核电厂应急柴油发电机组偶发启动失败原因分析浅谈

核电厂应急柴油发电机组偶发启动失败原因分析浅谈

田忠慧 1 李炫达 2

海南核电有限公司 海南 昌江 572733

摘要: 核电厂4台应急柴油发电机组构成了核电厂内应急交流电源，分别为带应急厂用设备的6.0KV交流应急配电系统的配电盘供电。本文通过应急柴油发电机组启动的工作原理进行介绍，对其启动失败的原因及影响因素进行分析，为后续同类问题的解决提供借鉴和参考。

关键词：应急柴油发电机；启动失败；原因分析

1. 概述

应急柴油发电机组在厂外主电源和厂外备用电源均失去的情况下，柴油机组须满足应急厂用电设备用电要求，以确保反应堆安全停堆，并防止由于正常的外部电源系统失电而导致重要设备损坏。应急柴油发电机启动失败对核电厂的安全运行造成很大威胁。

该应急柴油发电机由陕西柴油机重工有限公司制造，设备不仅结构简单，维修方便，而且马力大，尺寸小，重量轻，指标先进，特别是国产18PA6B柴油发电机型式试验的顺利通过，证明18PA6B柴油机有用良好的可靠性。18PA6B的参数如下：

机组额定功率：5800KW 额定转速：1000rpm 怠速：500rpm 额定频率：50HZ 额定电压：6300V

2. 工作原理

应急柴油发电机组在热备用工况，启动方式我们是默认为压空双排启动，柴油发电机组接到启动指令10秒内达到额定电压和额定转速。但柴油发电机组应具备单排启动的能力，并且在出厂试验中同样要求在接到启动指令10秒内达到额定电压和额定转速。

3. 故障原因分析及措施

2018年9月22日10：20，电厂在执行 PT 1LHQ 001 柴油机低负荷试验，启动命令发出后，5s内转速升高至186rpm，启动失败停机。按下故障复位按钮后，柴油机启动，转速升高至1000rpm，就地手动停运柴油发电机组。

下午13:59第二次应急启动1LHQ柴油发电机组，启动命令发出后，5s内转速升高至216rpm，启动失败停机。按下故障复位按钮后，柴油机启动，转速升高至1000rpm，就地手动停运柴油发电机组。

晚上22:53第三次紧急启动1LHQ柴油发电机组，柴油机启动成功，8.7s内达满足电压、频率要求，继续执行其他试验项目无异常。

此次故障复现与102大修期间偶发启动失败类似。

1）柴油机启停机过程分析

应急柴油发电机起机曲轴转动是通过压缩空气罐内的压缩空气来启动。压空罐压力为3.4MPa-4.0MPa。当柴油机转速20r时机械调速器就已经得电，燃油则已经喷进气缸。启动机械调速器是通过内部建立油压后推动执行器动作，机械调速器之前有一个促动器，促动器的作用是为机械调速器快速建立油压，从而实现快速供油。柴油机实现也快速起机。促动器的启动是通过一路0.7MPa压缩空气启动。

停机信号正常有四种，润滑油油位低、超速保护、低电压、紧急停机。而停机过程中则有三条同时停车路径同时进行。第一条，当有停车信号时，电子调速器电流便会变化之0.94A左右。从而执行器以及油门齿条停止供油，回到零位。第二条，当有停车信号时，机械调速器内的停车线圈得电，使机械内部建立的油压卸掉，从而也会停止机械调速器供油。第三条是由一路压缩空气通过停车电磁阀，反向控制柴油机横向拉杆，最终使燃油齿条推回0位，从而实现停止供应燃油。

超速保护分为115%超速和112%超速。正常应急启动时，超速电磁阀动作后，压缩空气通过至超保阀，将阀内销子吹下，阻断燃油，从而实现停止供油，停车。

1. 第二次启动失败分析

介于前期102大修发生过偶发启动失败更换过机械调速器，此次又发生类似问题。以及排除一部分机械设备故障原因后，后续试验则重点监测电子调速器部分。其中在第二次启动失败过程中通过录制电子调速器输出至机械调速器的电流值发现，在启动前输出电流为1.04A，启动后5s内输出电流维持不变，到达5s瞬间，电子调速器输出电流变为0.94A并维持不变。电流变化过程与以往正常启动变化过程区别较大（正常启动情况下电子调速器输出电流在启动瞬间电流快速由0.95A变化至0.37A左右），由此判断1LHQ柴油发电机组电子调速回路可能存在故障。根据电子调速器工作原理，初步判断故障可能的原因包括：

1.电子调速器未接收到柴油机启动命令；

2.电子调速器未接收到转速达到ST1信号（见下图）；

3.电子调速器故障

上纵坐标代表CA3电流变化，调速器转为正常PID控制，CA3输出电流变化直接影响油门开度，直观的表现和柴油机的执行机构动作情况是相对应的。电流变化范围正常是启动前是0.95A左右,执行机构一次拉到最大电流大约为0.37A左右，拉杆拉回一点，电流大概在0.55A左右。最后随着电流的波动，执行机构也在进行往复动作。

2）排查方案

（1）启动前检查；

（2）试验前外加测量仪器准备；

（3）就地手动启动1LHQ发电机组并监测相关电气量；

（4）更换并校验1LHQ931AR继电器柜内320XB继电器；

（5）320XB回装后就地空载启动1LHQ柴油发电机组进行验证；

如通过以上试验判断电子调速器故障，则需要更换电子调速器

3）试验验证分析

2018年9月26日晚上，按计划方案实施就地启动五次柴油机。结果前两次启动成功，第三次启动失败，失败这次的的CA3的初始电流为1.02A,这与前两次捕捉到的启动失败电流都近似，都为1.02A左右。而启动成功的电流都为0.95左右。再一次印证了此前的判断。

怀疑为电调本身问题或者电调与机调之间的连线回路存在问题。更换电子调速器后，对电子调速器进行静态试验，实验合格后，再进行5次空载试验1次，低负荷试验，均启动成功。监测的CA3初始电流在0.98A左右。

经过比较其他几台应急柴油机的CA3初始电流，也几乎相近。但此次验证结果并不能完全证明为电调本身的问题，机械调速器与电子调速器的回路接线存在调试留下来两段线的接头，也可能存在问题。

4. 总结

发出启动柴油机命令，信号会到第一个总继电器320XB,在经过一系列继电器最终以CA2电流输入到电子调速器。电子调速器的输出电流CA3经过连接线到达机械调速器内部上部的一个线圈得电，对机调动作电流0.25A-0.75A。机调内部建立油压，最终电流的变化影响执行机构变化。执行机构带动横向拉杆，再通过连接杆动作燃油齿条，向气缸内进行供油。当应急启动时且电子调速器故障时，机械调速器会以备份转速1048 rpm启动，此次启动失败原因是没有信号传输到机械调速器，所以机械调速器没有启动。

核电厂应急柴油发电机组为关键设备，功率运行期间柴油机无法启动则须紧急检修。此次浅谈排查电子调速器方面因素，希望可以为后续类似故障问题提供一定的借鉴和参考。

参考文献：

[1]核电厂应急柴油发电机组技术规格书