核电厂应急柴油机润滑油压故障分析及优化

方国峰，沈 屹

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314000）

0 引言

核电厂内应急交流电源由4 台应急柴油发电机组构成，分别为带应急厂用设备的6.6 kV 交流应急配电系统LHA 和LHB配电盘供电。在厂外主电源和厂外备用电源均失去的情况下，核电站两个核电机组的每台应急柴油发电机组都有能力满足应急厂用设备用电要求，以确保反应堆安全停堆，并防止由于外部系统失电而导致重要设备的损坏，是核电厂的重要安全保障。其单线图如图1 所示。

图1 6.6 kV 交流应急电源控制系统单线图

柴油机需每月进行一次满功率试验，用于确保柴油发电机组的启动和在满功率下的运行性能（100%额定功率）。

1 2LHQ 满功率试验期间润滑油压故障简述

2016 年8 月12 日执行2#机组B 列应急柴油发电机组2LHQ 满功率试验PT2LHQ001，带载运行40 min 后柴油机跳闸，就地检查发现闪发润滑油压力低信号报警。仪控在线更换输入模块后，重新执行试验，带载运行76 min 后柴油机再次出现润滑油压力低信号报警，造成柴油机跳闸，第二次试验失败。

2 基于故障现象的分析和处理

2.1 2LHQ 应急柴油机保护控制系统

2LHQ 应急柴油发电机组的保护有定期试验保护和应急保护两种。在定期试验中投入的保护主要分为柴油机引擎部分和发电机部分两大类保护。这些停机保护在应急启动时都被闭锁，以确保核电站事故工况下柴油发电机组的可用性。其中活塞冷却润滑油压力信号通道如图2 所示：

图2 活塞冷却润滑油压力信号通道

2.2 故障的可能原因

两次试验，均出现润滑油压力低信号报警闪发的现象，可能的故障如下：

（1）柴油机本体上活塞冷却润滑油实际压力低。

（2）352CR 箱内PLC1 输入卡件故障。

（3）352CR 箱内通信模块故障。

（4）500AR 箱内通信模块故障。

（5）500AR 箱内PLC2 进行逻辑运算错误。

2.3 故障的原因分析

第一次试验跳闸，现场检查发现柴油机启动运行至12：35：46 时，突发“Pistion Cooling Oil Pressure＜0.65 MPa（6.5 bar）”（活塞冷却润滑油压力低）2LHQ157MP 压力低报警和“Valve Gear Oil Pressure＜0.45 MPa（4.5 bar）”（齿轮箱润滑油压力低）2LHQ155MP 压力低报警，2LHQ157/155MP 压力同时突变为0。2LHQ157MP 持续3 s 后触发跳机，试验失败。

机组跳机后，12：35：51，HQ157/155MP 压力同时恢复正常，后压力稳步下降。因信号2LHQ157/155MP 压力在两次采样数据内由正常数据突变为0，3 s 后又恢复正常。此时柴油机本体上润滑油卸压阀2LHQ187VH 处于关闭状态，并未开启，可以判断不是真实油压低信号。2LHQ157/155MP 数据变化趋势一致而两个压力信号取样点不同，可以排除就地变送器故障。

检查就地2LHQ157/155MP 通道回路接线无松动，初步分析为信号采集的PLC 输入卡件故障，更换卡件后柴油机压力显示正常，信号传输正确，无故障报警。联系主控重新执行试验。

19：40，再次执行试验，柴油机启动运行至20：56：28 时，触发“LHQ204MT RESISTANCE THERMOMETER ENGINE COOLANT PREHEATING T＜R”冷却水温度低报警，同时触发2LHQ157/155MP 压力低报警，且压力同时突变为0。柴油机再次停机，试验失败。

进一步查看历史曲线发现，20：56：28 时2LHQ155/157MP 突变为0，157MP 持续3 s 触发跳机，信号在第二次采样数据时恢复正常。这次触发信号同时有2LHQ204MT 温度低报警，信号也在第二次采样数据时恢复正常，这些信号是由通信卡传输至上位机。判断为2LHQ352CR 箱内信号传输故障。信号传输故障包括：通信线故障、电源故障，经检查发现安装在柴油机本体上的2LHQ352CR 箱内通信卡电源接插件有松动，拆除接插件发现其卡口处有磨损现象。因该缺陷在柴油机启动后受振动影响导致通信卡失电，2LHQ157/155MP 等信号传输中断，经逻辑处理延时3 s后保护停机。仪控人员更换接插件，并于13 日13：00 时再次进行2LHQ 柴油机满功率试验，柴油机启动运行正常，试验合格。

2.4 故障最终原因

通过对故障处理过程的分析及最终处理结果，结合通信模块电源插槽及插头的磨损情况，可以得出，通信卡电源线插槽磨损引起了通信连接口的松动。虽然在柴油机未启动时（静态）仍能传输信号，但当柴油机启动后，因柴油机运行时本体振动较大，造成了通信端口的短时虚接，形成短时通信中断，最终导致柴油机保护跳机，试验失败。

3 振动对柴油机本体上设备的影响分析和优化

3.1 振动对柴油机本体上设备的影响分析

根据《秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）最终安全分析报告》3.10 章节，柴油机厂房相关仪表和电气设备的抗震等级满足GB 50267—2019《核电厂抗震设计规范》中安全停堆地震（SSE）设计和鉴定的标准，即抗震I 类标准。

柴油机长期运转过程中会产生不平衡扰力，在动荷载作用下，将引起构件的动应力，造成动力疲劳、应力集中，影响整体或局部的动力稳定。对此维修人员联系测振部门对运行期间的柴油机本体及2LHQ352CR 端子箱进行测振，测振结果显示：柴油机本体振动振幅为11.48 mm，2LHQ352CR 端子箱振动振幅达38.28 mm。2LHQ352CR 端子箱的振动频率远远高于柴油机本体。

2LHQ352CR 端子箱直接固定安装在柴油机本体上，柴油机本体设计属于抗震设备，但是经过柴油机长期试验运行，柴油机本体上振动会传递并放大到信号采集箱2LHQ352CR 上，长时间剧烈振动，最终导致通信卡电源接插件卡口磨损、电源线出现松动现象。

3.2 优化措施与推广应用

3.2.1 排查同类柴油机组上端子箱振动的隐患

基于本次2LHQ352CR 端子箱内插件松脱的影响，对现场另外4 台柴油机集中进行了一次排查，发现有两台安装在柴油机本体上的端子箱内接线端子同样存在松动现象。

同时，针对安装于柴油机本体的同类设备进行测振，并全面梳理，发现0LHS352CR、1LHP352CR 等5 个端子箱均存在柴油机运行期间振动高的现象。

3.2.2 优化措施

针对柴油机运行时振动较大的现状，提出将安装于柴油机本体上的振动较大端子箱移出柴油机本体单独安装的改进方案：①将柴油机现场控制机柜支撑架的生根点由振动较大的柴油机上移动到地面上；②不改变原有机柜的抗震设计，只将固定支架的生根点移位到柴油机旁的基础地面上。

该方案经设计院核实认可，在自重和地震荷载作用下，将端子箱移出柴油机本体单独安装，支架的应力、紧固螺栓、膨胀螺栓荷载均满足RCC-M 规范和相关标准的要求。

3.2.3 现场控制机柜改进效果

改造实施后设备的可靠性显著提高：1LHP/LHQ 于102 大修期间改造完成，2016 年10 月运行至今各完成试验50 次；2LHP/LHQ 于202 大修期间改造完成，2016 年12 月运行至今各完成试验48 次；0LHS 于2017 年2 月改造完成，至今完成试验45次。均未发生类似端子或接插件等损坏/松动造成的跳机事件。

改造实施前352CR 端子箱振动振幅达38.28 mm，而改造实施后其振幅均≤20 mm。

4 结论

通过对柴油机满功率试验失败故障的深入分析，精准定位了导致试验失败的原因，并成功处理问题，确保了试验的成功按期执行。同时，针对柴油机运行时振动大易造成安装与本体上的仪控部件损坏的可能性，对部分实测振动值高的端子箱的安装方式进行了优化，有力的保障了同类端子或接插件等损坏/松动造成的跳机事件不再发生。提高了柴油机满功率试验的可靠性，进一步满足电厂技术规格书的要求。本项改进可以为其他在建或在运行核电厂提供改造的参考。