某核電廠汽輪機(jī)機(jī)械超速遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)失效分析

袁鳳學(xué)

（三門核電有限公司 維修處，浙江 臺(tái)州 317112）

浙江某核電廠一期工程汽輪機(jī)采用日本三菱重工技術(shù)，汽輪機(jī)為單軸、四缸、六排汽的反動(dòng)凝汽式核電汽輪機(jī)，額定功率1251MW，額定轉(zhuǎn)速1500r/min[1]。為防止汽輪機(jī)超速，設(shè)置了超速保護(hù)控制（107.5%）、機(jī)械超速保護(hù)（110%）和電氣超速保護(hù)（111%）。其中，機(jī)械超速和電氣超速在機(jī)組功率運(yùn)行期間每月執(zhí)行1 次試驗(yàn)。本文從機(jī)械超速跳閘（MOST）遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的壓力信號(hào)異常而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的案列出發(fā)，分析壓力信號(hào)在該類試驗(yàn)中的重要性，并提出優(yōu)化方向。

1 MOST原理

該核電廠汽輪機(jī)MOST 裝置安裝在汽輪機(jī)主油泵軸的末端。包括帶壓縮彈簧和注油孔的偏心飛錘、脫扣扳機(jī)、滑閥、危急跳機(jī)活塞閥、就地復(fù)位手柄、遠(yuǎn)程復(fù)位裝置、節(jié)流孔板、試驗(yàn)三通電磁閥以及相關(guān)的儀表和管線等[2]。如圖1 所示。

圖1 汽輪機(jī)機(jī)械超速跳閘原理圖Fig.1 Mechanical over speed trip system of turbine

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，飛錘的彈簧力大于飛錘的離心力，飛錘受彈簧約束不會(huì)飛出。當(dāng)汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速上升到MOST 的設(shè)定值時(shí)，飛錘將克服彈簧阻力從小孔中飛出，撞擊脫扣扳機(jī)，打開滑閥，自動(dòng)停機(jī)油排出。危急跳機(jī)活塞閥由自動(dòng)停機(jī)油壓保持在關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)自動(dòng)停機(jī)油排出后，危急跳機(jī)活塞閥開啟，危急跳機(jī)油排出，危機(jī)跳機(jī)油壓低導(dǎo)致所有汽輪機(jī)進(jìn)汽閥關(guān)閉，汽輪機(jī)停機(jī)。

2 MOST遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)

MOST 遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)是通過高壓油沖擊飛錘，使飛錘飛出撞擊脫扣扳機(jī)，危急跳機(jī)油排出，危機(jī)跳機(jī)活塞閥打開，EH 油壓（圖1 的P3 處）釋放[3]。具體試驗(yàn)步驟如下：

2.1 試驗(yàn)步驟

1）在試驗(yàn)選擇模式界面中選擇“機(jī)械超速”。

2）操作“MOST 試驗(yàn)閉鎖”按鈕，使SV-MOST（SV125）電磁閥（S-1）通電，關(guān)閉（P1）處的危急跳機(jī)油至（P3）處的排油，以防止在試驗(yàn)中由于危急跳機(jī)活塞閥開啟，關(guān)閉汽輪機(jī)進(jìn)汽閥。

3）為了確認(rèn)以上MOST 試驗(yàn)閉鎖狀態(tài)，在EH 油管路上安裝了2 個(gè)節(jié)流孔。2 個(gè)節(jié)流孔之間的壓力（P4）比危急跳機(jī)油壓（P1）設(shè)置的稍低（相差約3.5MPa）。在MOST試驗(yàn)閉鎖動(dòng)作時(shí)，（P3）處的壓力等于（P4）處的壓力。差壓開關(guān)DPS-DMOST（PDS072）檢測(cè)（P1）和（P3）之間的壓差，用來在主控界面指示“正在進(jìn)行MOST 試驗(yàn)”。

4）通過持續(xù)按下“試驗(yàn)投入”按鈕，SV-OST（SV044）一直帶電開啟，MOST 試驗(yàn)油供到飛錘的下面。MOST 試驗(yàn)油壓沖擊力大于彈簧約束力時(shí)，飛錘飛出。

5）當(dāng)飛錘飛出時(shí)，通過PS-MOST2（PS026）檢測(cè)到MOST 自動(dòng)停機(jī)油壓減少。

6）自動(dòng)停機(jī)油壓減少使危急跳機(jī)活塞閥開啟，危急跳機(jī)油壓（P3 和P4）與排油壓力相等。PS-MOST1（PS073）檢測(cè)到危急跳機(jī)油壓減少，操作員也可以通過PS073 的指示來確認(rèn)系統(tǒng)正常。

2.2 試驗(yàn)復(fù)位

1）釋放“試驗(yàn)投入”按鈕。

2）SV-OST（SV044）失電關(guān)閉，到飛錘的MOST 試驗(yàn)油管路關(guān)閉。

3）通過操作“試驗(yàn)復(fù)位”按鈕，汽輪機(jī)復(fù)位電磁閥（SV-OSTR）（SV090）通電開啟；汽輪機(jī)遠(yuǎn)程復(fù)位裝置動(dòng)作，機(jī)械超速跳閘裝置復(fù)位；限位開關(guān)（ZS051）檢測(cè)汽輪機(jī)的復(fù)位狀態(tài)；自動(dòng)停機(jī)油壓回到正常值，危急跳機(jī)活塞閥關(guān)閉。

4）危急跳機(jī)油壓（P3 和P4）回到“試驗(yàn)投入”操作前的值（通過PS073 判斷）。

5）SV-MOST（SV125）的S-1 失電，S-2 帶電。SVMOST 的兩端壓力（P1 和P3）相等，差壓開關(guān)DPSDMOST（PDS072）檢測(cè)到SV-MOST 復(fù)位?！癕OST 試驗(yàn)閉鎖”狀態(tài)指示消失。

6）在試驗(yàn)選擇模式界面中，選擇“模式選擇切除”按鈕，由試驗(yàn)?zāi)Ｊ交氐秸Ｎ恢谩?/p>

表1 MOST遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)過程中壓力信息Table 1 Pressure status during the remote MOST oil injection test

3 MOST遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)失效分析

同類型機(jī)組中發(fā)生過兩次因壓力信號(hào)異常導(dǎo)致MOST遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)失敗的案例，其中1 例導(dǎo)致汽輪機(jī)跳機(jī)。MOST 遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)過程中，壓力相關(guān)信號(hào)的變化見表1。

3.1 差壓開關(guān)DPS-DMOST（PDS072）異常，導(dǎo)致試驗(yàn)不成功

故障現(xiàn)象：執(zhí)行完畢2.2 節(jié)中的步驟3）之后，步驟5）中的差壓開關(guān)PDS072 沒有按照預(yù)期復(fù)位（對(duì)應(yīng)表1 中的狀態(tài)5），無(wú)法通過壓力信號(hào)（PDS072）確認(rèn)MOST 功能是否恢復(fù)正常。

處理過程如下：1）實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)差壓開關(guān)PDS072，正壓側(cè)打壓大于1.5MPa，負(fù)壓側(cè)對(duì)大氣，校驗(yàn)動(dòng)作30 次均動(dòng)作正常；2）檢查差壓開關(guān)PDS072 對(duì)應(yīng)卡件通道，模擬動(dòng)作30 次，通道響應(yīng)正常；3）檢查三通電磁閥SV125 線圈阻值絕緣均正常；4）在圖1 中的P3 處安裝臨時(shí)精密壓力表，確認(rèn)油管道壓力正常；5）在表1 中的狀態(tài)1 與狀態(tài)2 之間往返切換30 次，差壓開關(guān)PDS072 均動(dòng)作正常；6）通過執(zhí)行20 次MOST 遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)，前15 次正常，后5次試驗(yàn)中差壓開關(guān)PDS072 沒有復(fù)位，試驗(yàn)不成功；7）在實(shí)驗(yàn)室再次校驗(yàn)PDS072，單側(cè)打壓13.5MPa（模擬現(xiàn)場(chǎng)工況），10min 后迅速釋放壓力，PDS072 無(wú)法復(fù)位，輕輕敲擊后，PDS072 成功復(fù)位，重復(fù)多次后仍能復(fù)現(xiàn)；8）校驗(yàn)PDS072 新備件，未出現(xiàn)上述異常現(xiàn)象。說明該壓力開關(guān)在單側(cè)高靜壓持續(xù)受壓后，無(wú)法快速恢復(fù)形變，導(dǎo)致動(dòng)作異常。經(jīng)查詢，機(jī)組調(diào)試期間在高壓油還未可用時(shí)，為執(zhí)行汽輪機(jī)汽閥試驗(yàn)，將SV125 長(zhǎng)期置于閉鎖狀態(tài)（即圖1 中P1 處壓力為13.5MPa，P3 壓力為0），導(dǎo)致PDS072 長(zhǎng)期處于單側(cè)高靜壓環(huán)境，更換新備件后，運(yùn)行3 年未出現(xiàn)異常。

3.2 壓力開關(guān)PS-MOST1（PS073）異常，導(dǎo)致汽輪機(jī)停機(jī)

故障現(xiàn)象：執(zhí)行完成2.1 節(jié)中的步驟6）之后，壓力開關(guān)PS073 應(yīng)該處于表1 中的狀態(tài)3，即值為1。而實(shí)際PS073（值為1）僅保持0.2s 后就自動(dòng)復(fù)位了。執(zhí)行完畢2.2節(jié)中的步驟3）之后，由于PS073 信號(hào)已經(jīng)提前復(fù)位（實(shí)際圖1 中P3 處油壓還未恢復(fù)），邏輯中自動(dòng)將SV125 解鎖（圖1 中P1 與P3 連通），危急跳機(jī)油排出，導(dǎo)致危急跳機(jī)油壓低，汽輪機(jī)停機(jī)。

處理過程：1）審查壓力開關(guān)PS073 最近校驗(yàn)記錄和通道回路檢查記錄，均正常；2）檢查與PS073 同卡件的其他信號(hào)通道均正常；3）檢查試驗(yàn)過程中，對(duì)應(yīng)機(jī)柜處理器和卡件無(wú)異常報(bào)警；4）機(jī)組掛閘后再次執(zhí)行3 次MOST 遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)，均成功；5）由于短時(shí)無(wú)法復(fù)現(xiàn)故障現(xiàn)象，機(jī)組正常啟動(dòng)運(yùn)行，待停機(jī)檢修窗口再次進(jìn)一步排查，同時(shí)在MOST 試驗(yàn)程序中增加操作前后對(duì)PS073 狀態(tài)的確認(rèn)步驟，避免PS073 的再次異常。PS073 長(zhǎng)期工作壓力為13.5MPa，動(dòng)作值為≤3.9MPa，工作壓力和動(dòng)作壓力相差較大，不排除感壓元件疲勞引起設(shè)定值瞬間異常的可能。

4 MOST遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)優(yōu)化方向

由試驗(yàn)過程可知，油壓信號(hào)的響應(yīng)是判斷試驗(yàn)是否成功的標(biāo)志，同時(shí)油壓信號(hào)異常也將導(dǎo)致試驗(yàn)提前解鎖，進(jìn)而引起汽輪機(jī)停機(jī)。針對(duì)壓力信號(hào)的重要性，提出以下優(yōu)化方向。

4.1 差壓開關(guān)的改進(jìn)

由4.1 節(jié)的分析可知，差壓開關(guān)PDS072 長(zhǎng)期處于單側(cè)高靜壓環(huán)境將影響其動(dòng)作的靈敏性，機(jī)組正常運(yùn)行期間僅在MOST 定期遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)時(shí)才會(huì)使PDS072 形成單側(cè)高靜壓環(huán)境，且持續(xù)時(shí)間較短，對(duì)PDS072 的影響可以忽略。但是在機(jī)組大修期間，若高壓油還未可用時(shí)需要操作汽輪機(jī)進(jìn)汽閥，則仍然會(huì)閉鎖SV125，使得PDS072 長(zhǎng)期處于單側(cè)高靜壓環(huán)境，此時(shí)可以在閉鎖操作前，先將PDS072 的儀表隔離閥關(guān)閉，平衡閥打開，以保護(hù)PDS072 的性能。

4.2 壓力開關(guān)的改進(jìn)

根據(jù)壓力開關(guān)PS073 的作用，有兩種改進(jìn)方式：一種增加壓力測(cè)點(diǎn)保障信號(hào)可靠；一種修改邏輯實(shí)現(xiàn)手動(dòng)解鎖。

1）PS073 參與邏輯自動(dòng)解鎖SV125，如果試驗(yàn)期間異常，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，可在PS073 取壓口處（圖1 中P3處）增加1 個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，連接壓力變送器，將壓力變送器通過定值（≤3.9MPa）觸發(fā)后的信號(hào)與PS073 的信號(hào)共同參與邏輯，避免單個(gè)設(shè)備故障而誤觸發(fā)邏輯信號(hào)。同時(shí)也可在PDS072 異常時(shí)，判斷圖1 中P1（已經(jīng)配置壓力變送器）與P3 之間的壓差，進(jìn)而判定MOST 試驗(yàn)成功與否。

2）取消自動(dòng)解鎖SV125 的邏輯。為避免壓力信號(hào)異常再次引起嚴(yán)重事故，可取消自動(dòng)解鎖邏輯，通過在畫面增設(shè)獨(dú)立操作按鈕，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)解鎖功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

汽輪機(jī)MOST 定期遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)，是為了驗(yàn)證MOST的飛錘能夠正常飛出、危急跳機(jī)活塞閥能夠正常打開等功能，試驗(yàn)期間若壓力信號(hào)異常將影響試驗(yàn)結(jié)果甚至導(dǎo)致汽輪機(jī)跳機(jī)事件。文中通過分析MOST 的動(dòng)作原理和遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)過程，提出了壓力信號(hào)的改進(jìn)建議，保證了MOST遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)的可靠性和安全性，為后續(xù)同類型機(jī)組的試驗(yàn)改進(jìn)提供了方向。