核電汽輪機(jī)瓦振探頭閃發(fā)故障原因分析與處理

張小輝，沈超，呂凱

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518128）

1 引言

2018年5月24日，某電廠5號機(jī)執(zhí)行完電源切換試驗(yàn)后機(jī)組處于跳堆、跳機(jī)狀態(tài)。當(dāng)日下午，在機(jī)組再次沖并前，現(xiàn)場巡檢查詢控制系統(tǒng)畫面及報警日志，發(fā)現(xiàn)5號機(jī)汽輪機(jī)1～6瓦共12個瓦振探頭在5月24下午13:04:33同時閃發(fā)瓦振探頭故障信號約0.6s，1～6瓦瓦振均觸發(fā)2取2故障跳機(jī)保護(hù)信號。在該時間段1～6瓦瓦振測量數(shù)值穩(wěn)定正常，其他軸系振動、溫度測量數(shù)據(jù)也無異常，現(xiàn)場確認(rèn)報警觸發(fā)前后在汽輪發(fā)電機(jī)及軸承箱處均無相關(guān)工作。

5號機(jī)采用的是西門子百萬千瓦機(jī)組，汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)（GME）使用的是Vibro生產(chǎn)的TSI傳感器，其中瓦振探頭使用的是壓電式加速度傳感器CA202，壓電加速度計(jì)通過內(nèi)部敏感芯片輸出一個與加速度成正比的電荷信號，通過電荷信號調(diào)理器IPC704將接收到的電荷信號放大轉(zhuǎn)換成偏置12mA的交流uA信號。傳感器和前置器通過帶屏蔽的延伸電纜連接，這段信號由于是電荷信號，抗干擾能力比較弱。汽輪機(jī)瓦振探頭閃發(fā)故障已在多臺機(jī)組出現(xiàn)，而且根據(jù)西門子邏輯圖設(shè)計(jì)同瓦的兩個瓦振探頭同時閃發(fā)故障，汽輪機(jī)直接保護(hù)跳機(jī)。閃發(fā)故障由于復(fù)現(xiàn)性困難，復(fù)現(xiàn)故障后果難以接受等原因，對現(xiàn)場進(jìn)行問題查找造成一定困擾。

2 原因分析

2.1 瓦振探頭工作原理

現(xiàn)場瓦振探頭測量的微小電荷信號經(jīng)前置器放大后，通過硬接線送入5GME001AR的MPC4卡件進(jìn)行信號處理。瓦振過程信號分為直流電流分量與交流電流分量兩部分。

直流電流分量（OK值）作為通道故障判斷的依據(jù)，OK值的判斷范圍組態(tài)設(shè)置為7～17mA。瓦振探頭在正常運(yùn)行情況下，偏置電流為12mA。直流分量超出設(shè)定范圍后經(jīng)卡件內(nèi)部繼電器觸發(fā)通道故障報警輸出至5GSE002AR的FUM卡。故障信號在觸發(fā)后消失時存在10秒鐘延時，該機(jī)制是在卡件內(nèi)固化的，無法通過組態(tài)進(jìn)行修改。

交流分量為振動信號的輸出，經(jīng)MPC4/IOC4T卡件運(yùn)算轉(zhuǎn)化為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號（對應(yīng)0～20mm/s的物理量程）送往5GSE002AR機(jī)柜后做進(jìn)一步處理（閾值判斷、報警、保護(hù)、畫面顯示）。（圖1）

2.2 瓦振探頭觸發(fā)故障信號原因分析

根據(jù)汽輪機(jī)瓦振探頭故障信號觸發(fā)原理，對可能的原因分析如下：

圖1 瓦振探頭信號傳遞圖

2.2.1 軸系強(qiáng)電磁干擾

汽輪機(jī)廠房環(huán)境復(fù)雜，大功率電機(jī)較多，還涉及頻繁啟停，電磁干擾大，若轉(zhuǎn)子存在電勢干擾，可能導(dǎo)致多個探頭同時受到影響，其他機(jī)組出現(xiàn)過因打雷導(dǎo)致觸發(fā)瓦振故障信號的情況，因此該原因?qū)е鹿收祥W發(fā)的可能性較高。

2.2.2 瓦振前置器和卡件故障

前置器故障會導(dǎo)致直流分量受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致瓦振故障觸發(fā)，但12個汽輪機(jī)瓦振探頭的前置器和卡件均獨(dú)立布置，同時工作異常的可能性較低，交流分量對應(yīng)的瓦振測量值無異常。

2.2.3 動力電纜干擾瓦振信號電纜

汽輪機(jī)瓦振電纜與主給水泵1號泵啟動電纜存在交匯處，主給水泵是全廠功率最大的泵，啟動電流很大，且現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)瓦振閃發(fā)故障，恰巧主給水泵1號泵啟動。防城港存在類似經(jīng)驗(yàn)反饋，因此啟泵對瓦振信號干擾導(dǎo)致故障閃發(fā)可能性很高[1]。

3 應(yīng)對措施

3.1 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反饋進(jìn)行組態(tài)優(yōu)化，避免瓦振閃發(fā)故障引起誤跳機(jī)

現(xiàn)場已對導(dǎo)致本次5號機(jī)汽輪機(jī)1～6瓦振瓦振故障信號閃發(fā)的可能因素進(jìn)行分析，但未能夠確定具體故障原因。為防止在機(jī)組啟動后瓦振故障信號異常觸發(fā)導(dǎo)致跳機(jī)保護(hù)誤動作，現(xiàn)場借鑒前期商運(yùn)機(jī)組已實(shí)施的瓦振跳機(jī)邏輯改造方案，通過緊急對瓦振信號跳機(jī)邏輯進(jìn)行改造，在邏輯中將瓦振通道參與跳機(jī)的信號修改為瓦振模擬量信號質(zhì)量位壞與軸振高同時觸發(fā)時才觸發(fā)跳機(jī)信號，避免瓦振閃發(fā)故障導(dǎo)致誤停機(jī)風(fēng)險。

3.2 大電機(jī)啟動干擾排查

通過調(diào)取歷史趨勢，發(fā)現(xiàn)1號主給水泵（核電功率最大的泵APA系統(tǒng)）啟動瞬間，多次閃發(fā)汽輪機(jī)瓦振探頭故障，根據(jù)現(xiàn)場觀察統(tǒng)計(jì)，汽輪機(jī)啟動后主給水泵總共啟動10次，瓦振觸發(fā)故障信號共6次。通過對電纜路徑梳理檢查，發(fā)現(xiàn)主給水泵動力電纜與汽輪機(jī)瓦振信號電纜存在交匯處，而且距離很近，無保護(hù)措施。通過安裝在16米電纜夾層瓦振信號電纜所在的電纜橋架轉(zhuǎn)彎及豎直段增加蓋板，將與瓦振測量電纜臨近的主給水泵中壓電纜向遠(yuǎn)離方向移動，保證兩者間距大于20cm，減少主給水泵動力電纜對瓦振信號的干擾。

3.3 增加瓦振探頭抗干擾性

通過對汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)探頭信號傳遞進(jìn)行分析，唯一的差別就在于就地探頭的絕緣方式不一致，如圖2所示，汽輪機(jī)瓦振探頭在汽輪機(jī)本體接地，而發(fā)電機(jī)探頭通過絕緣墊與發(fā)電機(jī)本體隔離，引入電氣廠房機(jī)柜接地。核電站電氣廠房控制柜機(jī)柜接地比廠房汽輪機(jī)本體接地抗干擾性強(qiáng)，可以有效避免大電機(jī)啟動干擾。通過在該項(xiàng)目商運(yùn)機(jī)組4號機(jī)大修增加兩個瓦振探頭絕緣墊試驗(yàn)，運(yùn)行平穩(wěn)，未閃發(fā)故障報警。

圖2 瓦振探頭接地示意圖

3.4 檢查雙層屏蔽電纜單端接地和總屏分屏分開接地

根據(jù)雙層屏蔽電纜抗干擾原理及設(shè)計(jì)，瓦振信號電纜分屏線通過機(jī)柜接線端子接入卡件單端接地，瓦振信號電纜總屏進(jìn)入機(jī)柜直接接入機(jī)柜匯總地線，以達(dá)屏蔽電纜性能最佳性能，檢查現(xiàn)場均是嚴(yán)格按照此要求實(shí)施。

4 結(jié)語

通過以上解決方案實(shí)施和驗(yàn)證，核電汽輪機(jī)瓦振探頭閃發(fā)故障基本解決。通過電廠評估并優(yōu)化邏輯組態(tài)，取消了瓦振故障直接跳機(jī)邏輯，避免觸發(fā)誤跳機(jī)安全事故。從接地、強(qiáng)電磁干擾、電纜屏蔽三方面提高瓦振信號的抗干擾性，從根本上解決汽輪機(jī)瓦振探頭閃發(fā)問題。

信號故障干擾和閃發(fā)是核電站控制系統(tǒng)經(jīng)常遇到的問題，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備種類和數(shù)量眾多，排查和解決困難，本文為這類問題提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，尤其是對核電站汽輪機(jī)廠房各類傳感器具備很大的參考價值。