核電廠應急柴油機潤滑油壓故障分析及優化

方國峰，沈 屹

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314000）

0 引言

核電廠內應急交流電源由4 臺應急柴油發電機組構成，分別為帶應急廠用設備的6.6 kV 交流應急配電系統LHA 和LHB配電盤供電。在廠外主電源和廠外備用電源均失去的情況下，核電站兩個核電機組的每臺應急柴油發電機組都有能力滿足應急廠用設備用電要求，以確保反應堆安全停堆，并防止由于外部系統失電而導致重要設備的損壞，是核電廠的重要安全保障。其單線圖如圖1 所示。

圖1 6.6 kV 交流應急電源控制系統單線圖

柴油機需每月進行一次滿功率試驗，用于確保柴油發電機組的啟動和在滿功率下的運行性能（100%額定功率）。

1 2LHQ 滿功率試驗期間潤滑油壓故障簡述

2016 年8 月12 日執行2#機組B 列應急柴油發電機組2LHQ 滿功率試驗PT2LHQ001，帶載運行40 min 后柴油機跳閘，就地檢查發現閃發潤滑油壓力低信號報警。儀控在線更換輸入模塊后，重新執行試驗，帶載運行76 min 后柴油機再次出現潤滑油壓力低信號報警，造成柴油機跳閘，第二次試驗失敗。

2 基于故障現象的分析和處理

2.1 2LHQ 應急柴油機保護控制系統

2LHQ 應急柴油發電機組的保護有定期試驗保護和應急保護兩種。在定期試驗中投入的保護主要分為柴油機引擎部分和發電機部分兩大類保護。這些停機保護在應急啟動時都被閉鎖，以確保核電站事故工況下柴油發電機組的可用性。其中活塞冷卻潤滑油壓力信號通道如圖2 所示：

圖2 活塞冷卻潤滑油壓力信號通道

2.2 故障的可能原因

兩次試驗，均出現潤滑油壓力低信號報警閃發的現象，可能的故障如下：

（1）柴油機本體上活塞冷卻潤滑油實際壓力低。

（2）352CR 箱內PLC1 輸入卡件故障。

（3）352CR 箱內通信模塊故障。

（4）500AR 箱內通信模塊故障。

（5）500AR 箱內PLC2 進行邏輯運算錯誤。

2.3 故障的原因分析

第一次試驗跳閘，現場檢查發現柴油機啟動運行至12：35：46 時，突發“Pistion Cooling Oil Pressure＜0.65 MPa（6.5 bar）”（活塞冷卻潤滑油壓力低）2LHQ157MP 壓力低報警和“Valve Gear Oil Pressure＜0.45 MPa（4.5 bar）”（齒輪箱潤滑油壓力低）2LHQ155MP 壓力低報警，2LHQ157/155MP 壓力同時突變為0。2LHQ157MP 持續3 s 后觸發跳機，試驗失敗。

機組跳機后，12：35：51，HQ157/155MP 壓力同時恢復正常，后壓力穩步下降。因信號2LHQ157/155MP 壓力在兩次采樣數據內由正常數據突變為0，3 s 后又恢復正常。此時柴油機本體上潤滑油卸壓閥2LHQ187VH 處于關閉狀態，并未開啟，可以判斷不是真實油壓低信號。2LHQ157/155MP 數據變化趨勢一致而兩個壓力信號取樣點不同，可以排除就地變送器故障。

檢查就地2LHQ157/155MP 通道回路接線無松動，初步分析為信號采集的PLC 輸入卡件故障，更換卡件后柴油機壓力顯示正常，信號傳輸正確，無故障報警。聯系主控重新執行試驗。

19：40，再次執行試驗，柴油機啟動運行至20：56：28 時，觸發“LHQ204MT RESISTANCE THERMOMETER ENGINE COOLANT PREHEATING T＜R”冷卻水溫度低報警，同時觸發2LHQ157/155MP 壓力低報警，且壓力同時突變為0。柴油機再次停機，試驗失敗。

進一步查看歷史曲線發現，20：56：28 時2LHQ155/157MP 突變為0，157MP 持續3 s 觸發跳機，信號在第二次采樣數據時恢復正常。這次觸發信號同時有2LHQ204MT 溫度低報警，信號也在第二次采樣數據時恢復正常，這些信號是由通信卡傳輸至上位機。判斷為2LHQ352CR 箱內信號傳輸故障。信號傳輸故障包括：通信線故障、電源故障，經檢查發現安裝在柴油機本體上的2LHQ352CR 箱內通信卡電源接插件有松動，拆除接插件發現其卡口處有磨損現象。因該缺陷在柴油機啟動后受振動影響導致通信卡失電，2LHQ157/155MP 等信號傳輸中斷，經邏輯處理延時3 s后保護停機。儀控人員更換接插件，并于13 日13：00 時再次進行2LHQ 柴油機滿功率試驗，柴油機啟動運行正常，試驗合格。

2.4 故障最終原因

通過對故障處理過程的分析及最終處理結果，結合通信模塊電源插槽及插頭的磨損情況，可以得出，通信卡電源線插槽磨損引起了通信連接口的松動。雖然在柴油機未啟動時（靜態）仍能傳輸信號，但當柴油機啟動后，因柴油機運行時本體振動較大，造成了通信端口的短時虛接，形成短時通信中斷，最終導致柴油機保護跳機，試驗失敗。

3 振動對柴油機本體上設備的影響分析和優化

3.1 振動對柴油機本體上設備的影響分析

根據《秦山核電廠擴建項目（方家山核電工程）最終安全分析報告》3.10 章節，柴油機廠房相關儀表和電氣設備的抗震等級滿足GB 50267—2019《核電廠抗震設計規范》中安全停堆地震（SSE）設計和鑒定的標準，即抗震I 類標準。

柴油機長期運轉過程中會產生不平衡擾力，在動荷載作用下，將引起構件的動應力，造成動力疲勞、應力集中，影響整體或局部的動力穩定。對此維修人員聯系測振部門對運行期間的柴油機本體及2LHQ352CR 端子箱進行測振，測振結果顯示：柴油機本體振動振幅為11.48 mm，2LHQ352CR 端子箱振動振幅達38.28 mm。2LHQ352CR 端子箱的振動頻率遠遠高于柴油機本體。

2LHQ352CR 端子箱直接固定安裝在柴油機本體上，柴油機本體設計屬于抗震設備，但是經過柴油機長期試驗運行，柴油機本體上振動會傳遞并放大到信號采集箱2LHQ352CR 上，長時間劇烈振動，最終導致通信卡電源接插件卡口磨損、電源線出現松動現象。

3.2 優化措施與推廣應用

3.2.1 排查同類柴油機組上端子箱振動的隱患

基于本次2LHQ352CR 端子箱內插件松脫的影響，對現場另外4 臺柴油機集中進行了一次排查，發現有兩臺安裝在柴油機本體上的端子箱內接線端子同樣存在松動現象。

同時，針對安裝于柴油機本體的同類設備進行測振，并全面梳理，發現0LHS352CR、1LHP352CR 等5 個端子箱均存在柴油機運行期間振動高的現象。

3.2.2 優化措施

針對柴油機運行時振動較大的現狀，提出將安裝于柴油機本體上的振動較大端子箱移出柴油機本體單獨安裝的改進方案：①將柴油機現場控制機柜支撐架的生根點由振動較大的柴油機上移動到地面上；②不改變原有機柜的抗震設計，只將固定支架的生根點移位到柴油機旁的基礎地面上。

該方案經設計院核實認可，在自重和地震荷載作用下，將端子箱移出柴油機本體單獨安裝，支架的應力、緊固螺栓、膨脹螺栓荷載均滿足RCC-M 規范和相關標準的要求。

3.2.3 現場控制機柜改進效果

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

改造實施前352CR 端子箱振動振幅達38.28 mm，而改造實施后其振幅均≤20 mm。

4 結論

通過對柴油機滿功率試驗失敗故障的深入分析，精準定位了導致試驗失敗的原因，并成功處理問題，確保了試驗的成功按期執行。同時，針對柴油機運行時振動大易造成安裝與本體上的儀控部件損壞的可能性，對部分實測振動值高的端子箱的安裝方式進行了優化，有力的保障了同類端子或接插件等損壞/松動造成的跳機事件不再發生。提高了柴油機滿功率試驗的可靠性，進一步滿足電廠技術規格書的要求。本項改進可以為其他在建或在運行核電廠提供改造的參考。