汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)停機(jī)信號(hào)邏輯優(yōu)化的分析與實(shí)施

梁小君

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司 浙江分公司，浙江 嘉興 314001）

0 引言

汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)是核電廠的核心設(shè)備，與常規(guī)島的大部分系統(tǒng)直接相關(guān)，因?yàn)槠湓诤穗娺\(yùn)行中的重要性，所以設(shè)計(jì)了多重停機(jī)保護(hù)信號(hào),但是目前的汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)停機(jī)保護(hù)信號(hào)設(shè)計(jì)的過(guò)于保守，很多汽機(jī)停機(jī)信號(hào)在汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則[3]、核電廠安全級(jí)電力系統(tǒng)準(zhǔn)則[4]中沒(méi)有要求，反而是在排查儀表故障之后進(jìn)行手動(dòng)停機(jī)的。

過(guò)于保守的停機(jī)邏輯和部分設(shè)計(jì)先天考慮不足，極易導(dǎo)致機(jī)組誤停機(jī)，給電廠造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。以下是國(guó)內(nèi)核電廠運(yùn)行誤停機(jī)事件中的其中一起。

2015年5月12日凌晨01時(shí)：50分左右，某核電廠3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)定子冷卻水箱液位（GST001SN）失效觸發(fā)液位低信號(hào)，由于設(shè)計(jì)上沒(méi)有針對(duì)液位開(kāi)關(guān)SN設(shè)置單獨(dú)的失效報(bào)警，導(dǎo)致運(yùn)行人員無(wú)法發(fā)現(xiàn)。5月12日晚18時(shí)：46分，GST003SN失效觸發(fā)液位低信號(hào)，此時(shí)滿足3取2跳機(jī)邏輯，直接觸發(fā)汽輪機(jī)停機(jī)保護(hù)動(dòng)作。

圖1 發(fā)電機(jī)定子冷卻水的安裝示意圖Fig.1 Installation diagram of generator stator cooling water

1 核電廠汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)停機(jī)信號(hào)的梳理

目前百萬(wàn)機(jī)組核電廠汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)觸發(fā)停機(jī)信號(hào)的情況主要有以下幾種情況：

1）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速導(dǎo)致停機(jī)

百萬(wàn)機(jī)組核電廠普遍采用半轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)，其額定轉(zhuǎn)速是1500rpr。送汽機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)（GME）的3個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯三取二到達(dá)1635rpr時(shí)，觸發(fā)停機(jī)信號(hào)。送汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（GSE）的3個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯三取二到達(dá)1650rpr時(shí)，觸發(fā)停機(jī)信號(hào)。

2）潤(rùn)滑油系統(tǒng)供油異常導(dǎo)致停機(jī)

潤(rùn)滑油系統(tǒng)對(duì)于汽輪機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，當(dāng)該系統(tǒng)出現(xiàn)以下3種情況時(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)邏輯三取二觸發(fā)停機(jī)信號(hào)：①潤(rùn)滑油箱液位低（＜1085mm）；②潤(rùn)滑油供油母管壓力低（＜130kpa）；③潤(rùn)滑油過(guò)濾器差壓高（＞100kpa）[1]。

3）發(fā)電機(jī)密封油油氫壓差低導(dǎo)致停機(jī)

為了防止發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣通過(guò)發(fā)電機(jī)軸承泄漏，發(fā)電機(jī)密封油壓力應(yīng)始終略大于發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力（50kpa）。如油氫壓差過(guò)低（＜20kpa），3個(gè)壓力開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)邏輯三取二觸發(fā)停機(jī)信號(hào)。

4）定子冷卻水、漏液導(dǎo)致停機(jī)

發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)用于冷卻發(fā)電機(jī)定子繞阻，當(dāng)發(fā)生定子冷卻水入口溫度過(guò)高、流量過(guò)低、定冷水箱液位過(guò)低、電導(dǎo)率過(guò)高時(shí)，通過(guò)就地探頭經(jīng)邏輯三取二觸發(fā)停機(jī)信號(hào)[1]。

發(fā)電機(jī)漏液是通過(guò)液位開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)，發(fā)電機(jī)底部接口通過(guò)管道與磁翻板液位計(jì)連接，同時(shí)磁翻板液位計(jì)配有3個(gè)液位開(kāi)關(guān)。當(dāng)液位到達(dá)高報(bào)值時(shí)，3個(gè)液位開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)邏輯三取二觸發(fā)停機(jī)信號(hào)。

2 解決方案的分析論證

目前汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)停機(jī)信號(hào)邏輯的設(shè)計(jì)存在以下不足：

1）現(xiàn)在停機(jī)信號(hào)涉及的發(fā)電機(jī)漏液高高、勵(lì)磁機(jī)漏液高高、定子水箱水位低低等實(shí)現(xiàn)形式均為浮球一拖三，當(dāng)浮球出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)變?yōu)閱我还收贤C(jī)，無(wú)冗余，極易導(dǎo)致誤停機(jī)。

3個(gè)磁性液位開(kāi)關(guān)安裝于磁翻板液位計(jì)外壁，通過(guò)感應(yīng)金屬浮球的位置觸發(fā)液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作。在機(jī)組運(yùn)行中，一旦磁翻板液位計(jì)的金屬浮球發(fā)生浮球破損、沉沒(méi)現(xiàn)象，該浮球?qū)⑼瑫r(shí)觸發(fā)3臺(tái)液位開(kāi)關(guān)為“1”，造成汽輪發(fā)電機(jī)停機(jī)。

2）導(dǎo)致跳機(jī)的單個(gè)設(shè)備信息二層無(wú)顯示或報(bào)警，操縱員無(wú)法掌握設(shè)備狀態(tài)，在運(yùn)行過(guò)程中有可能發(fā)生單一設(shè)備故障導(dǎo)致安全等級(jí)降低。

3）部分停機(jī)信號(hào)冗余，并且已有相同作用的停機(jī)信號(hào)存在，功能上存在設(shè)計(jì)重復(fù)。

4）所有停機(jī)信號(hào)都沒(méi)有設(shè)置單一故障報(bào)警信息，當(dāng)單一儀表或通道故障時(shí)，操作員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，大大增加觸發(fā)停機(jī)信號(hào)邏輯的概率。

3 汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)停機(jī)信號(hào)邏輯優(yōu)化的實(shí)施

汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)停機(jī)信號(hào)邏輯優(yōu)化主要分：① DCS I/A機(jī)柜側(cè)邏輯修改、下裝；② 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的改造施工。

1）DCS I/A機(jī)柜側(cè)邏輯修改，本次邏輯優(yōu)化涉及的控制邏輯如下：

a）優(yōu)化發(fā)電機(jī)熱氫溫度高高停機(jī)信號(hào)邏輯，新增單一溫度信號(hào)質(zhì)量位報(bào)警，若發(fā)生單一信號(hào)故障時(shí)，停機(jī)信號(hào)邏輯將保護(hù)等級(jí)退防處理[2]。

b）優(yōu)化發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)漏液監(jiān)測(cè)停機(jī)信號(hào)邏輯，增加發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)漏液監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)傳功能，高、高高、液位報(bào)警、質(zhì)量位報(bào)警功能。就地增加導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立性準(zhǔn)則，通過(guò)3個(gè)導(dǎo)波雷達(dá)的模擬量分別與閾值進(jìn)行比較，觸發(fā)三取二保護(hù)停機(jī)邏輯。

c）由于發(fā)電機(jī)定子冷卻水箱低低停機(jī)保護(hù)信號(hào)與發(fā)電機(jī)定子冷卻水流量低停機(jī)保護(hù)，設(shè)計(jì)上為相互冗余保護(hù)功能重復(fù)，故取消發(fā)電機(jī)定子冷卻水箱低低停機(jī)信號(hào)。

d）新增報(bào)警信息、二層新增報(bào)警監(jiān)視畫面

重要信號(hào)新增加報(bào)警塊，當(dāng)出現(xiàn)涉及跳機(jī)信號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，二層報(bào)警窗出現(xiàn)KA報(bào)警信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)畫面出現(xiàn)KS報(bào)警信號(hào)[2]。新增的KA報(bào)警如表1所示。

2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的改造施工

單一故障準(zhǔn)則的定義：假設(shè)在一個(gè)系統(tǒng)中的任一單個(gè)部件失效，但要求設(shè)計(jì)仍能實(shí)現(xiàn)正確預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能。能夠?qū)崿F(xiàn)以上描述的設(shè)計(jì)稱之為符合單一故障準(zhǔn)則，反之則不符合。

圖2 實(shí)施邏輯優(yōu)化后發(fā)電機(jī)氫氣測(cè)量系統(tǒng)模擬/邏輯圖Fig.2 Simulation/logic diagram of generator hydrogen measurement system after logic optimization

表1 新增的KA報(bào)警Table 1 New KA alarms

在全面排查了核電廠汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)跳機(jī)信號(hào)的觸發(fā)條件之后，發(fā)現(xiàn)以下部分儀表和信號(hào)存在共用同一部件的現(xiàn)象，不符合單一故障準(zhǔn)則。

根據(jù)以上的描述列表，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的改造主要分為：

a）更換GRV系統(tǒng)液位開(kāi)關(guān)，使用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，精度更高。同時(shí)6臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)分別獨(dú)立安裝取樣，排除單一故障風(fēng)險(xiǎn)，使跳機(jī)信號(hào)真正做到三取二。

b）將GST定子冷卻水流量的3個(gè)流量開(kāi)關(guān)和1個(gè)流量變送器的取壓口，分開(kāi)獨(dú)立取壓再由儀表管引至就地儀表，排除因月度試驗(yàn)而觸發(fā)的誤跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

c）更換部分保護(hù)跳機(jī)信號(hào)通道（DCS組態(tài)同時(shí)作相應(yīng)修改），使觸發(fā)跳機(jī)信號(hào)的條件分布在不同的FBM卡件上，避免因卡件損壞而導(dǎo)致誤觸發(fā)跳機(jī)信號(hào)的情況。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)核電廠汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)跳機(jī)信號(hào)的分析與論證，仔細(xì)篩查不滿足單一故障準(zhǔn)則要求以及其它的不利于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的隱患。制定優(yōu)化方案并實(shí)施，方案實(shí)施后順利通過(guò)機(jī)組驗(yàn)收，機(jī)組運(yùn)行至今運(yùn)行狀況良好。本文所提出的分析與實(shí)施，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全、穩(wěn)定性，達(dá)到了預(yù)期的效果。