dòng)與本次逐級(jí)帶載試驗(yàn)之間的維修記錄，發(fā)現(xiàn)僅有一次維修活動(dòng)：拆除柴油機(jī)燃油進(jìn)機(jī)管線的臨時(shí)壓力表。拆裝過程因排放了部分管內(nèi)燃油，造成了燃油管內(nèi)存在部分空氣。試驗(yàn)前手動(dòng)啟動(dòng)燃油增壓泵僅運(yùn)行了5 min，未能將管道內(nèi)的空氣排凈，啟機(jī)階段燃油短時(shí)供應(yīng)不足，導(dǎo)致啟機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)而觸發(fā)正常停機(jī)信號(hào)。由此可知拆除柴油機(jī)燃油進(jìn)機(jī)管線的臨時(shí)壓力表后燃油增壓泵運(yùn)行時(shí)間過短，未將管內(nèi)的空氣排除干凈為柴油機(jī)保護(hù)跳機(jī)的根本原因。

3 處理方案

為避免此類事件再次發(fā)生，根據(jù)本次事件的現(xiàn)象和原因，采取的處理方案如下：

1)修改邏輯，如圖3所示，將出口母線段進(jìn)線開關(guān)的狀態(tài)與柴油機(jī)的模式相連鎖，確保出口母線的進(jìn)線開關(guān)處于分閘狀態(tài)時(shí)，柴油機(jī)仍處于應(yīng)急模式，從而閉鎖正常停機(jī)信號(hào)，保證其應(yīng)急功能；

圖3 修改后邏輯圖Fig.3 The logic after modification

2)在柴油機(jī)燃油進(jìn)口管線解體檢修工作結(jié)束恢復(fù)熱備用后需啟動(dòng)柴油機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，在進(jìn)行試驗(yàn)前需啟動(dòng)燃油增壓泵運(yùn)行至少20 min，以徹底排除燃油管線中的空氣，避免實(shí)施逐級(jí)加載試驗(yàn)時(shí)柴油機(jī)無法啟動(dòng)或出現(xiàn)正常停機(jī)信號(hào)；

3)根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)，每次試驗(yàn)結(jié)束后，在試驗(yàn)?zāi)Ｊ较抡ＭC(jī)時(shí)都會(huì)觸發(fā)正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”，需要在就地控制柜和綜保儀上對(duì)正常停機(jī)信號(hào)“Normal Tripping & Trip UDG Circuit Breaker”進(jìn)行復(fù)位操作。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)某核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)試期間實(shí)施逐級(jí)加載試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的保護(hù)跳機(jī)問題，通過對(duì)缺陷現(xiàn)象進(jìn)行描述，對(duì)缺陷原因進(jìn)行分析，提出了建議糾正行動(dòng)，理論上可以從根本上避免同類事件在同類型系統(tǒng)和設(shè)備上再次發(fā)生，同時(shí)該事件的分析和處理過程可以供同行電站的相關(guān)技術(shù)人員在分析和處理類似事件時(shí)參考使用。