應急狀態下發電機密封油系統直流應急油泵啟動缺陷分析

李秀臣

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000）

1 存在的問題

某電站在進行3號機組大修后沖轉時，由于三通閥響應異常，導致發電機密封油系統主密封油泵出口油壓低于觸發值（600 kPa），從而引發交流應急油泵和直流應急油泵啟動。直流應急油泵301PO兩次啟停后，按正常邏輯需再次啟動，但直流應急油泵未自動啟動，并且主控手動無法再次啟動。調整102VH后，系統壓力恢復正常，主控強制停運信號后，直流應急油泵正常啟動。經分析發現，功率運行期間，發電機密封油系統緊急情況下直流應急油泵301PO也有可能因無法自動或手動啟動而失去作用，存在發電機氫氣泄露風險。故障時，油氫壓差短時低于跳機值（20 kPa），由于未超過5 s延時，因此未造成較大后果。

2 發電機密封油系統直流應急油泵功能介紹

發電機密封油系統直流應急油泵主要功能有以下3點。一是當油氫壓差低于30 kPa（報警）或20 kPa（跳機）時，為防止發電機漏氫，直流應急油泵301PO可作為密封油系統的最后一道動力屏障。二是當主密封油泵101PO和交流應急油泵201PO發生故障或出力不足時，作為應急備用回路保障油氫壓差在跳機值以上。三是當密封油系統失去抽真空功能時，直流應急油泵301PO和交流應急油泵201PO一起為發電機從GGR抽取未真空處理過的油提供密封功能[1]。

3 缺陷原因分析

3.1 事件過程邏輯分析

滿功率運行模式下直流應急油泵的功能都可能用到，其在啟停過程中都有可能產生應急狀態下無法啟動的缺陷，導致直流應急油泵301PO不可用，自動或主控手動均無法進行正常的啟停，失去應急作用[2]。當101PO和201PO故障和出力不足時，都有可能發生301PO無法自動或手動啟動的故障，緊急情況時不能維持油氫壓差在跳機值以上功能，也不能保障發電機氫氣應急密封功能[3]。

經調取事件過程分析，本次事件過程符合原設計邏輯預期，但由于上下游邏輯配合存在問題，因此導致故障發生。201、301PO動作過程如圖1所示。

圖1 201、301PO動作過程圖

GHE301PO停運10 s內再次接收啟動命令從而進入死循環而無法啟動，其主要原因可能在于直流應急油泵301PO上游電源為LAB003TB。直流應急油泵上游盤柜接線如圖2所示。

圖2 直流應急油泵上游盤柜接線圖

從圖2的虛框部分開始，當邏輯判斷出需停運301PO后，301PO合閘命令繼電器101XD斷電，105XT斷電失磁，停運命令繼電器101XE得電，盤柜內接觸器分閘線圈102XR隨即得電，開關分閘，此時102XR輔助接點也勵磁閉合。由于合閘繼電器105XT的輔助節點是一個延時斷（定值10 s）的節點，當分閘命令發出后，分閘線圈回路102XR在10 s內自保持，直流電機在此過程內減速停運（正常在10 s后105XT斷開，電機停運結束）[4]。但間隔停運命令發出僅7 s左右，101SP再次觸發，此時根據邏輯要再次啟動直流應急油泵，DCS便發出合閘指令，105XT再次得電，其輔助節點原本10 s后要斷開，但由于線圈的再次勵磁，便繼續保持合狀態，使得分閘線圈102XR保持得電[5]。對于接觸器內的機械控制，只要分閘線圈得電，接觸器便保持分閘且無法合閘。所以只要105XT斷電不超過10 s，主控手動或自動在10 s內發啟動指令都會讓105XT得電，分閘線圈102XR就持續得電，接觸器也就無法合閘，從而導致直流應急油泵無法自動啟動[6]。此時，直流應急油泵不能啟動將導致301PO無法反饋運行信號，根據邏輯，啟動命令會一直存在，這使得分閘回路持續自保持，自動和手動均無法啟動直流應急油泵[7]。

3.2 動作時序邏輯分析

查看KIC記錄，動作時序邏輯如圖3所示。

圖3 動作時序邏輯圖

對系統動作時序邏輯進行分析如下。一是初始主密封油泵101PO正常運行，交流應急油泵201PO和直流應急油泵301PO正常備用。二是在18:54:09時刻，汽機沖轉至1 136 rpm時，主密封油泵101PO出口壓力低于101SP觸發值（600 kPa），201PO和301PO按照邏輯自動啟動，壓力立即恢復正常，101SP復歸，此時101PO保持運行。而正常主密封油泵101PO故障的情況下，101SP壓力低觸發，5 s后泵會自動停運。但這次故障由于泵無異常，僅是出口三通閥的異常，因此101SP壓力低觸發后，根據邏輯備用泵立即啟動，啟動后壓力立即恢復，101SP動作立即復歸，101PO未觸發停運命令，主密封油泵101PO保持運行。三是在18:56:09時刻，根據動作邏輯，交流應急密封油泵201PO和直流應急密封油泵301PO在主密封油泵101PO出口壓力恢復正常后2 min自動停運（現場實際確實2 min后自動停運）。四是在18:56:21時刻，由于201PO和301PO停運，且102VH調節異常仍然存在，101PO出口壓力再次降低，101SP再次觸發，201和301PO再次接收啟動命令，電機正常啟動。此時，需要201PO和301PO再次啟動，如果102VH異常一直存在，按照正常設計理念，301PO的上述這種啟停應該跟201PO一樣，一直重復下去[8]。正常情況下，如果101PO故障停運而非只是出口壓力低，101SP會持續觸發，201PO和301PO會自動啟動，2 min后，301PO判斷201PO運行正常而停運，201PO保持運行。在18:58:21時刻，距離201、301PO啟動2 min后，同18:56:09時刻一樣，由于201、301PO的啟動，101PO又恢復正常，電機再次停運。在18:56:28時刻，距離18:56:21（301PO停運）7 s，交流應急油泵201PO再次啟動，但此時直流應急油泵301PO由于停運未超過10 s內再次接收啟動命令，導致3LAB003TB分閘回路自保持，從而使得301PO手動或自動均無法啟動。之后儀控通過強制啟動指令，使得105XT失磁10 s以上，重新啟動301PO，電機正常啟動。

查詢KIC歷史趨勢，發生異常時，301PO啟動指令一直在DCS內觸發并發出，傳遞到下游抽屜H3LAB003TB。電機設置分閘回路自保持10 s是直流電機的特性要求，該10 s不可取消，主要原因為直流電機結構上是通過碳刷給電樞通電，而直流電機由于其直阻和感抗都比較小，啟動電流一般為15In～20In，容易導致碳刷打火或超速機械損壞等。當電機停運惰轉時，機端產生感應電壓，在未完成停運的情況下再次合閘容易導致過流，加重上述危害。

4 故障處理措施及解決方案

綜上分析認為事件過程符合原設計邏輯預期，但由于DCS控制邏輯與下游開關的配合設計不合理，使得直流應急油泵301PO在未完成停運（10 s內）前再次啟動電機時電機上游接觸器分閘線圈持續自保持，導致電機手動或自動都無法再次啟動，因此采取如下措施和解決方案[9]。

一是取消LAB003TB跳閘自保持回路中的105XT輔助節點和102XR輔助節點，對停運指令101XE輔助節點增加10 s短延時。修改后電氣圖如圖4所示，取消上游電氣盤柜內分閘回路通過合閘繼電器105XT的自保持，對分閘繼電器101XE輔助節點增加10 s延時。這樣可以保留原有功能，同時斷開合閘指令對分閘回路的關聯，從而解決問題。此方案需更換合閘繼電器并重新接線改造，同時整體更換上游抽屜。

圖4 修改后電氣圖

二是在DCS邏輯中對停運指令增加10 s后延時，同時取消電氣盤柜內102XR輔助節點的自保持回路。在DCS邏輯中，將直流應急油泵301PO的停運指令增加10 s后延時，同時取消電氣盤柜內的自保持回路。這樣可以保留原有功能，同時斷開合閘指令對分閘回路的關聯，從而解決問題。此方案需修改DCS邏輯，同時在電氣抽屜內取消部分接線[10]。

5 結 論

功率運行模式下直流應急油泵功能都可能用到，其在啟停過程中都有可能產生應激狀態下無法啟動的缺陷，將導致直流應急油泵301PO不可用，自動無法進行正常的啟停，失去應急作用。經查詢KIC歷史趨勢調取事件過程和DCS邏輯分析，本次事件過程符合原設計邏輯預期，但由于上下游邏輯配合存在問題，因此導致故障發生。通過更換合閘繼電器并重新接線改造，同時修改DCS邏輯，以解決故障缺陷問題，及時挽回損失。