AP1000電廠凝泵B電機(jī)誤啟動(dòng)故障分析

摘要：基于某AP1000電廠調(diào)試期間的凝結(jié)水泵B電機(jī)誤啟動(dòng)案例，分析了凝結(jié)水泵電機(jī)自啟動(dòng)邏輯，闡明了中壓電氣保護(hù)裝置SEL710的TRIP信號(hào)導(dǎo)致電機(jī)誤啟動(dòng)的原因，從技術(shù)方面給出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：誤啟動(dòng);自啟動(dòng)命令;電氣故障跳閘

1? ? 事件描述

電廠1號(hào)機(jī)組常規(guī)島共配備3臺(tái)凝結(jié)水泵[1]（凝結(jié)水泵A/B/C），電廠正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)投入運(yùn)行，一臺(tái)作為熱備用。

調(diào)試試驗(yàn)活動(dòng)中，主控室操縱人員在將要執(zhí)行1號(hào)機(jī)組常規(guī)島凝結(jié)水泵B中壓電機(jī)點(diǎn)動(dòng)（JOG）時(shí)，發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水泵B電機(jī)的操作界面顯示灰色，為可不操作狀態(tài)。主控室操縱員點(diǎn)選了“RESET”（復(fù)歸）按鈕，希望能切換至可操作畫(huà)面;但在點(diǎn)選“RESET”（復(fù)歸）按鈕之后，凝結(jié)水泵B電機(jī)發(fā)生了預(yù)期之外的誤啟動(dòng)。工作負(fù)責(zé)人在就地發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水泵B電機(jī)誤啟動(dòng)之后，緊急通知主控室操縱員斷開(kāi)凝結(jié)水泵B電機(jī)中壓斷路器。主控室操縱員在接到工作負(fù)責(zé)人的緊急停泵指令后，手動(dòng)點(diǎn)選“STOP”（停止）按鈕，凝結(jié)水泵B電機(jī)中壓斷路器分閘，但該斷路器在分閘之后又馬上合閘，凝結(jié)水泵B電機(jī)第二次誤啟動(dòng)。此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員初步判斷凝結(jié)水泵B電機(jī)的自啟動(dòng)邏輯可能存在問(wèn)題，在找到該電機(jī)誤啟動(dòng)的具體原因之前，主控室操縱員在后臺(tái)先將凝結(jié)水泵B電機(jī)置于“LOCK”（閉鎖）狀態(tài)，以防止該電機(jī)再次誤啟動(dòng)，并通知相關(guān)電氣/儀控系統(tǒng)工程師進(jìn)行問(wèn)題查找和原因分析。試驗(yàn)活動(dòng)中，現(xiàn)場(chǎng)人員嚴(yán)格按照程序及應(yīng)急方案執(zhí)行，在就地設(shè)備進(jìn)行檢查時(shí)，將中壓斷路器置于安全位置，在電機(jī)點(diǎn)動(dòng)和空載之前，清理現(xiàn)場(chǎng)，疏散人員，因此此次凝結(jié)水泵B電機(jī)的誤啟動(dòng)未對(duì)人員和設(shè)備造成損害。

2? ? 電動(dòng)機(jī)誤啟動(dòng)原因分析

2.1? ? 凝結(jié)水泵B電機(jī)啟動(dòng)邏輯

凝結(jié)水泵B電機(jī)啟動(dòng)邏輯如圖1所示。由啟動(dòng)邏輯可知，啟動(dòng)可以分為人為啟動(dòng)和非人為啟動(dòng)兩大類(lèi)。人為啟動(dòng)由主控室操縱員人為發(fā)出點(diǎn)動(dòng)（JOG）或啟動(dòng)（ON）命令。

非人為啟動(dòng)又分為兩種情況：

（1）凝結(jié)水泵出口壓力低導(dǎo)致的啟動(dòng)。邏輯為B泵電機(jī)處于自動(dòng)模式（AUTO），A、C泵電機(jī)已經(jīng)至少有一臺(tái)處于運(yùn)行狀態(tài)，且凝結(jié)水泵出口壓力低于定值，此時(shí)B泵電機(jī)將啟動(dòng)。

（2）凝結(jié)水泵電機(jī)跳閘（TRIP）引起的自啟動(dòng)。邏輯為B泵電機(jī)自啟動(dòng)命令（AUTO START COMMAND）發(fā)出。

該次調(diào)試活動(dòng)中，主控室操縱員未發(fā)出控制命令凝結(jié)水泵B電機(jī)就自行啟動(dòng)，因此不屬于人為啟動(dòng);凝結(jié)水泵A、C電機(jī)均處于停機(jī)狀態(tài)，不滿足非人為啟動(dòng)中的第（1）種情況，據(jù)此初步判斷該次凝結(jié)水泵B電機(jī)誤啟動(dòng)屬于非人為啟動(dòng)的第（2）種情況。

2.2? ? 凝結(jié)水泵B電機(jī)自啟動(dòng)命令邏輯

凝結(jié)水泵B電機(jī)自啟動(dòng)命令（AUTO START COMMAND）邏輯如圖2所示。

試驗(yàn)開(kāi)始前，凝結(jié)水泵B處于STOP（停機(jī)）狀態(tài)，滿足邏輯第②條;當(dāng)主控室操縱員點(diǎn)選“復(fù)歸”按鈕后，凝結(jié)水泵B置于ATUO狀態(tài)（無(wú)JOG、ON、OFF或LOCK等命令），滿足邏輯第①條;經(jīng)調(diào)查了解，在該次調(diào)試活動(dòng)的前一天凝結(jié)水泵A電機(jī)空載試驗(yàn)結(jié)束后，凝結(jié)水泵A電機(jī)中壓柜的保護(hù)裝置電源熔絲4FU被退出運(yùn)行，保護(hù)裝置失電，該保護(hù)裝置為SEL710[2]綜保裝置，在失電時(shí)保護(hù)裝置的所有開(kāi)出量接點(diǎn)打開(kāi)，因此產(chǎn)生了TRIP信號(hào)（該信號(hào)為接點(diǎn)打開(kāi)報(bào)警），滿足邏輯條件第③條。綜上所述，凝結(jié)水泵B電機(jī)自啟動(dòng)命令（AUTO START COMMAND）條件滿足，電機(jī)自啟動(dòng)。

2.3? ? TRIP信號(hào)設(shè)計(jì)

凝結(jié)水泵B電機(jī)誤啟動(dòng)是由電機(jī)自啟動(dòng)命令（AUTO START COMMAND）造成的，而其中關(guān)鍵因素是凝結(jié)水泵A電機(jī)中壓柜保護(hù)裝置SEL710失電產(chǎn)生的TRIP信號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，SEL710保護(hù)裝置的TRIP信號(hào)邏輯為電氣故障跳閘時(shí)TRIP信號(hào)值為0，對(duì)應(yīng)的接點(diǎn)打開(kāi)，儀控系統(tǒng)收到該信號(hào)，判斷為相應(yīng)的凝結(jié)水泵電機(jī)跳閘。正常情況下TRIP信號(hào)值為1，接點(diǎn)閉合，儀控系統(tǒng)收到該信號(hào)判斷為相應(yīng)的凝結(jié)水泵電機(jī)無(wú)跳閘。TRIP信號(hào)的邏輯如圖3所示。

SEL710保護(hù)裝置在失去電源時(shí)全部的開(kāi)出接點(diǎn)都會(huì)打開(kāi)，其中就包括了TRIP信號(hào)，儀控系統(tǒng)收到的信號(hào)值為0，判斷相應(yīng)的凝結(jié)水泵跳閘;另外，如果TRIP信號(hào)報(bào)警回路斷線，儀控系統(tǒng)同樣收到的TRIP信號(hào)值為0，判斷相應(yīng)的凝結(jié)水泵跳閘。

綜上可知，TRIP信號(hào)定義為開(kāi)接點(diǎn)報(bào)警，除了電機(jī)跳閘本身可以產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)外，裝置失電或回路斷線均可以產(chǎn)生該信號(hào)，導(dǎo)致報(bào)警信息不能準(zhǔn)確地反映實(shí)際故障原因。但是開(kāi)接點(diǎn)報(bào)警的設(shè)計(jì)可以保證當(dāng)非預(yù)期故障發(fā)生時(shí)（SEL710裝置失電或TRIP回路斷線），主控室同樣可以第一時(shí)間收到報(bào)警信號(hào)，并由相應(yīng)人員查明原因;如果將TRIP信號(hào)改為閉接點(diǎn)報(bào)警（即正常時(shí)TRIP信號(hào)接點(diǎn)打開(kāi)，有電氣故障跳閘時(shí)TRIP信號(hào)接點(diǎn)閉合），則當(dāng)非預(yù)期故障發(fā)生時(shí)（SEL710裝置失電或TRIP回路斷線），SEL710的TRIP信號(hào)接點(diǎn)將一直處于打開(kāi)狀態(tài)，主控室將一直判斷下游電氣設(shè)備狀態(tài)正常，于是實(shí)際發(fā)生的非預(yù)期故障將一直存在而不被發(fā)現(xiàn)，成為電廠長(zhǎng)期安全運(yùn)行的一個(gè)隱患。尤其是回路斷線故障，如果不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則當(dāng)TRIP信號(hào)正確動(dòng)作閉合時(shí)信號(hào)也不能被送到儀控系統(tǒng)，從而會(huì)引起更嚴(yán)重的故障。雖然TRIP信號(hào)設(shè)計(jì)為開(kāi)接點(diǎn)報(bào)警會(huì)導(dǎo)致報(bào)警信息不準(zhǔn)確，但是卻能更全面地反映電氣故障、SEL710裝置狀態(tài)以及信號(hào)回路的完整性，因此單獨(dú)作為一個(gè)報(bào)警信號(hào)使用時(shí)，TRIP信號(hào)的設(shè)計(jì)是合理的。不過(guò)，當(dāng)TRIP信號(hào)不僅僅作為一個(gè)報(bào)警信號(hào)，而要參與其他邏輯運(yùn)算時(shí)（如電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)邏輯），就會(huì)因?yàn)槠鋱?bào)警信息不準(zhǔn)確而可能導(dǎo)致非預(yù)期結(jié)果（電動(dòng)機(jī)非預(yù)期的自啟動(dòng)）。

3? ? 改進(jìn)建議

基于上述原因分析，從消除電動(dòng)機(jī)誤啟動(dòng)的角度出發(fā)，可以從技術(shù)方面進(jìn)行改進(jìn)。

SEL710裝置發(fā)出的“TRIP信號(hào)”實(shí)際包含了三種可能信息：電氣故障跳閘、SEL710裝置失電、TRIP信號(hào)回路斷線。儀控系統(tǒng)對(duì)TRIP信號(hào)的定義只是電氣故障跳閘?？梢詮南嘤嘈畔⒌慕嵌龋趦x控系統(tǒng)邏輯中對(duì)來(lái)自SEL710裝置的TRIP信號(hào)做相應(yīng)的邏輯運(yùn)算來(lái)消除多余的信息（SEL710裝置失電、TRIP信號(hào)回路斷線），從而得到單一的電氣故障跳閘信號(hào)。以凝結(jié)水泵A為例，改進(jìn)后凝結(jié)水泵A電機(jī)電氣故障跳閘信號(hào)邏輯如圖4所示。

斷路器分閘信號(hào)的上升沿信號(hào)：采用斷路器常閉輔助觸點(diǎn)由開(kāi)到閉的變位，當(dāng)斷路器分閘時(shí)，該輔助觸點(diǎn)將由分開(kāi)變?yōu)殚]合。該輔助觸點(diǎn)屬于已有設(shè)計(jì)內(nèi)容，無(wú)需修改接線圖。

SEL710裝置發(fā)出的READY信號(hào)：當(dāng)中壓斷路器在工作位、控制選在遠(yuǎn)方、中繼控制電源有電、斷路器在工作位置以及合閘彈簧儲(chǔ)能等條件都滿足時(shí)，READY信號(hào)接點(diǎn)閉合。該輔助觸點(diǎn)屬于已有設(shè)計(jì)內(nèi)容，無(wú)需修改接線圖。

由圖4的邏輯可知，當(dāng)凝結(jié)水泵A的SEL710裝置失電時(shí)，READY信號(hào)為0，凝結(jié)水泵A電氣故障跳閘信號(hào)邏輯不成立;當(dāng)凝結(jié)水泵A斷路器處于工作位合閘狀態(tài)且SEL710的TRIP信號(hào)回路斷線時(shí)，斷路器實(shí)際處于合閘狀態(tài)，因此沒(méi)有斷路器分閘信號(hào)的上升沿信號(hào)，凝結(jié)水泵A電氣故障跳閘信號(hào)邏輯不成立;當(dāng)凝結(jié)水泵A斷路器處于工作位分閘狀態(tài)且SEL710的TRIP信號(hào)回路斷線時(shí)，因?yàn)閿嗦菲饕恢碧幱诜珠l狀態(tài)，因此沒(méi)有斷路器分閘信號(hào)的上升沿信號(hào)，凝結(jié)水泵A電氣故障跳閘信號(hào)邏輯不成立。綜上所述，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后得到的“凝結(jié)水泵電氣故障跳閘信號(hào)”已經(jīng)排除了SEL710裝置失電和SEL710裝置本身TRIP信號(hào)回路斷線的干擾，可以參與凝結(jié)水泵自啟動(dòng)命令（AUTO START COMMAND）的邏輯運(yùn)算。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文分析了凝結(jié)水泵電機(jī)誤啟動(dòng)的原因，關(guān)鍵因素是電氣保護(hù)裝置SEL710發(fā)出的TRIP信號(hào)包含多余的信息（SEL710裝置失電、TRIP信號(hào)回路斷線）。通過(guò)在儀控系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算中引入其他電氣信號(hào)實(shí)現(xiàn)了消除多余信息的目的，從而可以降低凝結(jié)水泵電機(jī)誤啟動(dòng)的可能性。然而，誤啟動(dòng)和拒啟動(dòng)是一對(duì)矛盾，在降低誤啟動(dòng)可能性的同時(shí)，拒啟動(dòng)的可能性會(huì)隨之增加，因此技術(shù)改進(jìn)建議應(yīng)該在評(píng)估凝結(jié)水泵電機(jī)誤啟動(dòng)和拒啟動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)之后，謹(jǐn)慎采納。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 顧軍.AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2010.

[2] SEL-710 Motor Protection Relay Instruction Manual[Z].

收稿日期：2020-04-21

作者簡(jiǎn)介：王中元（1987—），男，山東萊州人，工程師，研究方向：核電廠設(shè)備管理。