汽轮机发电机停机信号逻辑优化的分析与实施

梁小君

（中核武汉核电运行技术股份有限公司 浙江分公司，浙江 嘉兴 314001）

0 引言

汽轮机、发电机是核电厂的核心设备，与常规岛的大部分系统直接相关，因为其在核电运行中的重要性，所以设计了多重停机保护信号,但是目前的汽轮机、发电机停机保护信号设计的过于保守，很多汽机停机信号在汽轮发电机运行导则[3]、核电厂安全级电力系统准则[4]中没有要求，反而是在排查仪表故障之后进行手动停机的。

过于保守的停机逻辑和部分设计先天考虑不足，极易导致机组误停机，给电厂造成巨大经济损失。以下是国内核电厂运行误停机事件中的其中一起。

2015年5月12日凌晨01时：50分左右，某核电厂3号机组发电机定子冷却水箱液位（GST001SN）失效触发液位低信号，由于设计上没有针对液位开关SN设置单独的失效报警，导致运行人员无法发现。5月12日晚18时：46分，GST003SN失效触发液位低信号，此时满足3取2跳机逻辑，直接触发汽轮机停机保护动作。

图1 发电机定子冷却水的安装示意图Fig.1 Installation diagram of generator stator cooling water

1 核电厂汽轮机、发电机停机信号的梳理

目前百万机组核电厂汽轮机、发电机触发停机信号的情况主要有以下几种情况：

1）汽轮机转速导致停机

百万机组核电厂普遍采用半转速设计，其额定转速是1500rpr。送汽机监视系统（GME）的3个转速信号，经过逻辑三取二到达1635rpr时，触发停机信号。送汽机保护系统（GSE）的3个转速信号，经过逻辑三取二到达1650rpr时，触发停机信号。

2）润滑油系统供油异常导致停机

润滑油系统对于汽轮机的安全运行至关重要，当该系统出现以下3种情况时，会经过逻辑三取二触发停机信号：①润滑油箱液位低（＜1085mm）；②润滑油供油母管压力低（＜130kpa）；③润滑油过滤器差压高（＞100kpa）[1]。

3）发电机密封油油氢压差低导致停机

为了防止发电机内氢气通过发电机轴承泄漏，发电机密封油压力应始终略大于发电机内氢气压力（50kpa）。如油氢压差过低（＜20kpa），3个压力开关，经过逻辑三取二触发停机信号。

4）定子冷却水、漏液导致停机

发电机定子冷却水系统用于冷却发电机定子绕阻，当发生定子冷却水入口温度过高、流量过低、定冷水箱液位过低、电导率过高时，通过就地探头经逻辑三取二触发停机信号[1]。

发电机漏液是通过液位开关来检测，发电机底部接口通过管道与磁翻板液位计连接，同时磁翻板液位计配有3个液位开关。当液位到达高报值时，3个液位开关经过逻辑三取二触发停机信号。

2 解决方案的分析论证

目前汽轮机发电机停机信号逻辑的设计存在以下不足：

1）现在停机信号涉及的发电机漏液高高、励磁机漏液高高、定子水箱水位低低等实现形式均为浮球一拖三，当浮球出现问题，设计变为单一故障停机，无冗余，极易导致误停机。

3个磁性液位开关安装于磁翻板液位计外壁，通过感应金属浮球的位置触发液位开关动作。在机组运行中，一旦磁翻板液位计的金属浮球发生浮球破损、沉没现象，该浮球将同时触发3台液位开关为“1”，造成汽轮发电机停机。

2）导致跳机的单个设备信息二层无显示或报警，操纵员无法掌握设备状态，在运行过程中有可能发生单一设备故障导致安全等级降低。

3）部分停机信号冗余，并且已有相同作用的停机信号存在，功能上存在设计重复。

4）所有停机信号都没有设置单一故障报警信息，当单一仪表或通道故障时，操作员无法及时发现，大大增加触发停机信号逻辑的概率。

3 汽轮机、发电机停机信号逻辑优化的实施

汽轮机、发电机停机信号逻辑优化主要分：① DCS I/A机柜侧逻辑修改、下装；② 现场设备的改造施工。

1）DCS I/A机柜侧逻辑修改，本次逻辑优化涉及的控制逻辑如下：

a）优化发电机热氢温度高高停机信号逻辑，新增单一温度信号质量位报警，若发生单一信号故障时，停机信号逻辑将保护等级退防处理[2]。

b）优化发电机、励磁机漏液监测停机信号逻辑，增加发电机、励磁机漏液监测远传功能，高、高高、液位报警、质量位报警功能。就地增加导波雷达液位计以实现独立性准则，通过3个导波雷达的模拟量分别与阈值进行比较，触发三取二保护停机逻辑。

c）由于发电机定子冷却水箱低低停机保护信号与发电机定子冷却水流量低停机保护，设计上为相互冗余保护功能重复，故取消发电机定子冷却水箱低低停机信号。

d）新增报警信息、二层新增报警监视画面

重要信号新增加报警块，当出现涉及跳机信号的风险时，二层报警窗出现KA报警信号，同时系统画面出现KS报警信号[2]。新增的KA报警如表1所示。

2）现场设备的改造施工

单一故障准则的定义：假设在一个系统中的任一单个部件失效，但要求设计仍能实现正确预设的系统功能。能够实现以上描述的设计称之为符合单一故障准则，反之则不符合。

图2 实施逻辑优化后发电机氢气测量系统模拟/逻辑图Fig.2 Simulation/logic diagram of generator hydrogen measurement system after logic optimization

表1 新增的KA报警Table 1 New KA alarms

在全面排查了核电厂汽轮机、发电机跳机信号的触发条件之后，发现以下部分仪表和信号存在共用同一部件的现象，不符合单一故障准则。

根据以上的描述列表，现场设备的改造主要分为：

a）更换GRV系统液位开关，使用导波雷达液位计，精度更高。同时6台导波雷达液位计分别独立安装取样，排除单一故障风险，使跳机信号真正做到三取二。

b）将GST定子冷却水流量的3个流量开关和1个流量变送器的取压口，分开独立取压再由仪表管引至就地仪表，排除因月度试验而触发的误跳机风险。

c）更换部分保护跳机信号通道（DCS组态同时作相应修改），使触发跳机信号的条件分布在不同的FBM卡件上，避免因卡件损坏而导致误触发跳机信号的情况。

4 总结

通过对核电厂汽轮机、发电机跳机信号的分析与论证，仔细筛查不满足单一故障准则要求以及其它的不利于机组安全稳定运行的隐患。制定优化方案并实施，方案实施后顺利通过机组验收，机组运行至今运行状况良好。本文所提出的分析与实施，提高了机组运行的安全、稳定性，达到了预期的效果。