核電廠應(yīng)急柴油機(jī)潤(rùn)滑油壓故障分析及優(yōu)化

方國(guó)峰，沈 屹

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314000）

0 引言

核電廠內(nèi)應(yīng)急交流電源由4 臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，分別為帶應(yīng)急廠用設(shè)備的6.6 kV 交流應(yīng)急配電系統(tǒng)LHA 和LHB配電盤(pán)供電。在廠外主電源和廠外備用電源均失去的情況下，核電站兩個(gè)核電機(jī)組的每臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組都有能力滿(mǎn)足應(yīng)急廠用設(shè)備用電要求，以確保反應(yīng)堆安全停堆，并防止由于外部系統(tǒng)失電而導(dǎo)致重要設(shè)備的損壞，是核電廠的重要安全保障。其單線(xiàn)圖如圖1 所示。

圖1 6.6 kV 交流應(yīng)急電源控制系統(tǒng)單線(xiàn)圖

柴油機(jī)需每月進(jìn)行一次滿(mǎn)功率試驗(yàn)，用于確保柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)和在滿(mǎn)功率下的運(yùn)行性能（100%額定功率）。

1 2LHQ 滿(mǎn)功率試驗(yàn)期間潤(rùn)滑油壓故障簡(jiǎn)述

2016 年8 月12 日?qǐng)?zhí)行2#機(jī)組B 列應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組2LHQ 滿(mǎn)功率試驗(yàn)PT2LHQ001，帶載運(yùn)行40 min 后柴油機(jī)跳閘，就地檢查發(fā)現(xiàn)閃發(fā)潤(rùn)滑油壓力低信號(hào)報(bào)警。儀控在線(xiàn)更換輸入模塊后，重新執(zhí)行試驗(yàn)，帶載運(yùn)行76 min 后柴油機(jī)再次出現(xiàn)潤(rùn)滑油壓力低信號(hào)報(bào)警，造成柴油機(jī)跳閘，第二次試驗(yàn)失敗。

2 基于故障現(xiàn)象的分析和處理

2.1 2LHQ 應(yīng)急柴油機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)

2LHQ 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的保護(hù)有定期試驗(yàn)保護(hù)和應(yīng)急保護(hù)兩種。在定期試驗(yàn)中投入的保護(hù)主要分為柴油機(jī)引擎部分和發(fā)電機(jī)部分兩大類(lèi)保護(hù)。這些停機(jī)保護(hù)在應(yīng)急啟動(dòng)時(shí)都被閉鎖，以確保核電站事故工況下柴油發(fā)電機(jī)組的可用性。其中活塞冷卻潤(rùn)滑油壓力信號(hào)通道如圖2 所示：

圖2 活塞冷卻潤(rùn)滑油壓力信號(hào)通道

2.2 故障的可能原因

兩次試驗(yàn)，均出現(xiàn)潤(rùn)滑油壓力低信號(hào)報(bào)警閃發(fā)的現(xiàn)象，可能的故障如下：

（1）柴油機(jī)本體上活塞冷卻潤(rùn)滑油實(shí)際壓力低。

（2）352CR 箱內(nèi)PLC1 輸入卡件故障。

（3）352CR 箱內(nèi)通信模塊故障。

（4）500AR 箱內(nèi)通信模塊故障。

（5）500AR 箱內(nèi)PLC2 進(jìn)行邏輯運(yùn)算錯(cuò)誤。

2.3 故障的原因分析

第一次試驗(yàn)跳閘，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行至12：35：46 時(shí)，突發(fā)“Pistion Cooling Oil Pressure＜0.65 MPa（6.5 bar）”（活塞冷卻潤(rùn)滑油壓力低）2LHQ157MP 壓力低報(bào)警和“Valve Gear Oil Pressure＜0.45 MPa（4.5 bar）”（齒輪箱潤(rùn)滑油壓力低）2LHQ155MP 壓力低報(bào)警，2LHQ157/155MP 壓力同時(shí)突變?yōu)?。2LHQ157MP 持續(xù)3 s 后觸發(fā)跳機(jī)，試驗(yàn)失敗。

機(jī)組跳機(jī)后，12：35：51，HQ157/155MP 壓力同時(shí)恢復(fù)正常，后壓力穩(wěn)步下降。因信號(hào)2LHQ157/155MP 壓力在兩次采樣數(shù)據(jù)內(nèi)由正常數(shù)據(jù)突變?yōu)?，3 s 后又恢復(fù)正常。此時(shí)柴油機(jī)本體上潤(rùn)滑油卸壓閥2LHQ187VH 處于關(guān)閉狀態(tài)，并未開(kāi)啟，可以判斷不是真實(shí)油壓低信號(hào)。2LHQ157/155MP 數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)一致而兩個(gè)壓力信號(hào)取樣點(diǎn)不同，可以排除就地變送器故障。

檢查就地2LHQ157/155MP 通道回路接線(xiàn)無(wú)松動(dòng)，初步分析為信號(hào)采集的PLC 輸入卡件故障，更換卡件后柴油機(jī)壓力顯示正常，信號(hào)傳輸正確，無(wú)故障報(bào)警。聯(lián)系主控重新執(zhí)行試驗(yàn)。

19：40，再次執(zhí)行試驗(yàn)，柴油機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行至20：56：28 時(shí)，觸發(fā)“LHQ204MT RESISTANCE THERMOMETER ENGINE COOLANT PREHEATING T＜R”冷卻水溫度低報(bào)警，同時(shí)觸發(fā)2LHQ157/155MP 壓力低報(bào)警，且壓力同時(shí)突變?yōu)?。柴油機(jī)再次停機(jī)，試驗(yàn)失敗。

進(jìn)一步查看歷史曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)，20：56：28 時(shí)2LHQ155/157MP 突變?yōu)?，157MP 持續(xù)3 s 觸發(fā)跳機(jī)，信號(hào)在第二次采樣數(shù)據(jù)時(shí)恢復(fù)正常。這次觸發(fā)信號(hào)同時(shí)有2LHQ204MT 溫度低報(bào)警，信號(hào)也在第二次采樣數(shù)據(jù)時(shí)恢復(fù)正常，這些信號(hào)是由通信卡傳輸至上位機(jī)。判斷為2LHQ352CR 箱內(nèi)信號(hào)傳輸故障。信號(hào)傳輸故障包括：通信線(xiàn)故障、電源故障，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)安裝在柴油機(jī)本體上的2LHQ352CR 箱內(nèi)通信卡電源接插件有松動(dòng)，拆除接插件發(fā)現(xiàn)其卡口處有磨損現(xiàn)象。因該缺陷在柴油機(jī)啟動(dòng)后受振動(dòng)影響導(dǎo)致通信卡失電，2LHQ157/155MP 等信號(hào)傳輸中斷，經(jīng)邏輯處理延時(shí)3 s后保護(hù)停機(jī)。儀控人員更換接插件，并于13 日13：00 時(shí)再次進(jìn)行2LHQ 柴油機(jī)滿(mǎn)功率試驗(yàn)，柴油機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行正常，試驗(yàn)合格。

2.4 故障最終原因

通過(guò)對(duì)故障處理過(guò)程的分析及最終處理結(jié)果，結(jié)合通信模塊電源插槽及插頭的磨損情況，可以得出，通信卡電源線(xiàn)插槽磨損引起了通信連接口的松動(dòng)。雖然在柴油機(jī)未啟動(dòng)時(shí)（靜態(tài)）仍能傳輸信號(hào)，但當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)后，因柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)本體振動(dòng)較大，造成了通信端口的短時(shí)虛接，形成短時(shí)通信中斷，最終導(dǎo)致柴油機(jī)保護(hù)跳機(jī)，試驗(yàn)失敗。

3 振動(dòng)對(duì)柴油機(jī)本體上設(shè)備的影響分析和優(yōu)化

3.1 振動(dòng)對(duì)柴油機(jī)本體上設(shè)備的影響分析

根據(jù)《秦山核電廠擴(kuò)建項(xiàng)目（方家山核電工程）最終安全分析報(bào)告》3.10 章節(jié)，柴油機(jī)廠房相關(guān)儀表和電氣設(shè)備的抗震等級(jí)滿(mǎn)足GB 50267—2019《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中安全停堆地震（SSE）設(shè)計(jì)和鑒定的標(biāo)準(zhǔn)，即抗震I 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

柴油機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不平衡擾力，在動(dòng)荷載作用下，將引起構(gòu)件的動(dòng)應(yīng)力，造成動(dòng)力疲勞、應(yīng)力集中，影響整體或局部的動(dòng)力穩(wěn)定。對(duì)此維修人員聯(lián)系測(cè)振部門(mén)對(duì)運(yùn)行期間的柴油機(jī)本體及2LHQ352CR 端子箱進(jìn)行測(cè)振，測(cè)振結(jié)果顯示：柴油機(jī)本體振動(dòng)振幅為11.48 mm，2LHQ352CR 端子箱振動(dòng)振幅達(dá)38.28 mm。2LHQ352CR 端子箱的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柴油機(jī)本體。

2LHQ352CR 端子箱直接固定安裝在柴油機(jī)本體上，柴油機(jī)本體設(shè)計(jì)屬于抗震設(shè)備，但是經(jīng)過(guò)柴油機(jī)長(zhǎng)期試驗(yàn)運(yùn)行，柴油機(jī)本體上振動(dòng)會(huì)傳遞并放大到信號(hào)采集箱2LHQ352CR 上，長(zhǎng)時(shí)間劇烈振動(dòng)，最終導(dǎo)致通信卡電源接插件卡口磨損、電源線(xiàn)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

3.2 優(yōu)化措施與推廣應(yīng)用

3.2.1 排查同類(lèi)柴油機(jī)組上端子箱振動(dòng)的隱患

基于本次2LHQ352CR 端子箱內(nèi)插件松脫的影響，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)另外4 臺(tái)柴油機(jī)集中進(jìn)行了一次排查，發(fā)現(xiàn)有兩臺(tái)安裝在柴油機(jī)本體上的端子箱內(nèi)接線(xiàn)端子同樣存在松動(dòng)現(xiàn)象。

同時(shí)，針對(duì)安裝于柴油機(jī)本體的同類(lèi)設(shè)備進(jìn)行測(cè)振，并全面梳理，發(fā)現(xiàn)0LHS352CR、1LHP352CR 等5 個(gè)端子箱均存在柴油機(jī)運(yùn)行期間振動(dòng)高的現(xiàn)象。

3.2.2 優(yōu)化措施

針對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較大的現(xiàn)狀，提出將安裝于柴油機(jī)本體上的振動(dòng)較大端子箱移出柴油機(jī)本體單獨(dú)安裝的改進(jìn)方案：①將柴油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)柜支撐架的生根點(diǎn)由振動(dòng)較大的柴油機(jī)上移動(dòng)到地面上；②不改變?cè)袡C(jī)柜的抗震設(shè)計(jì)，只將固定支架的生根點(diǎn)移位到柴油機(jī)旁的基礎(chǔ)地面上。

該方案經(jīng)設(shè)計(jì)院核實(shí)認(rèn)可，在自重和地震荷載作用下，將端子箱移出柴油機(jī)本體單獨(dú)安裝，支架的應(yīng)力、緊固螺栓、膨脹螺栓荷載均滿(mǎn)足RCC-M 規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)柜改進(jìn)效果

改造實(shí)施后設(shè)備的可靠性顯著提高：1LHP/LHQ 于102 大修期間改造完成，2016 年10 月運(yùn)行至今各完成試驗(yàn)50 次；2LHP/LHQ 于202 大修期間改造完成，2016 年12 月運(yùn)行至今各完成試驗(yàn)48 次；0LHS 于2017 年2 月改造完成，至今完成試驗(yàn)45次。均未發(fā)生類(lèi)似端子或接插件等損壞/松動(dòng)造成的跳機(jī)事件。

改造實(shí)施前352CR 端子箱振動(dòng)振幅達(dá)38.28 mm，而改造實(shí)施后其振幅均≤20 mm。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)柴油機(jī)滿(mǎn)功率試驗(yàn)失敗故障的深入分析，精準(zhǔn)定位了導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的原因，并成功處理問(wèn)題，確保了試驗(yàn)的成功按期執(zhí)行。同時(shí)，針對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大易造成安裝與本體上的儀控部件損壞的可能性，對(duì)部分實(shí)測(cè)振動(dòng)值高的端子箱的安裝方式進(jìn)行了優(yōu)化，有力的保障了同類(lèi)端子或接插件等損壞/松動(dòng)造成的跳機(jī)事件不再發(fā)生。提高了柴油機(jī)滿(mǎn)功率試驗(yàn)的可靠性，進(jìn)一步滿(mǎn)足電廠技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求。本項(xiàng)改進(jìn)可以為其他在建或在運(yùn)行核電廠提供改造的參考。