某核电厂汽轮机机械超速远程注油试验失效分析

袁凤学

（三门核电有限公司 维修处，浙江 台州 317112）

浙江某核电厂一期工程汽轮机采用日本三菱重工技术，汽轮机为单轴、四缸、六排汽的反动凝汽式核电汽轮机，额定功率1251MW，额定转速1500r/min[1]。为防止汽轮机超速，设置了超速保护控制（107.5%）、机械超速保护（110%）和电气超速保护（111%）。其中，机械超速和电气超速在机组功率运行期间每月执行1 次试验。本文从机械超速跳闸（MOST）远程注油试验时发生的压力信号异常而导致试验失败的案列出发，分析压力信号在该类试验中的重要性，并提出优化方向。

1 MOST原理

该核电厂汽轮机MOST 装置安装在汽轮机主油泵轴的末端。包括带压缩弹簧和注油孔的偏心飞锤、脱扣扳机、滑阀、危急跳机活塞阀、就地复位手柄、远程复位装置、节流孔板、试验三通电磁阀以及相关的仪表和管线等[2]。如图1 所示。

图1 汽轮机机械超速跳闸原理图Fig.1 Mechanical over speed trip system of turbine

机组正常运行时，飞锤的弹簧力大于飞锤的离心力，飞锤受弹簧约束不会飞出。当汽轮机实际转速上升到MOST 的设定值时，飞锤将克服弹簧阻力从小孔中飞出，撞击脱扣扳机，打开滑阀，自动停机油排出。危急跳机活塞阀由自动停机油压保持在关闭状态，当自动停机油排出后，危急跳机活塞阀开启，危急跳机油排出，危机跳机油压低导致所有汽轮机进汽阀关闭，汽轮机停机。

2 MOST远程注油试验

MOST 远程注油试验是通过高压油冲击飞锤，使飞锤飞出撞击脱扣扳机，危急跳机油排出，危机跳机活塞阀打开，EH 油压（图1 的P3 处）释放[3]。具体试验步骤如下：

2.1 试验步骤

1）在试验选择模式界面中选择“机械超速”。

2）操作“MOST 试验闭锁”按钮，使SV-MOST（SV125）电磁阀（S-1）通电，关闭（P1）处的危急跳机油至（P3）处的排油，以防止在试验中由于危急跳机活塞阀开启，关闭汽轮机进汽阀。

3）为了确认以上MOST 试验闭锁状态，在EH 油管路上安装了2 个节流孔。2 个节流孔之间的压力（P4）比危急跳机油压（P1）设置的稍低（相差约3.5MPa）。在MOST试验闭锁动作时，（P3）处的压力等于（P4）处的压力。差压开关DPS-DMOST（PDS072）检测（P1）和（P3）之间的压差，用来在主控界面指示“正在进行MOST 试验”。

4）通过持续按下“试验投入”按钮，SV-OST（SV044）一直带电开启，MOST 试验油供到飞锤的下面。MOST 试验油压冲击力大于弹簧约束力时，飞锤飞出。

5）当飞锤飞出时，通过PS-MOST2（PS026）检测到MOST 自动停机油压减少。

6）自动停机油压减少使危急跳机活塞阀开启，危急跳机油压（P3 和P4）与排油压力相等。PS-MOST1（PS073）检测到危急跳机油压减少，操作员也可以通过PS073 的指示来确认系统正常。

2.2 试验复位

1）释放“试验投入”按钮。

2）SV-OST（SV044）失电关闭，到飞锤的MOST 试验油管路关闭。

3）通过操作“试验复位”按钮，汽轮机复位电磁阀（SV-OSTR）（SV090）通电开启；汽轮机远程复位装置动作，机械超速跳闸装置复位；限位开关（ZS051）检测汽轮机的复位状态；自动停机油压回到正常值，危急跳机活塞阀关闭。

4）危急跳机油压（P3 和P4）回到“试验投入”操作前的值（通过PS073 判断）。

5）SV-MOST（SV125）的S-1 失电，S-2 带电。SVMOST 的两端压力（P1 和P3）相等，差压开关DPSDMOST（PDS072）检测到SV-MOST 复位。“MOST 试验闭锁”状态指示消失。

6）在试验选择模式界面中，选择“模式选择切除”按钮，由试验模式回到正常位置。

表1 MOST远程注油试验过程中压力信息Table 1 Pressure status during the remote MOST oil injection test

3 MOST远程注油试验失效分析

同类型机组中发生过两次因压力信号异常导致MOST远程注油试验失败的案例，其中1 例导致汽轮机跳机。MOST 远程注油试验过程中，压力相关信号的变化见表1。

3.1 差压开关DPS-DMOST（PDS072）异常，导致试验不成功

故障现象：执行完毕2.2 节中的步骤3）之后，步骤5）中的差压开关PDS072 没有按照预期复位（对应表1 中的状态5），无法通过压力信号（PDS072）确认MOST 功能是否恢复正常。

处理过程如下：1）实验室校验差压开关PDS072，正压侧打压大于1.5MPa，负压侧对大气，校验动作30 次均动作正常；2）检查差压开关PDS072 对应卡件通道，模拟动作30 次，通道响应正常；3）检查三通电磁阀SV125 线圈阻值绝缘均正常；4）在图1 中的P3 处安装临时精密压力表，确认油管道压力正常；5）在表1 中的状态1 与状态2 之间往返切换30 次，差压开关PDS072 均动作正常；6）通过执行20 次MOST 远程注油试验，前15 次正常，后5次试验中差压开关PDS072 没有复位，试验不成功；7）在实验室再次校验PDS072，单侧打压13.5MPa（模拟现场工况），10min 后迅速释放压力，PDS072 无法复位，轻轻敲击后，PDS072 成功复位，重复多次后仍能复现；8）校验PDS072 新备件，未出现上述异常现象。说明该压力开关在单侧高静压持续受压后，无法快速恢复形变，导致动作异常。经查询，机组调试期间在高压油还未可用时，为执行汽轮机汽阀试验，将SV125 长期置于闭锁状态（即图1 中P1 处压力为13.5MPa，P3 压力为0），导致PDS072 长期处于单侧高静压环境，更换新备件后，运行3 年未出现异常。

3.2 压力开关PS-MOST1（PS073）异常，导致汽轮机停机

故障现象：执行完成2.1 节中的步骤6）之后，压力开关PS073 应该处于表1 中的状态3，即值为1。而实际PS073（值为1）仅保持0.2s 后就自动复位了。执行完毕2.2节中的步骤3）之后，由于PS073 信号已经提前复位（实际图1 中P3 处油压还未恢复），逻辑中自动将SV125 解锁（图1 中P1 与P3 连通），危急跳机油排出，导致危急跳机油压低，汽轮机停机。

处理过程：1）审查压力开关PS073 最近校验记录和通道回路检查记录，均正常；2）检查与PS073 同卡件的其他信号通道均正常；3）检查试验过程中，对应机柜处理器和卡件无异常报警；4）机组挂闸后再次执行3 次MOST 远程注油试验，均成功；5）由于短时无法复现故障现象，机组正常启动运行，待停机检修窗口再次进一步排查，同时在MOST 试验程序中增加操作前后对PS073 状态的确认步骤，避免PS073 的再次异常。PS073 长期工作压力为13.5MPa，动作值为≤3.9MPa，工作压力和动作压力相差较大，不排除感压元件疲劳引起设定值瞬间异常的可能。

4 MOST远程注油试验优化方向

由试验过程可知，油压信号的响应是判断试验是否成功的标志，同时油压信号异常也将导致试验提前解锁，进而引起汽轮机停机。针对压力信号的重要性，提出以下优化方向。

4.1 差压开关的改进

由4.1 节的分析可知，差压开关PDS072 长期处于单侧高静压环境将影响其动作的灵敏性，机组正常运行期间仅在MOST 定期远程注油试验时才会使PDS072 形成单侧高静压环境，且持续时间较短，对PDS072 的影响可以忽略。但是在机组大修期间，若高压油还未可用时需要操作汽轮机进汽阀，则仍然会闭锁SV125，使得PDS072 长期处于单侧高静压环境，此时可以在闭锁操作前，先将PDS072 的仪表隔离阀关闭，平衡阀打开，以保护PDS072 的性能。

4.2 压力开关的改进

根据压力开关PS073 的作用，有两种改进方式：一种增加压力测点保障信号可靠；一种修改逻辑实现手动解锁。

1）PS073 参与逻辑自动解锁SV125，如果试验期间异常，将会导致严重后果，可在PS073 取压口处（图1 中P3处）增加1 个压力测点，连接压力变送器，将压力变送器通过定值（≤3.9MPa）触发后的信号与PS073 的信号共同参与逻辑，避免单个设备故障而误触发逻辑信号。同时也可在PDS072 异常时，判断图1 中P1（已经配置压力变送器）与P3 之间的压差，进而判定MOST 试验成功与否。

2）取消自动解锁SV125 的逻辑。为避免压力信号异常再次引起严重事故，可取消自动解锁逻辑，通过在画面增设独立操作按钮，实现手动解锁功能。

5 结束语

汽轮机MOST 定期远程注油试验，是为了验证MOST的飞锤能够正常飞出、危急跳机活塞阀能够正常打开等功能，试验期间若压力信号异常将影响试验结果甚至导致汽轮机跳机事件。文中通过分析MOST 的动作原理和远程注油试验过程，提出了压力信号的改进建议，保证了MOST远程注油试验的可靠性和安全性，为后续同类型机组的试验改进提供了方向。