一种核电站应急柴油机运行状态检测的方法和系统

李 锋 蔡文珍

（福建宁德核电有限公司，福建 福鼎355200）

0 引言

核电站应急柴油机是核安全相关系统，它作为6.6kV应急母线供电后备电源，确保了应急母线电源的可靠性。

现有技术中通常采用应急柴油机事件记录仪装置对应急柴油机的运行状态进行记录，其记录数据仅包括柴油机运行过程中的开关量数据，导致仅能实现对报警时序的记录，由于现有技术手段所限所述应急柴油机在运行过程中很多重要信号记录的数量和种类较少，无法完整地再现所述应急柴油及出现故障后的各执行机构的工作过程，进而对故障的准确定位和诊断产生影响。

例如，柴油机本体上调速器油门杆原为一个行程测量指示器，行程距离为35 mm，角度为0°～60°的机械输出。目前，应急柴油机事件记录仪装置并不能记录油门杆的工作状态。柴油机在启动期间，一旦油门杆出现由于设计上没有远传记录信号，在柴油机试验启动期间，一旦本体调速器出现卡涩或行程有偏差，将无法定位故障。再例如，柴油机本体上的电子调速器给油门杆执行机构发出一个连续的0～1A的直流电流调节信号，现有的应急柴油机事件记录仪装置无法对此调节信号进行检测，一旦电子调速器异常，则柴油机将工作失常，难以故障定位。

进一步的，由于所述应急柴油机事件记录仪装置中的大量数据之间相互孤立，无法形成有效数据链，只能在有丰富现场调试经验的工程师主观判断下，才可从巨量波形数据中提取极为少量的故障信息，工作量巨大，费时费力，效率低下。

如何实现柴油机运行状态监测及故障的快速诊断成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

1 运行状态检测系统

1.1 系统概述

采用大范围的数据采集方案，对包括柴油机电子调速器控制输出和油门杆行程等不易进行数据采集的信号加以引入，形成完整柴油机组数据采集系统，对机组的全部重要控制参数和信号进行监控。

根据应急柴油机组的系统构成，对离散型和连续型输入信号进行数据信息分类。将应急柴油机运行状态及故障诊断记录仪的历史数据，做为故障诊断的先验经验和知识库，提供故障诊断报告。

（1）上述柴油机运行状态检测方法中，所述运行数据至少包括：用于表征柴油机本体仪表系统、柴油机调速控制系统、发电机电气保护系统、柴油机油气水辅助系统、柴油机组启停控制系统，选取的信号点共计160个测点。

（2）采用非接触式的测量方案将电子调速器直流调节信号变换成标准信号输入；

（3）采用非接触式的行程/角度变送器，将调速器油门杆位置指示变换成标准信号输入；

（4）记录故障发生前后的各种保护动作的时序及转速电流电压等模拟量信号的瞬态波动情况；根据实际需要组合出相关用户数据格式（报表、波形及其他图形等方式）；

（5）根据应急柴油机组的系统构成，采用模块化的数据处理方法，对开关量和模拟量输入信号进行数据信息分类显示。应急柴油机组运行状态及故障诊断记录仪的子系统由下列系统构成：柴油机本体仪表系统、柴油机调速控制系统、发电机电气保护系统、柴油机组油汽水辅助系统、柴油机组启停控制系统、柴油机组同期控制系统等实现柴油机运行状态实时监测。

1.2 系统组成

一种柴油机运行状态检测系统（见图1），包括：

图1 系统组成图

（1）数据采集单元，用于获取并记录柴油机运行过程中用于表征柴油机各个工作系统的工作状态的运行数据；

（2）数据分类单元，用于判断获取到的运行数据所属的柴油机的工作系统；将所述运行数据添加到与其对应的工作系统的运行状态数据列表中；

（3）显示器控制单元，用于控制显示器以预设方式显示所述柴油机各个工作系统的运行状态数据列表；

（4）故障判断单元，用于依据所述运行数据判断所述柴油机是否出现故障，如果是，向故障诊断单元输出触发信号；

（5）故障诊断单元，用于当获取到所述故障判断单元输出的触发信号后，依据出现故障时刻前后预设时间段内的运行数据进行故障诊断分析，依据分析结果生成故障诊断报告。

1.3 状态检测及故障诊断

采用大范围的数据采集方案，形成较为完整柴油机组数据采集系统，采用数据库的信息录入方式对离散型（开关量）和连续型（模拟量）输入信号进行记录，方便后期的信息处理（查询、波形生成、数据导入等），提高数据处理的效率。根据应急柴油机组的系统构成，采用模块化的数据处理方法，对离散型和连续型输入信号进行数据信息分类。

当获取到运行数据以后，可以通过判断运行数据标识的方式判断该运行数据所属的工作系统，将其划分到属于该工作系统的运行数据集合中。当然，对所述运行数据进行分类时，也可以通过分析其对应的数据接口的方式确定其对应的工作系统，此时，当获取到运行数据时，判断获取该运行数据的数据接口的地址信息，由预设映射规则判断该地址信息对应的工作系统，该地址信息对应的工作系统即为该运行数据对应的工作系统，将所述运行数据划分到映射得到的工作系统的运行数据集合中。

为了使得各个工作系统下的运行数据之间具备关联性，可以通过预设规则将同一工作系统下的运行数据在同一显示区域显示的方式，使得某一运行数据和与其相邻的其他运行数据之间具备关联性，从而使得用户能够更加快速地判断某一工作系统的工作状态，当然也可以只显示用户当前选择的工作系统下的运行数据。在进行运行数据显示时，显示方式可以数据列表的方式进行显示，当然为了将运行数据的变化趋势更加直观地展示给用户，还可以通过先将属于同一采集点对应的运行数据采用数据报表、数据变化曲线或其他图形的方式展现给用户，用户可快速判断该工作系统的运行状况。

依据运行数据判断柴油机是否出现故障，如果是，依据出现故障时刻前后预设时间段内的运行数据进行故障诊断分析。同时利用记录仪的历史数据做为故障诊断的先验经验和知识库，结合当前发生故障的相关信息，生成故障诊断报告，提供具有较高准确度的故障定位，方便维护人员迅速排除故障。将出现故障时刻前后预设时间段内的运行数据作为与生成的故障诊断报告匹配的故障数据，将生成的故障诊断报告和与其匹配的故障数据导入所述历史数据库。

图2 故障判断框图

2 现场应用

核电站应急柴油机运行状态检测系统与现有技术的对比：

（1）扩大了目前应急柴油机记录仪的数据记录范围，将原本不宜接入记录仪的关键数据接入应急柴油机运行状态及故障诊断记录仪，为应急柴油机运行状态及故障诊断提供了完整的数据源。

（2）改变了数据的处理和存储方式，将原来孤立的数据以数据库形式保存下来再在其基础上进行处理，可以快速高效完成数据后期处理，为数据融合和其他衍生功能打下基础。

（3）数据融合后，剔除了大量冗余和无用数据，提取了最有效数据，为柴油机运行状态及故障诊断提供直接数据源，提供了数据处理的效率。

（4）实现了应急柴油机运行状态评估及故障诊断，为应急柴油机的故障处理和运行维护提供了有针对性的处理方案。

核电站应急柴油机运行状态检测系统选取的重要测点，基本涵盖柴油机组的重要参数，如转速电压频率等模拟量，还有辅助系统的状态、机组的启停机故障信息等。通过获取用于表征柴油机各个工作系统的工作状态的离散型数据和连续型数据，为柴油机故障处理提供足够的数据支持，同时还将属于相同工作系统下的运行数据添加到同一运行状态数据列表中，使得采集到的运行数据之间不再孤立，从而更加方便用户对柴油机工作系统的运行状况进行判断，当出现故障时，方便用户进行故障分析，实现了柴油机故障的快速定位及诊断。

3 结语

核电站应急柴油机运行状态检测系统记录各种保护动作的时序及转速电流电压等模拟量信号的瞬态波动情况，为检测工作提供了完整的数据源，实现了柴油机运行状态实时监测，生成故障诊断报告，形成经验数据库并不断更新，为应急柴油机的故障处理和运行维护提供了有针对性的指导，从而确保应急柴油机安全可靠运行，保证核电站应急电源的可靠性。