AP1000電廠凝泵B電機誤啟動故障分析

摘要：基于某AP1000電廠調試期間的凝結水泵B電機誤啟動案例，分析了凝結水泵電機自啟動邏輯，闡明了中壓電氣保護裝置SEL710的TRIP信號導致電機誤啟動的原因，從技術方面給出了改進建議。

關鍵詞：誤啟動;自啟動命令;電氣故障跳閘

1? ? 事件描述

電廠1號機組常規島共配備3臺凝結水泵[1]（凝結水泵A/B/C），電廠正常運行時兩臺投入運行，一臺作為熱備用。

調試試驗活動中，主控室操縱人員在將要執行1號機組常規島凝結水泵B中壓電機點動（JOG）時，發現凝結水泵B電機的操作界面顯示灰色，為可不操作狀態。主控室操縱員點選了“RESET”（復歸）按鈕，希望能切換至可操作畫面;但在點選“RESET”（復歸）按鈕之后，凝結水泵B電機發生了預期之外的誤啟動。工作負責人在就地發現凝結水泵B電機誤啟動之后，緊急通知主控室操縱員斷開凝結水泵B電機中壓斷路器。主控室操縱員在接到工作負責人的緊急停泵指令后，手動點選“STOP”（停止）按鈕，凝結水泵B電機中壓斷路器分閘，但該斷路器在分閘之后又馬上合閘，凝結水泵B電機第二次誤啟動。此時現場人員初步判斷凝結水泵B電機的自啟動邏輯可能存在問題，在找到該電機誤啟動的具體原因之前，主控室操縱員在后臺先將凝結水泵B電機置于“LOCK”（閉鎖）狀態，以防止該電機再次誤啟動，并通知相關電氣/儀控系統工程師進行問題查找和原因分析。試驗活動中，現場人員嚴格按照程序及應急方案執行，在就地設備進行檢查時，將中壓斷路器置于安全位置，在電機點動和空載之前，清理現場，疏散人員，因此此次凝結水泵B電機的誤啟動未對人員和設備造成損害。

2? ? 電動機誤啟動原因分析

2.1? ? 凝結水泵B電機啟動邏輯

凝結水泵B電機啟動邏輯如圖1所示。由啟動邏輯可知，啟動可以分為人為啟動和非人為啟動兩大類。人為啟動由主控室操縱員人為發出點動（JOG）或啟動（ON）命令。

非人為啟動又分為兩種情況：

（1）凝結水泵出口壓力低導致的啟動。邏輯為B泵電機處于自動模式（AUTO），A、C泵電機已經至少有一臺處于運行狀態，且凝結水泵出口壓力低于定值，此時B泵電機將啟動。

（2）凝結水泵電機跳閘（TRIP）引起的自啟動。邏輯為B泵電機自啟動命令（AUTO START COMMAND）發出。

該次調試活動中，主控室操縱員未發出控制命令凝結水泵B電機就自行啟動，因此不屬于人為啟動;凝結水泵A、C電機均處于停機狀態，不滿足非人為啟動中的第（1）種情況，據此初步判斷該次凝結水泵B電機誤啟動屬于非人為啟動的第（2）種情況。

2.2? ? 凝結水泵B電機自啟動命令邏輯

凝結水泵B電機自啟動命令（AUTO START COMMAND）邏輯如圖2所示。

試驗開始前，凝結水泵B處于STOP（停機）狀態，滿足邏輯第②條;當主控室操縱員點選“復歸”按鈕后，凝結水泵B置于ATUO狀態（無JOG、ON、OFF或LOCK等命令），滿足邏輯第①條;經調查了解，在該次調試活動的前一天凝結水泵A電機空載試驗結束后，凝結水泵A電機中壓柜的保護裝置電源熔絲4FU被退出運行，保護裝置失電，該保護裝置為SEL710[2]綜保裝置，在失電時保護裝置的所有開出量接點打開，因此產生了TRIP信號（該信號為接點打開報警），滿足邏輯條件第③條。綜上所述，凝結水泵B電機自啟動命令（AUTO START COMMAND）條件滿足，電機自啟動。

2.3? ? TRIP信號設計

凝結水泵B電機誤啟動是由電機自啟動命令（AUTO START COMMAND）造成的，而其中關鍵因素是凝結水泵A電機中壓柜保護裝置SEL710失電產生的TRIP信號。根據設計文件，SEL710保護裝置的TRIP信號邏輯為電氣故障跳閘時TRIP信號值為0，對應的接點打開，儀控系統收到該信號，判斷為相應的凝結水泵電機跳閘。正常情況下TRIP信號值為1，接點閉合，儀控系統收到該信號判斷為相應的凝結水泵電機無跳閘。TRIP信號的邏輯如圖3所示。

SEL710保護裝置在失去電源時全部的開出接點都會打開，其中就包括了TRIP信號，儀控系統收到的信號值為0，判斷相應的凝結水泵跳閘;另外，如果TRIP信號報警回路斷線，儀控系統同樣收到的TRIP信號值為0，判斷相應的凝結水泵跳閘。

綜上可知，TRIP信號定義為開接點報警，除了電機跳閘本身可以產生報警信號外，裝置失電或回路斷線均可以產生該信號，導致報警信息不能準確地反映實際故障原因。但是開接點報警的設計可以保證當非預期故障發生時（SEL710裝置失電或TRIP回路斷線），主控室同樣可以第一時間收到報警信號，并由相應人員查明原因;如果將TRIP信號改為閉接點報警（即正常時TRIP信號接點打開，有電氣故障跳閘時TRIP信號接點閉合），則當非預期故障發生時（SEL710裝置失電或TRIP回路斷線），SEL710的TRIP信號接點將一直處于打開狀態，主控室將一直判斷下游電氣設備狀態正常，于是實際發生的非預期故障將一直存在而不被發現，成為電廠長期安全運行的一個隱患。尤其是回路斷線故障，如果不能被及時發現，則當TRIP信號正確動作閉合時信號也不能被送到儀控系統，從而會引起更嚴重的故障。雖然TRIP信號設計為開接點報警會導致報警信息不準確，但是卻能更全面地反映電氣故障、SEL710裝置狀態以及信號回路的完整性，因此單獨作為一個報警信號使用時，TRIP信號的設計是合理的。不過，當TRIP信號不僅僅作為一個報警信號，而要參與其他邏輯運算時（如電動機自啟動邏輯），就會因為其報警信息不準確而可能導致非預期結果（電動機非預期的自啟動）。

3? ? 改進建議

基于上述原因分析，從消除電動機誤啟動的角度出發，可以從技術方面進行改進。

SEL710裝置發出的“TRIP信號”實際包含了三種可能信息：電氣故障跳閘、SEL710裝置失電、TRIP信號回路斷線。儀控系統對TRIP信號的定義只是電氣故障跳閘。可以從消除多余信息的角度，在儀控系統邏輯中對來自SEL710裝置的TRIP信號做相應的邏輯運算來消除多余的信息（SEL710裝置失電、TRIP信號回路斷線），從而得到單一的電氣故障跳閘信號。以凝結水泵A為例，改進后凝結水泵A電機電氣故障跳閘信號邏輯如圖4所示。

斷路器分閘信號的上升沿信號：采用斷路器常閉輔助觸點由開到閉的變位，當斷路器分閘時，該輔助觸點將由分開變為閉合。該輔助觸點屬于已有設計內容，無需修改接線圖。

SEL710裝置發出的READY信號：當中壓斷路器在工作位、控制選在遠方、中繼控制電源有電、斷路器在工作位置以及合閘彈簧儲能等條件都滿足時，READY信號接點閉合。該輔助觸點屬于已有設計內容，無需修改接線圖。

由圖4的邏輯可知，當凝結水泵A的SEL710裝置失電時，READY信號為0，凝結水泵A電氣故障跳閘信號邏輯不成立;當凝結水泵A斷路器處于工作位合閘狀態且SEL710的TRIP信號回路斷線時，斷路器實際處于合閘狀態，因此沒有斷路器分閘信號的上升沿信號，凝結水泵A電氣故障跳閘信號邏輯不成立;當凝結水泵A斷路器處于工作位分閘狀態且SEL710的TRIP信號回路斷線時，因為斷路器一直處于分閘狀態，因此沒有斷路器分閘信號的上升沿信號，凝結水泵A電氣故障跳閘信號邏輯不成立。綜上所述，經過邏輯運算后得到的“凝結水泵電氣故障跳閘信號”已經排除了SEL710裝置失電和SEL710裝置本身TRIP信號回路斷線的干擾，可以參與凝結水泵自啟動命令（AUTO START COMMAND）的邏輯運算。

4? ? 結語

本文分析了凝結水泵電機誤啟動的原因，關鍵因素是電氣保護裝置SEL710發出的TRIP信號包含多余的信息（SEL710裝置失電、TRIP信號回路斷線）。通過在儀控系統的邏輯運算中引入其他電氣信號實現了消除多余信息的目的，從而可以降低凝結水泵電機誤啟動的可能性。然而，誤啟動和拒啟動是一對矛盾，在降低誤啟動可能性的同時，拒啟動的可能性會隨之增加，因此技術改進建議應該在評估凝結水泵電機誤啟動和拒啟動的風險之后，謹慎采納。

[參考文獻]

[1] 顧軍.AP1000核電廠系統與設備[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

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