AP1000電廠凝泵B電機誤啟動故障分析

摘要：基于某AP1000電廠調(diào)試期間的凝結(jié)水泵B電機誤啟動案例，分析了凝結(jié)水泵電機自啟動邏輯，闡明了中壓電氣保護(hù)裝置SEL710的TRIP信號導(dǎo)致電機誤啟動的原因，從技術(shù)方面給出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：誤啟動;自啟動命令;電氣故障跳閘

1? ? 事件描述

電廠1號機組常規(guī)島共配備3臺凝結(jié)水泵[1]（凝結(jié)水泵A/B/C），電廠正常運行時兩臺投入運行，一臺作為熱備用。

調(diào)試試驗活動中，主控室操縱人員在將要執(zhí)行1號機組常規(guī)島凝結(jié)水泵B中壓電機點動（JOG）時，發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水泵B電機的操作界面顯示灰色，為可不操作狀態(tài)。主控室操縱員點選了“RESET”（復(fù)歸）按鈕，希望能切換至可操作畫面;但在點選“RESET”（復(fù)歸）按鈕之后，凝結(jié)水泵B電機發(fā)生了預(yù)期之外的誤啟動。工作負(fù)責(zé)人在就地發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水泵B電機誤啟動之后，緊急通知主控室操縱員斷開凝結(jié)水泵B電機中壓斷路器。主控室操縱員在接到工作負(fù)責(zé)人的緊急停泵指令后，手動點選“STOP”（停止）按鈕，凝結(jié)水泵B電機中壓斷路器分閘，但該斷路器在分閘之后又馬上合閘，凝結(jié)水泵B電機第二次誤啟動。此時現(xiàn)場人員初步判斷凝結(jié)水泵B電機的自啟動邏輯可能存在問題，在找到該電機誤啟動的具體原因之前，主控室操縱員在后臺先將凝結(jié)水泵B電機置于“LOCK”（閉鎖）狀態(tài)，以防止該電機再次誤啟動，并通知相關(guān)電氣/儀控系統(tǒng)工程師進(jìn)行問題查找和原因分析。試驗活動中，現(xiàn)場人員嚴(yán)格按照程序及應(yīng)急方案執(zhí)行，在就地設(shè)備進(jìn)行檢查時，將中壓斷路器置于安全位置，在電機點動和空載之前，清理現(xiàn)場，疏散人員，因此此次凝結(jié)水泵B電機的誤啟動未對人員和設(shè)備造成損害。

2? ? 電動機誤啟動原因分析

2.1? ? 凝結(jié)水泵B電機啟動邏輯

凝結(jié)水泵B電機啟動邏輯如圖1所示。由啟動邏輯可知，啟動可以分為人為啟動和非人為啟動兩大類。人為啟動由主控室操縱員人為發(fā)出點動（JOG）或啟動（ON）命令。

非人為啟動又分為兩種情況：

（1）凝結(jié)水泵出口壓力低導(dǎo)致的啟動。邏輯為B泵電機處于自動模式（AUTO），A、C泵電機已經(jīng)至少有一臺處于運行狀態(tài)，且凝結(jié)水泵出口壓力低于定值，此時B泵電機將啟動。

（2）凝結(jié)水泵電機跳閘（TRIP）引起的自啟動。邏輯為B泵電機自啟動命令（AUTO START COMMAND）發(fā)出。

該次調(diào)試活動中，主控室操縱員未發(fā)出控制命令凝結(jié)水泵B電機就自行啟動，因此不屬于人為啟動;凝結(jié)水泵A、C電機均處于停機狀態(tài)，不滿足非人為啟動中的第（1）種情況，據(jù)此初步判斷該次凝結(jié)水泵B電機誤啟動屬于非人為啟動的第（2）種情況。

2.2? ? 凝結(jié)水泵B電機自啟動命令邏輯

凝結(jié)水泵B電機自啟動命令（AUTO START COMMAND）邏輯如圖2所示。

試驗開始前，凝結(jié)水泵B處于STOP（停機）狀態(tài)，滿足邏輯第②條;當(dāng)主控室操縱員點選“復(fù)歸”按鈕后，凝結(jié)水泵B置于ATUO狀態(tài)（無JOG、ON、OFF或LOCK等命令），滿足邏輯第①條;經(jīng)調(diào)查了解，在該次調(diào)試活動的前一天凝結(jié)水泵A電機空載試驗結(jié)束后，凝結(jié)水泵A電機中壓柜的保護(hù)裝置電源熔絲4FU被退出運行，保護(hù)裝置失電，該保護(hù)裝置為SEL710[2]綜保裝置，在失電時保護(hù)裝置的所有開出量接點打開，因此產(chǎn)生了TRIP信號（該信號為接點打開報警），滿足邏輯條件第③條。綜上所述，凝結(jié)水泵B電機自啟動命令（AUTO START COMMAND）條件滿足，電機自啟動。

2.3? ? TRIP信號設(shè)計

凝結(jié)水泵B電機誤啟動是由電機自啟動命令（AUTO START COMMAND）造成的，而其中關(guān)鍵因素是凝結(jié)水泵A電機中壓柜保護(hù)裝置SEL710失電產(chǎn)生的TRIP信號。根據(jù)設(shè)計文件，SEL710保護(hù)裝置的TRIP信號邏輯為電氣故障跳閘時TRIP信號值為0，對應(yīng)的接點打開，儀控系統(tǒng)收到該信號，判斷為相應(yīng)的凝結(jié)水泵電機跳閘。正常情況下TRIP信號值為1，接點閉合，儀控系統(tǒng)收到該信號判斷為相應(yīng)的凝結(jié)水泵電機無跳閘。TRIP信號的邏輯如圖3所示。

SEL710保護(hù)裝置在失去電源時全部的開出接點都會打開，其中就包括了TRIP信號，儀控系統(tǒng)收到的信號值為0，判斷相應(yīng)的凝結(jié)水泵跳閘;另外，如果TRIP信號報警回路斷線，儀控系統(tǒng)同樣收到的TRIP信號值為0，判斷相應(yīng)的凝結(jié)水泵跳閘。

綜上可知，TRIP信號定義為開接點報警，除了電機跳閘本身可以產(chǎn)生報警信號外，裝置失電或回路斷線均可以產(chǎn)生該信號，導(dǎo)致報警信息不能準(zhǔn)確地反映實際故障原因。但是開接點報警的設(shè)計可以保證當(dāng)非預(yù)期故障發(fā)生時（SEL710裝置失電或TRIP回路斷線），主控室同樣可以第一時間收到報警信號，并由相應(yīng)人員查明原因;如果將TRIP信號改為閉接點報警（即正常時TRIP信號接點打開，有電氣故障跳閘時TRIP信號接點閉合），則當(dāng)非預(yù)期故障發(fā)生時（SEL710裝置失電或TRIP回路斷線），SEL710的TRIP信號接點將一直處于打開狀態(tài)，主控室將一直判斷下游電氣設(shè)備狀態(tài)正常，于是實際發(fā)生的非預(yù)期故障將一直存在而不被發(fā)現(xiàn)，成為電廠長期安全運行的一個隱患。尤其是回路斷線故障，如果不能被及時發(fā)現(xiàn)，則當(dāng)TRIP信號正確動作閉合時信號也不能被送到儀控系統(tǒng)，從而會引起更嚴(yán)重的故障。雖然TRIP信號設(shè)計為開接點報警會導(dǎo)致報警信息不準(zhǔn)確，但是卻能更全面地反映電氣故障、SEL710裝置狀態(tài)以及信號回路的完整性，因此單獨作為一個報警信號使用時，TRIP信號的設(shè)計是合理的。不過，當(dāng)TRIP信號不僅僅作為一個報警信號，而要參與其他邏輯運算時（如電動機自啟動邏輯），就會因為其報警信息不準(zhǔn)確而可能導(dǎo)致非預(yù)期結(jié)果（電動機非預(yù)期的自啟動）。

3? ? 改進(jìn)建議

基于上述原因分析，從消除電動機誤啟動的角度出發(fā)，可以從技術(shù)方面進(jìn)行改進(jìn)。

SEL710裝置發(fā)出的“TRIP信號”實際包含了三種可能信息：電氣故障跳閘、SEL710裝置失電、TRIP信號回路斷線。儀控系統(tǒng)對TRIP信號的定義只是電氣故障跳閘。可以從消除多余信息的角度，在儀控系統(tǒng)邏輯中對來自SEL710裝置的TRIP信號做相應(yīng)的邏輯運算來消除多余的信息（SEL710裝置失電、TRIP信號回路斷線），從而得到單一的電氣故障跳閘信號。以凝結(jié)水泵A為例，改進(jìn)后凝結(jié)水泵A電機電氣故障跳閘信號邏輯如圖4所示。

斷路器分閘信號的上升沿信號：采用斷路器常閉輔助觸點由開到閉的變位，當(dāng)斷路器分閘時，該輔助觸點將由分開變?yōu)殚]合。該輔助觸點屬于已有設(shè)計內(nèi)容，無需修改接線圖。

SEL710裝置發(fā)出的READY信號：當(dāng)中壓斷路器在工作位、控制選在遠(yuǎn)方、中繼控制電源有電、斷路器在工作位置以及合閘彈簧儲能等條件都滿足時，READY信號接點閉合。該輔助觸點屬于已有設(shè)計內(nèi)容，無需修改接線圖。

由圖4的邏輯可知，當(dāng)凝結(jié)水泵A的SEL710裝置失電時，READY信號為0，凝結(jié)水泵A電氣故障跳閘信號邏輯不成立;當(dāng)凝結(jié)水泵A斷路器處于工作位合閘狀態(tài)且SEL710的TRIP信號回路斷線時，斷路器實際處于合閘狀態(tài)，因此沒有斷路器分閘信號的上升沿信號，凝結(jié)水泵A電氣故障跳閘信號邏輯不成立;當(dāng)凝結(jié)水泵A斷路器處于工作位分閘狀態(tài)且SEL710的TRIP信號回路斷線時，因為斷路器一直處于分閘狀態(tài)，因此沒有斷路器分閘信號的上升沿信號，凝結(jié)水泵A電氣故障跳閘信號邏輯不成立。綜上所述，經(jīng)過邏輯運算后得到的“凝結(jié)水泵電氣故障跳閘信號”已經(jīng)排除了SEL710裝置失電和SEL710裝置本身TRIP信號回路斷線的干擾，可以參與凝結(jié)水泵自啟動命令（AUTO START COMMAND）的邏輯運算。

4? ? 結(jié)語

本文分析了凝結(jié)水泵電機誤啟動的原因，關(guān)鍵因素是電氣保護(hù)裝置SEL710發(fā)出的TRIP信號包含多余的信息（SEL710裝置失電、TRIP信號回路斷線）。通過在儀控系統(tǒng)的邏輯運算中引入其他電氣信號實現(xiàn)了消除多余信息的目的，從而可以降低凝結(jié)水泵電機誤啟動的可能性。然而，誤啟動和拒啟動是一對矛盾，在降低誤啟動可能性的同時，拒啟動的可能性會隨之增加，因此技術(shù)改進(jìn)建議應(yīng)該在評估凝結(jié)水泵電機誤啟動和拒啟動的風(fēng)險之后，謹(jǐn)慎采納。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 顧軍.AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2010.

[2] SEL-710 Motor Protection Relay Instruction Manual[Z].

收稿日期：2020-04-21

作者簡介：王中元（1987—），男，山東萊州人，工程師，研究方向：核電廠設(shè)備管理。