核电汽轮机瓦振探头闪发故障原因分析与处理

张小辉，沈超，吕凯

（中广核工程有限公司，广东 深圳 518128）

1 引言

2018年5月24日，某电厂5号机执行完电源切换试验后机组处于跳堆、跳机状态。当日下午，在机组再次冲并前，现场巡检查询控制系统画面及报警日志，发现5号机汽轮机1～6瓦共12个瓦振探头在5月24下午13:04:33同时闪发瓦振探头故障信号约0.6s，1～6瓦瓦振均触发2取2故障跳机保护信号。在该时间段1～6瓦瓦振测量数值稳定正常，其他轴系振动、温度测量数据也无异常，现场确认报警触发前后在汽轮发电机及轴承箱处均无相关工作。

5号机采用的是西门子百万千瓦机组，汽轮机安全监视系统（GME）使用的是Vibro生产的TSI传感器，其中瓦振探头使用的是压电式加速度传感器CA202，压电加速度计通过内部敏感芯片输出一个与加速度成正比的电荷信号，通过电荷信号调理器IPC704将接收到的电荷信号放大转换成偏置12mA的交流uA信号。传感器和前置器通过带屏蔽的延伸电缆连接，这段信号由于是电荷信号，抗干扰能力比较弱。汽轮机瓦振探头闪发故障已在多台机组出现，而且根据西门子逻辑图设计同瓦的两个瓦振探头同时闪发故障，汽轮机直接保护跳机。闪发故障由于复现性困难，复现故障后果难以接受等原因，对现场进行问题查找造成一定困扰。

2 原因分析

2.1 瓦振探头工作原理

现场瓦振探头测量的微小电荷信号经前置器放大后，通过硬接线送入5GME001AR的MPC4卡件进行信号处理。瓦振过程信号分为直流电流分量与交流电流分量两部分。

直流电流分量（OK值）作为通道故障判断的依据，OK值的判断范围组态设置为7～17mA。瓦振探头在正常运行情况下，偏置电流为12mA。直流分量超出设定范围后经卡件内部继电器触发通道故障报警输出至5GSE002AR的FUM卡。故障信号在触发后消失时存在10秒钟延时，该机制是在卡件内固化的，无法通过组态进行修改。

交流分量为振动信号的输出，经MPC4/IOC4T卡件运算转化为4～20mA标准电流信号（对应0～20mm/s的物理量程）送往5GSE002AR机柜后做进一步处理（阈值判断、报警、保护、画面显示）。（图1）

2.2 瓦振探头触发故障信号原因分析

根据汽轮机瓦振探头故障信号触发原理，对可能的原因分析如下：

图1 瓦振探头信号传递图

2.2.1 轴系强电磁干扰

汽轮机厂房环境复杂，大功率电机较多，还涉及频繁启停，电磁干扰大，若转子存在电势干扰，可能导致多个探头同时受到影响，其他机组出现过因打雷导致触发瓦振故障信号的情况，因此该原因导致故障闪发的可能性较高。

2.2.2 瓦振前置器和卡件故障

前置器故障会导致直流分量受到影响，进而导致瓦振故障触发，但12个汽轮机瓦振探头的前置器和卡件均独立布置，同时工作异常的可能性较低，交流分量对应的瓦振测量值无异常。

2.2.3 动力电缆干扰瓦振信号电缆

汽轮机瓦振电缆与主给水泵1号泵启动电缆存在交汇处，主给水泵是全厂功率最大的泵，启动电流很大，且现场检查发现瓦振闪发故障，恰巧主给水泵1号泵启动。防城港存在类似经验反馈，因此启泵对瓦振信号干扰导致故障闪发可能性很高[1]。

3 应对措施

3.1 根据经验反馈进行组态优化，避免瓦振闪发故障引起误跳机

现场已对导致本次5号机汽轮机1～6瓦振瓦振故障信号闪发的可能因素进行分析，但未能够确定具体故障原因。为防止在机组启动后瓦振故障信号异常触发导致跳机保护误动作，现场借鉴前期商运机组已实施的瓦振跳机逻辑改造方案，通过紧急对瓦振信号跳机逻辑进行改造，在逻辑中将瓦振通道参与跳机的信号修改为瓦振模拟量信号质量位坏与轴振高同时触发时才触发跳机信号，避免瓦振闪发故障导致误停机风险。

3.2 大电机启动干扰排查

通过调取历史趋势，发现1号主给水泵（核电功率最大的泵APA系统）启动瞬间，多次闪发汽轮机瓦振探头故障，根据现场观察统计，汽轮机启动后主给水泵总共启动10次，瓦振触发故障信号共6次。通过对电缆路径梳理检查，发现主给水泵动力电缆与汽轮机瓦振信号电缆存在交汇处，而且距离很近，无保护措施。通过安装在16米电缆夹层瓦振信号电缆所在的电缆桥架转弯及竖直段增加盖板，将与瓦振测量电缆临近的主给水泵中压电缆向远离方向移动，保证两者间距大于20cm，减少主给水泵动力电缆对瓦振信号的干扰。

3.3 增加瓦振探头抗干扰性

通过对汽轮机和发电机探头信号传递进行分析，唯一的差别就在于就地探头的绝缘方式不一致，如图2所示，汽轮机瓦振探头在汽轮机本体接地，而发电机探头通过绝缘垫与发电机本体隔离，引入电气厂房机柜接地。核电站电气厂房控制柜机柜接地比厂房汽轮机本体接地抗干扰性强，可以有效避免大电机启动干扰。通过在该项目商运机组4号机大修增加两个瓦振探头绝缘垫试验，运行平稳，未闪发故障报警。

图2 瓦振探头接地示意图

3.4 检查双层屏蔽电缆单端接地和总屏分屏分开接地

根据双层屏蔽电缆抗干扰原理及设计，瓦振信号电缆分屏线通过机柜接线端子接入卡件单端接地，瓦振信号电缆总屏进入机柜直接接入机柜汇总地线，以达屏蔽电缆性能最佳性能，检查现场均是严格按照此要求实施。

4 结语

通过以上解决方案实施和验证，核电汽轮机瓦振探头闪发故障基本解决。通过电厂评估并优化逻辑组态，取消了瓦振故障直接跳机逻辑，避免触发误跳机安全事故。从接地、强电磁干扰、电缆屏蔽三方面提高瓦振信号的抗干扰性，从根本上解决汽轮机瓦振探头闪发问题。

信号故障干扰和闪发是核电站控制系统经常遇到的问题，现场环境复杂，设备种类和数量众多，排查和解决困难，本文为这类问题提供了实践经验，尤其是对核电站汽轮机厂房各类传感器具备很大的参考价值。