一種核電站應急柴油機運行狀態檢測的方法和系統

李 鋒 蔡文珍

（福建寧德核電有限公司，福建 福鼎355200）

0 引言

核電站應急柴油機是核安全相關系統，它作為6.6kV應急母線供電后備電源，確保了應急母線電源的可靠性。

現有技術中通常采用應急柴油機事件記錄儀裝置對應急柴油機的運行狀態進行記錄，其記錄數據僅包括柴油機運行過程中的開關量數據，導致僅能實現對報警時序的記錄，由于現有技術手段所限所述應急柴油機在運行過程中很多重要信號記錄的數量和種類較少，無法完整地再現所述應急柴油及出現故障后的各執行機構的工作過程，進而對故障的準確定位和診斷產生影響。

例如，柴油機本體上調速器油門桿原為一個行程測量指示器，行程距離為35 mm，角度為0°～60°的機械輸出。目前，應急柴油機事件記錄儀裝置并不能記錄油門桿的工作狀態。柴油機在啟動期間，一旦油門桿出現由于設計上沒有遠傳記錄信號，在柴油機試驗啟動期間，一旦本體調速器出現卡澀或行程有偏差，將無法定位故障。再例如，柴油機本體上的電子調速器給油門桿執行機構發出一個連續的0～1A的直流電流調節信號，現有的應急柴油機事件記錄儀裝置無法對此調節信號進行檢測，一旦電子調速器異常，則柴油機將工作失常，難以故障定位。

進一步的，由于所述應急柴油機事件記錄儀裝置中的大量數據之間相互孤立，無法形成有效數據鏈，只能在有豐富現場調試經驗的工程師主觀判斷下，才可從巨量波形數據中提取極為少量的故障信息，工作量巨大，費時費力，效率低下。

如何實現柴油機運行狀態監測及故障的快速診斷成為本領域技術人員亟待解決的技術問題之一。

1 運行狀態檢測系統

1.1 系統概述

采用大范圍的數據采集方案，對包括柴油機電子調速器控制輸出和油門桿行程等不易進行數據采集的信號加以引入，形成完整柴油機組數據采集系統，對機組的全部重要控制參數和信號進行監控。

根據應急柴油機組的系統構成，對離散型和連續型輸入信號進行數據信息分類。將應急柴油機運行狀態及故障診斷記錄儀的歷史數據，做為故障診斷的先驗經驗和知識庫，提供故障診斷報告。

（1）上述柴油機運行狀態檢測方法中，所述運行數據至少包括：用于表征柴油機本體儀表系統、柴油機調速控制系統、發電機電氣保護系統、柴油機油氣水輔助系統、柴油機組啟停控制系統，選取的信號點共計160個測點。

（2）采用非接觸式的測量方案將電子調速器直流調節信號變換成標準信號輸入；

（3）采用非接觸式的行程/角度變送器，將調速器油門桿位置指示變換成標準信號輸入；

（4）記錄故障發生前后的各種保護動作的時序及轉速電流電壓等模擬量信號的瞬態波動情況；根據實際需要組合出相關用戶數據格式（報表、波形及其他圖形等方式）；

（5）根據應急柴油機組的系統構成，采用模塊化的數據處理方法，對開關量和模擬量輸入信號進行數據信息分類顯示。應急柴油機組運行狀態及故障診斷記錄儀的子系統由下列系統構成：柴油機本體儀表系統、柴油機調速控制系統、發電機電氣保護系統、柴油機組油汽水輔助系統、柴油機組啟停控制系統、柴油機組同期控制系統等實現柴油機運行狀態實時監測。

1.2 系統組成

一種柴油機運行狀態檢測系統（見圖1），包括：

圖1 系統組成圖

（1）數據采集單元，用于獲取并記錄柴油機運行過程中用于表征柴油機各個工作系統的工作狀態的運行數據；

（2）數據分類單元，用于判斷獲取到的運行數據所屬的柴油機的工作系統；將所述運行數據添加到與其對應的工作系統的運行狀態數據列表中；

（3）顯示器控制單元，用于控制顯示器以預設方式顯示所述柴油機各個工作系統的運行狀態數據列表；

（4）故障判斷單元，用于依據所述運行數據判斷所述柴油機是否出現故障，如果是，向故障診斷單元輸出觸發信號；

（5）故障診斷單元，用于當獲取到所述故障判斷單元輸出的觸發信號后，依據出現故障時刻前后預設時間段內的運行數據進行故障診斷分析，依據分析結果生成故障診斷報告。

1.3 狀態檢測及故障診斷

采用大范圍的數據采集方案，形成較為完整柴油機組數據采集系統，采用數據庫的信息錄入方式對離散型（開關量）和連續型（模擬量）輸入信號進行記錄，方便后期的信息處理（查詢、波形生成、數據導入等），提高數據處理的效率。根據應急柴油機組的系統構成，采用模塊化的數據處理方法，對離散型和連續型輸入信號進行數據信息分類。

當獲取到運行數據以后，可以通過判斷運行數據標識的方式判斷該運行數據所屬的工作系統，將其劃分到屬于該工作系統的運行數據集合中。當然，對所述運行數據進行分類時，也可以通過分析其對應的數據接口的方式確定其對應的工作系統，此時，當獲取到運行數據時，判斷獲取該運行數據的數據接口的地址信息，由預設映射規則判斷該地址信息對應的工作系統，該地址信息對應的工作系統即為該運行數據對應的工作系統，將所述運行數據劃分到映射得到的工作系統的運行數據集合中。

為了使得各個工作系統下的運行數據之間具備關聯性，可以通過預設規則將同一工作系統下的運行數據在同一顯示區域顯示的方式，使得某一運行數據和與其相鄰的其他運行數據之間具備關聯性，從而使得用戶能夠更加快速地判斷某一工作系統的工作狀態，當然也可以只顯示用戶當前選擇的工作系統下的運行數據。在進行運行數據顯示時，顯示方式可以數據列表的方式進行顯示，當然為了將運行數據的變化趨勢更加直觀地展示給用戶，還可以通過先將屬于同一采集點對應的運行數據采用數據報表、數據變化曲線或其他圖形的方式展現給用戶，用戶可快速判斷該工作系統的運行狀況。

依據運行數據判斷柴油機是否出現故障，如果是，依據出現故障時刻前后預設時間段內的運行數據進行故障診斷分析。同時利用記錄儀的歷史數據做為故障診斷的先驗經驗和知識庫，結合當前發生故障的相關信息，生成故障診斷報告，提供具有較高準確度的故障定位，方便維護人員迅速排除故障。將出現故障時刻前后預設時間段內的運行數據作為與生成的故障診斷報告匹配的故障數據，將生成的故障診斷報告和與其匹配的故障數據導入所述歷史數據庫。

圖2 故障判斷框圖

2 現場應用

核電站應急柴油機運行狀態檢測系統與現有技術的對比：

（1）擴大了目前應急柴油機記錄儀的數據記錄范圍，將原本不宜接入記錄儀的關鍵數據接入應急柴油機運行狀態及故障診斷記錄儀，為應急柴油機運行狀態及故障診斷提供了完整的數據源。

（2）改變了數據的處理和存儲方式，將原來孤立的數據以數據庫形式保存下來再在其基礎上進行處理，可以快速高效完成數據后期處理，為數據融合和其他衍生功能打下基礎。

（3）數據融合后，剔除了大量冗余和無用數據，提取了最有效數據，為柴油機運行狀態及故障診斷提供直接數據源，提供了數據處理的效率。

（4）實現了應急柴油機運行狀態評估及故障診斷，為應急柴油機的故障處理和運行維護提供了有針對性的處理方案。

核電站應急柴油機運行狀態檢測系統選取的重要測點，基本涵蓋柴油機組的重要參數，如轉速電壓頻率等模擬量，還有輔助系統的狀態、機組的啟停機故障信息等。通過獲取用于表征柴油機各個工作系統的工作狀態的離散型數據和連續型數據，為柴油機故障處理提供足夠的數據支持，同時還將屬于相同工作系統下的運行數據添加到同一運行狀態數據列表中，使得采集到的運行數據之間不再孤立，從而更加方便用戶對柴油機工作系統的運行狀況進行判斷，當出現故障時，方便用戶進行故障分析，實現了柴油機故障的快速定位及診斷。

3 結語

核電站應急柴油機運行狀態檢測系統記錄各種保護動作的時序及轉速電流電壓等模擬量信號的瞬態波動情況，為檢測工作提供了完整的數據源，實現了柴油機運行狀態實時監測，生成故障診斷報告，形成經驗數據庫并不斷更新，為應急柴油機的故障處理和運行維護提供了有針對性的指導，從而確保應急柴油機安全可靠運行，保證核電站應急電源的可靠性。