应急状态下发电机密封油系统直流应急油泵启动缺陷分析

李秀臣

（辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连 116000）

1 存在的问题

某电站在进行3号机组大修后冲转时，由于三通阀响应异常，导致发电机密封油系统主密封油泵出口油压低于触发值（600 kPa），从而引发交流应急油泵和直流应急油泵启动。直流应急油泵301PO两次启停后，按正常逻辑需再次启动，但直流应急油泵未自动启动，并且主控手动无法再次启动。调整102VH后，系统压力恢复正常，主控强制停运信号后，直流应急油泵正常启动。经分析发现，功率运行期间，发电机密封油系统紧急情况下直流应急油泵301PO也有可能因无法自动或手动启动而失去作用，存在发电机氢气泄露风险。故障时，油氢压差短时低于跳机值（20 kPa），由于未超过5 s延时，因此未造成较大后果。

2 发电机密封油系统直流应急油泵功能介绍

发电机密封油系统直流应急油泵主要功能有以下3点。一是当油氢压差低于30 kPa（报警）或20 kPa（跳机）时，为防止发电机漏氢，直流应急油泵301PO可作为密封油系统的最后一道动力屏障。二是当主密封油泵101PO和交流应急油泵201PO发生故障或出力不足时，作为应急备用回路保障油氢压差在跳机值以上。三是当密封油系统失去抽真空功能时，直流应急油泵301PO和交流应急油泵201PO一起为发电机从GGR抽取未真空处理过的油提供密封功能[1]。

3 缺陷原因分析

3.1 事件过程逻辑分析

满功率运行模式下直流应急油泵的功能都可能用到，其在启停过程中都有可能产生应急状态下无法启动的缺陷，导致直流应急油泵301PO不可用，自动或主控手动均无法进行正常的启停，失去应急作用[2]。当101PO和201PO故障和出力不足时，都有可能发生301PO无法自动或手动启动的故障，紧急情况时不能维持油氢压差在跳机值以上功能，也不能保障发电机氢气应急密封功能[3]。

经调取事件过程分析，本次事件过程符合原设计逻辑预期，但由于上下游逻辑配合存在问题，因此导致故障发生。201、301PO动作过程如图1所示。

图1 201、301PO动作过程图

GHE301PO停运10 s内再次接收启动命令从而进入死循环而无法启动，其主要原因可能在于直流应急油泵301PO上游电源为LAB003TB。直流应急油泵上游盘柜接线如图2所示。

图2 直流应急油泵上游盘柜接线图

从图2的虚框部分开始，当逻辑判断出需停运301PO后，301PO合闸命令继电器101XD断电，105XT断电失磁，停运命令继电器101XE得电，盘柜内接触器分闸线圈102XR随即得电，开关分闸，此时102XR辅助接点也励磁闭合。由于合闸继电器105XT的辅助节点是一个延时断（定值10 s）的节点，当分闸命令发出后，分闸线圈回路102XR在10 s内自保持，直流电机在此过程内减速停运（正常在10 s后105XT断开，电机停运结束）[4]。但间隔停运命令发出仅7 s左右，101SP再次触发，此时根据逻辑要再次启动直流应急油泵，DCS便发出合闸指令，105XT再次得电，其辅助节点原本10 s后要断开，但由于线圈的再次励磁，便继续保持合状态，使得分闸线圈102XR保持得电[5]。对于接触器内的机械控制，只要分闸线圈得电，接触器便保持分闸且无法合闸。所以只要105XT断电不超过10 s，主控手动或自动在10 s内发启动指令都会让105XT得电，分闸线圈102XR就持续得电，接触器也就无法合闸，从而导致直流应急油泵无法自动启动[6]。此时，直流应急油泵不能启动将导致301PO无法反馈运行信号，根据逻辑，启动命令会一直存在，这使得分闸回路持续自保持，自动和手动均无法启动直流应急油泵[7]。

3.2 动作时序逻辑分析

查看KIC记录，动作时序逻辑如图3所示。

图3 动作时序逻辑图

对系统动作时序逻辑进行分析如下。一是初始主密封油泵101PO正常运行，交流应急油泵201PO和直流应急油泵301PO正常备用。二是在18:54:09时刻，汽机冲转至1 136 rpm时，主密封油泵101PO出口压力低于101SP触发值（600 kPa），201PO和301PO按照逻辑自动启动，压力立即恢复正常，101SP复归，此时101PO保持运行。而正常主密封油泵101PO故障的情况下，101SP压力低触发，5 s后泵会自动停运。但这次故障由于泵无异常，仅是出口三通阀的异常，因此101SP压力低触发后，根据逻辑备用泵立即启动，启动后压力立即恢复，101SP动作立即复归，101PO未触发停运命令，主密封油泵101PO保持运行。三是在18:56:09时刻，根据动作逻辑，交流应急密封油泵201PO和直流应急密封油泵301PO在主密封油泵101PO出口压力恢复正常后2 min自动停运（现场实际确实2 min后自动停运）。四是在18:56:21时刻，由于201PO和301PO停运，且102VH调节异常仍然存在，101PO出口压力再次降低，101SP再次触发，201和301PO再次接收启动命令，电机正常启动。此时，需要201PO和301PO再次启动，如果102VH异常一直存在，按照正常设计理念，301PO的上述这种启停应该跟201PO一样，一直重复下去[8]。正常情况下，如果101PO故障停运而非只是出口压力低，101SP会持续触发，201PO和301PO会自动启动，2 min后，301PO判断201PO运行正常而停运，201PO保持运行。在18:58:21时刻，距离201、301PO启动2 min后，同18:56:09时刻一样，由于201、301PO的启动，101PO又恢复正常，电机再次停运。在18:56:28时刻，距离18:56:21（301PO停运）7 s，交流应急油泵201PO再次启动，但此时直流应急油泵301PO由于停运未超过10 s内再次接收启动命令，导致3LAB003TB分闸回路自保持，从而使得301PO手动或自动均无法启动。之后仪控通过强制启动指令，使得105XT失磁10 s以上，重新启动301PO，电机正常启动。

查询KIC历史趋势，发生异常时，301PO启动指令一直在DCS内触发并发出，传递到下游抽屉H3LAB003TB。电机设置分闸回路自保持10 s是直流电机的特性要求，该10 s不可取消，主要原因为直流电机结构上是通过碳刷给电枢通电，而直流电机由于其直阻和感抗都比较小，启动电流一般为15In～20In，容易导致碳刷打火或超速机械损坏等。当电机停运惰转时，机端产生感应电压，在未完成停运的情况下再次合闸容易导致过流，加重上述危害。

4 故障处理措施及解决方案

综上分析认为事件过程符合原设计逻辑预期，但由于DCS控制逻辑与下游开关的配合设计不合理，使得直流应急油泵301PO在未完成停运（10 s内）前再次启动电机时电机上游接触器分闸线圈持续自保持，导致电机手动或自动都无法再次启动，因此采取如下措施和解决方案[9]。

一是取消LAB003TB跳闸自保持回路中的105XT辅助节点和102XR辅助节点，对停运指令101XE辅助节点增加10 s短延时。修改后电气图如图4所示，取消上游电气盘柜内分闸回路通过合闸继电器105XT的自保持，对分闸继电器101XE辅助节点增加10 s延时。这样可以保留原有功能，同时断开合闸指令对分闸回路的关联，从而解决问题。此方案需更换合闸继电器并重新接线改造，同时整体更换上游抽屉。

图4 修改后电气图

二是在DCS逻辑中对停运指令增加10 s后延时，同时取消电气盘柜内102XR辅助节点的自保持回路。在DCS逻辑中，将直流应急油泵301PO的停运指令增加10 s后延时，同时取消电气盘柜内的自保持回路。这样可以保留原有功能，同时断开合闸指令对分闸回路的关联，从而解决问题。此方案需修改DCS逻辑，同时在电气抽屉内取消部分接线[10]。

5 结 论

功率运行模式下直流应急油泵功能都可能用到，其在启停过程中都有可能产生应激状态下无法启动的缺陷，将导致直流应急油泵301PO不可用，自动无法进行正常的启停，失去应急作用。经查询KIC历史趋势调取事件过程和DCS逻辑分析，本次事件过程符合原设计逻辑预期，但由于上下游逻辑配合存在问题，因此导致故障发生。通过更换合闸继电器并重新接线改造，同时修改DCS逻辑，以解决故障缺陷问题，及时挽回损失。