一種核電站應(yīng)急柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)的方法和系統(tǒng)

李 鋒 蔡文珍

（福建寧德核電有限公司，福建 福鼎355200）

0 引言

核電站應(yīng)急柴油機(jī)是核安全相關(guān)系統(tǒng)，它作為6.6kV應(yīng)急母線(xiàn)供電后備電源，確保了應(yīng)急母線(xiàn)電源的可靠性。

現(xiàn)有技術(shù)中通常采用應(yīng)急柴油機(jī)事件記錄儀裝置對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄，其記錄數(shù)據(jù)僅包括柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)，導(dǎo)致僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警時(shí)序的記錄，由于現(xiàn)有技術(shù)手段所限所述應(yīng)急柴油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中很多重要信號(hào)記錄的數(shù)量和種類(lèi)較少，無(wú)法完整地再現(xiàn)所述應(yīng)急柴油及出現(xiàn)故障后的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程，進(jìn)而對(duì)故障的準(zhǔn)確定位和診斷產(chǎn)生影響。

例如，柴油機(jī)本體上調(diào)速器油門(mén)桿原為一個(gè)行程測(cè)量指示器，行程距離為35 mm，角度為0°～60°的機(jī)械輸出。目前，應(yīng)急柴油機(jī)事件記錄儀裝置并不能記錄油門(mén)桿的工作狀態(tài)。柴油機(jī)在啟動(dòng)期間，一旦油門(mén)桿出現(xiàn)由于設(shè)計(jì)上沒(méi)有遠(yuǎn)傳記錄信號(hào)，在柴油機(jī)試驗(yàn)啟動(dòng)期間，一旦本體調(diào)速器出現(xiàn)卡澀或行程有偏差，將無(wú)法定位故障。再例如，柴油機(jī)本體上的電子調(diào)速器給油門(mén)桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出一個(gè)連續(xù)的0～1A的直流電流調(diào)節(jié)信號(hào)，現(xiàn)有的應(yīng)急柴油機(jī)事件記錄儀裝置無(wú)法對(duì)此調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，一旦電子調(diào)速器異常，則柴油機(jī)將工作失常，難以故障定位。

進(jìn)一步的，由于所述應(yīng)急柴油機(jī)事件記錄儀裝置中的大量數(shù)據(jù)之間相互孤立，無(wú)法形成有效數(shù)據(jù)鏈，只能在有豐富現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的工程師主觀(guān)判斷下，才可從巨量波形數(shù)據(jù)中提取極為少量的故障信息，工作量巨大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。

如何實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障的快速診斷成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題之一。

1 運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)概述

采用大范圍的數(shù)據(jù)采集方案，對(duì)包括柴油機(jī)電子調(diào)速器控制輸出和油門(mén)桿行程等不易進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的信號(hào)加以引入，形成完整柴油機(jī)組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組的全部重要控制參數(shù)和信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。

根據(jù)應(yīng)急柴油機(jī)組的系統(tǒng)構(gòu)成，對(duì)離散型和連續(xù)型輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息分類(lèi)。將應(yīng)急柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及故障診斷記錄儀的歷史數(shù)據(jù)，做為故障診斷的先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)庫(kù)，提供故障診斷報(bào)告。

（1）上述柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)方法中，所述運(yùn)行數(shù)據(jù)至少包括：用于表征柴油機(jī)本體儀表系統(tǒng)、柴油機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)電氣保護(hù)系統(tǒng)、柴油機(jī)油氣水輔助系統(tǒng)、柴油機(jī)組啟停控制系統(tǒng)，選取的信號(hào)點(diǎn)共計(jì)160個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（2）采用非接觸式的測(cè)量方案將電子調(diào)速器直流調(diào)節(jié)信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入；

（3）采用非接觸式的行程/角度變送器，將調(diào)速器油門(mén)桿位置指示變換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入；

（4）記錄故障發(fā)生前后的各種保護(hù)動(dòng)作的時(shí)序及轉(zhuǎn)速電流電壓等模擬量信號(hào)的瞬態(tài)波動(dòng)情況；根據(jù)實(shí)際需要組合出相關(guān)用戶(hù)數(shù)據(jù)格式（報(bào)表、波形及其他圖形等方式）；

（5）根據(jù)應(yīng)急柴油機(jī)組的系統(tǒng)構(gòu)成，采用模塊化的數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息分類(lèi)顯示。應(yīng)急柴油機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)及故障診斷記錄儀的子系統(tǒng)由下列系統(tǒng)構(gòu)成：柴油機(jī)本體儀表系統(tǒng)、柴油機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)電氣保護(hù)系統(tǒng)、柴油機(jī)組油汽水輔助系統(tǒng)、柴油機(jī)組啟停控制系統(tǒng)、柴油機(jī)組同期控制系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2 系統(tǒng)組成

一種柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），包括：

圖1 系統(tǒng)組成圖

（1）數(shù)據(jù)采集單元，用于獲取并記錄柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中用于表征柴油機(jī)各個(gè)工作系統(tǒng)的工作狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；

（2）數(shù)據(jù)分類(lèi)單元，用于判斷獲取到的運(yùn)行數(shù)據(jù)所屬的柴油機(jī)的工作系統(tǒng)；將所述運(yùn)行數(shù)據(jù)添加到與其對(duì)應(yīng)的工作系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)列表中；

（3）顯示器控制單元，用于控制顯示器以預(yù)設(shè)方式顯示所述柴油機(jī)各個(gè)工作系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)列表；

（4）故障判斷單元，用于依據(jù)所述運(yùn)行數(shù)據(jù)判斷所述柴油機(jī)是否出現(xiàn)故障，如果是，向故障診斷單元輸出觸發(fā)信號(hào)；

（5）故障診斷單元，用于當(dāng)獲取到所述故障判斷單元輸出的觸發(fā)信號(hào)后，依據(jù)出現(xiàn)故障時(shí)刻前后預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷分析，依據(jù)分析結(jié)果生成故障診斷報(bào)告。

1.3 狀態(tài)檢測(cè)及故障診斷

采用大范圍的數(shù)據(jù)采集方案，形成較為完整柴油機(jī)組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)的信息錄入方式對(duì)離散型（開(kāi)關(guān)量）和連續(xù)型（模擬量）輸入信號(hào)進(jìn)行記錄，方便后期的信息處理（查詢(xún)、波形生成、數(shù)據(jù)導(dǎo)入等），提高數(shù)據(jù)處理的效率。根據(jù)應(yīng)急柴油機(jī)組的系統(tǒng)構(gòu)成，采用模塊化的數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)離散型和連續(xù)型輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息分類(lèi)。

當(dāng)獲取到運(yùn)行數(shù)據(jù)以后，可以通過(guò)判斷運(yùn)行數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)的方式判斷該運(yùn)行數(shù)據(jù)所屬的工作系統(tǒng)，將其劃分到屬于該工作系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)集合中。當(dāng)然，對(duì)所述運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，也可以通過(guò)分析其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接口的方式確定其對(duì)應(yīng)的工作系統(tǒng)，此時(shí)，當(dāng)獲取到運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)，判斷獲取該運(yùn)行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口的地址信息，由預(yù)設(shè)映射規(guī)則判斷該地址信息對(duì)應(yīng)的工作系統(tǒng)，該地址信息對(duì)應(yīng)的工作系統(tǒng)即為該運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的工作系統(tǒng)，將所述運(yùn)行數(shù)據(jù)劃分到映射得到的工作系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)集合中。

為了使得各個(gè)工作系統(tǒng)下的運(yùn)行數(shù)據(jù)之間具備關(guān)聯(lián)性，可以通過(guò)預(yù)設(shè)規(guī)則將同一工作系統(tǒng)下的運(yùn)行數(shù)據(jù)在同一顯示區(qū)域顯示的方式，使得某一運(yùn)行數(shù)據(jù)和與其相鄰的其他運(yùn)行數(shù)據(jù)之間具備關(guān)聯(lián)性，從而使得用戶(hù)能夠更加快速地判斷某一工作系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)然也可以只顯示用戶(hù)當(dāng)前選擇的工作系統(tǒng)下的運(yùn)行數(shù)據(jù)。在進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示時(shí)，顯示方式可以數(shù)據(jù)列表的方式進(jìn)行顯示，當(dāng)然為了將運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)更加直觀(guān)地展示給用戶(hù)，還可以通過(guò)先將屬于同一采集點(diǎn)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)報(bào)表、數(shù)據(jù)變化曲線(xiàn)或其他圖形的方式展現(xiàn)給用戶(hù)，用戶(hù)可快速判斷該工作系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

依據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)判斷柴油機(jī)是否出現(xiàn)故障，如果是，依據(jù)出現(xiàn)故障時(shí)刻前后預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷分析。同時(shí)利用記錄儀的歷史數(shù)據(jù)做為故障診斷的先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)庫(kù)，結(jié)合當(dāng)前發(fā)生故障的相關(guān)信息，生成故障診斷報(bào)告，提供具有較高準(zhǔn)確度的故障定位，方便維護(hù)人員迅速排除故障。將出現(xiàn)故障時(shí)刻前后預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)作為與生成的故障診斷報(bào)告匹配的故障數(shù)據(jù)，將生成的故障診斷報(bào)告和與其匹配的故障數(shù)據(jù)導(dǎo)入所述歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖2 故障判斷框圖

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

核電站應(yīng)急柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比：

（1）擴(kuò)大了目前應(yīng)急柴油機(jī)記錄儀的數(shù)據(jù)記錄范圍，將原本不宜接入記錄儀的關(guān)鍵數(shù)據(jù)接入應(yīng)急柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及故障診斷記錄儀，為應(yīng)急柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及故障診斷提供了完整的數(shù)據(jù)源。

（2）改變了數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)方式，將原來(lái)孤立的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)形式保存下來(lái)再在其基礎(chǔ)上進(jìn)行處理，可以快速高效完成數(shù)據(jù)后期處理，為數(shù)據(jù)融合和其他衍生功能打下基礎(chǔ)。

（3）數(shù)據(jù)融合后，剔除了大量冗余和無(wú)用數(shù)據(jù)，提取了最有效數(shù)據(jù)，為柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及故障診斷提供直接數(shù)據(jù)源，提供了數(shù)據(jù)處理的效率。

（4）實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估及故障診斷，為應(yīng)急柴油機(jī)的故障處理和運(yùn)行維護(hù)提供了有針對(duì)性的處理方案。

核電站應(yīng)急柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)選取的重要測(cè)點(diǎn)，基本涵蓋柴油機(jī)組的重要參數(shù)，如轉(zhuǎn)速電壓頻率等模擬量，還有輔助系統(tǒng)的狀態(tài)、機(jī)組的啟停機(jī)故障信息等。通過(guò)獲取用于表征柴油機(jī)各個(gè)工作系統(tǒng)的工作狀態(tài)的離散型數(shù)據(jù)和連續(xù)型數(shù)據(jù)，為柴油機(jī)故障處理提供足夠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)還將屬于相同工作系統(tǒng)下的運(yùn)行數(shù)據(jù)添加到同一運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)列表中，使得采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)之間不再孤立，從而更加方便用戶(hù)對(duì)柴油機(jī)工作系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，方便用戶(hù)進(jìn)行故障分析，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)故障的快速定位及診斷。

3 結(jié)語(yǔ)

核電站應(yīng)急柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)記錄各種保護(hù)動(dòng)作的時(shí)序及轉(zhuǎn)速電流電壓等模擬量信號(hào)的瞬態(tài)波動(dòng)情況，為檢測(cè)工作提供了完整的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，生成故障診斷報(bào)告，形成經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)并不斷更新，為應(yīng)急柴油機(jī)的故障處理和運(yùn)行維護(hù)提供了有針對(duì)性的指導(dǎo)，從而確保應(yīng)急柴油機(jī)安全可靠運(yùn)行，保證核電站應(yīng)急電源的可靠性。