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★遼寧紅沿河核電有限公司張?zhí)煸?/span>

★北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司李啟明，王志嘉，武哲龍

關(guān)鍵詞：核電廠；應(yīng)急柴油發(fā)電機；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷；健康評估；可靠性

1　應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)開發(fā)意義

1.1　核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)現(xiàn)狀

核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機作為核電廠1E級設(shè)備，為反應(yīng)堆緊急停堆提供電源，保障核安全。其可靠性指標(biāo)主要有啟動成功率、不可用時間和重大設(shè)備災(zāi)難性損失。

目前國內(nèi)核電站95%以上應(yīng)急柴油發(fā)電機組未裝設(shè)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，少數(shù)核電廠裝設(shè)了常規(guī)電力錄波器，但僅能實現(xiàn)電氣故障錄波功能，無法實現(xiàn)柴油發(fā)電機本體及輔助系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷功能，導(dǎo)致監(jiān)測系統(tǒng)功能受限。由于國內(nèi)外缺乏標(biāo)準(zhǔn)參考和經(jīng)驗借鑒，導(dǎo)致國內(nèi)無一款成熟的柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷產(chǎn)品可以滿足核電站的迫切需求。

1.2　核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機組面臨的難點、痛點、共性問題

1.2.1　核電站每年都會發(fā)生啟動不成功事件嚴重影響核安全

核電站柴油發(fā)電機與其他行業(yè)柴油發(fā)電機不同之處，是要求其在10-15秒內(nèi)啟動成功具備發(fā)電能力。為保證其高可用性，核安全安規(guī)（HAD102-13、GB/T13177、IEEE-387、RG1.9）要求核級柴油發(fā)電機必須定期試驗（表1），保證啟動成功率大于99%。通過對核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機啟動成功率統(tǒng)計，各核電站每年都會發(fā)生啟動不成功問題，給核電站管理和技術(shù)人員帶來了極大困擾。其根本原因是柴油發(fā)電機系統(tǒng)復(fù)雜，如圖1所示，普遍存在電纜接線復(fù)雜、元器件眾多、繼電器邏輯多、進口元器件設(shè)備卡脖子、關(guān)鍵技術(shù)黑匣子問題；同時處于熱備用狀態(tài)的柴油發(fā)電機控制保護系統(tǒng)沒有狀態(tài)監(jiān)測和故障錄波手段，無法提前發(fā)現(xiàn)和識別出潛在缺陷，導(dǎo)致各核電站每年都會發(fā)生啟動不成功事件。

表1 柴油發(fā)電機定期試驗表

圖1 應(yīng)急柴油發(fā)電機組系統(tǒng)示意圖

1.2.2　核電飽受缺陷排查難、故障處理時間長、柴油發(fā)電機不可用時間長困擾

核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機由柴油機、發(fā)電機和輔助系統(tǒng)構(gòu)成，如圖2所示，其中電纜端接高達2250～2500根，電氣元器件1350～1500個，核心進口元器件近50個，繼電器160～200個，保證所有系統(tǒng)和設(shè)備100%可靠面臨巨大挑戰(zhàn)。沒有狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的情況下，柴油發(fā)電機系統(tǒng)出現(xiàn)缺陷和故障，通常需要機械、電氣、儀控三方面人員依靠豐富的工作經(jīng)驗，根據(jù)當(dāng)時現(xiàn)場人員提供的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，通過翻閱數(shù)百頁圖紙，對照邏輯功能圖、電氣原理圖、工藝系統(tǒng)圖，進行分析最終確定故障原因，少則需要數(shù)小時，多則需要數(shù)天，甚至出現(xiàn)故障原因不清等問題，嚴重影響核電站安全穩(wěn)定運行。

圖2 柴油發(fā)電機故障錄波參數(shù)監(jiān)測統(tǒng)計表

1.2.3　核電站經(jīng)常發(fā)生柴油發(fā)電機、發(fā)電機等重大設(shè)備災(zāi)難性損壞造成重大經(jīng)濟損失

從近年來故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析圖（圖3）可知，核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機發(fā)生軸瓦磨損/燒瓦、拉/抱缸等故障和啟機失敗概率非常大，其主要原因為柴油機和發(fā)電機等重大設(shè)備沒有健康狀態(tài)、故障狀態(tài)和維修狀態(tài)的監(jiān)測手段，導(dǎo)致重大設(shè)備帶病啟動，最終發(fā)生災(zāi)難性損壞。

圖3 柴油發(fā)電機故障統(tǒng)計圖

圖4 應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總圖

2 應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1　狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的范圍

核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)（圖4）包含應(yīng)急柴油發(fā)電機本體及燃油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)的在線監(jiān)測、故障診斷和整機關(guān)鍵部件的狀態(tài)管理，通過在線狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計運行數(shù)據(jù)，顯示運行趨勢，通過故障庫快速找到故障原因制定維修策略，通過整機及關(guān)鍵部件的數(shù)據(jù)管理開展預(yù)防性維修管理，提升應(yīng)急柴油發(fā)電機的可靠性和優(yōu)化維修大綱。

2.2　狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)和功能

依據(jù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)軟件功能及架構(gòu)設(shè)計（圖5），該系統(tǒng)主要實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、健康評估三大主要功能，共由八個子功能模塊構(gòu)成。

狀態(tài)監(jiān)測功能：

（1）應(yīng)急柴油發(fā)電機組關(guān)鍵信號數(shù)據(jù)采集、存儲、歷時趨勢顯示功能；

（2）應(yīng)急柴油發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測和故障錄波功能；故障診斷功能：

（3）定期試驗數(shù)據(jù)及波形、報告自動生成功能；

（4）應(yīng)急柴油發(fā)電機子系統(tǒng)二次分析數(shù)據(jù)可視化；

（5）應(yīng)急柴油發(fā)電機組典型故障診斷；健康評估功能：

（6）應(yīng)急柴油發(fā)電機組關(guān)鍵部件健康評估管理；

（7）應(yīng)急柴油發(fā)電機組維修預(yù)測與健康狀態(tài)評估系統(tǒng)；

（8）應(yīng)急柴油發(fā)電機組整體狀態(tài)評估報告功能。

圖5 狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)構(gòu)架及軟件設(shè)計流程圖

2.3　應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)主界面設(shè)計

應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)采集柴油發(fā)電機開關(guān)量、模擬量、溫度、壓力、振動信號送至主畫面，主畫面由實時顯示、數(shù)據(jù)分析、健康診斷、報警信息、專家?guī)?、系統(tǒng)設(shè)置、外部接口七部分構(gòu)成，如圖6所示。

圖6 應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)主界面及報警界面設(shè)計圖

3  應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)整體設(shè)計在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)故障錄波基礎(chǔ)上進行定制軟硬件開發(fā)，能夠很大地提高開發(fā)效率和縮短研發(fā)周期，降低開發(fā)成本。應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測采用傳統(tǒng)錄波器啟動方式、數(shù)據(jù)記錄方式、啟動條件及算法規(guī)則，完全滿足狀態(tài)監(jiān)測要求的各項功能。對于故障診斷和健康評估功能需要定制開發(fā)項目，關(guān)鍵點和難點主要是長期錄波數(shù)據(jù)開發(fā)、柴油發(fā)電機仿真搭建及驗證、健康診斷系統(tǒng)設(shè)計三個方面。應(yīng)急柴油發(fā)電機振動監(jiān)測系統(tǒng)圖如圖7所示。

圖7 應(yīng)急柴油發(fā)電機振動監(jiān)測系統(tǒng)圖

3.1　傳統(tǒng)電力故障錄波器設(shè)計

傳統(tǒng)故障錄波器適用于電力系統(tǒng)的電力參數(shù)記錄及監(jiān)視。它能使用于任何型式的電力系統(tǒng)設(shè)備或接線方式，包含發(fā)電機、變壓器設(shè)備、單元接線、3/2接線、雙母線及其它復(fù)雜系統(tǒng)。錄波裝置的電流、電壓輸入為傳統(tǒng)式的電流互感器及電壓互感器或者電流及電壓傳感器。錄波設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)、多CPU并行處理的分布式主從結(jié)構(gòu)，可分為模擬量采集模塊、開關(guān)量隔離模塊、錄波主機模塊和MMI模塊4部分。傳統(tǒng)故障錄波器架構(gòu)圖如圖8所示。

圖8 傳統(tǒng)故障錄波器架構(gòu)圖

3.1.1　錄波啟動方式

傳統(tǒng)故障錄波器錄波啟動方式包括手動啟動、開關(guān)量啟動、模擬量啟動、設(shè)備啟動四種基本形式。

手動啟動：人工啟動故障錄波裝置，可就地或遠方啟動。

開關(guān)量啟動：開關(guān)量可任意設(shè)定為變位啟動、打開啟動、閉合啟動或不啟動。

模擬量啟動：除高頻信號外，任一路模擬量均可作為啟動量，主要概括如下：電壓各相、零序電壓、直流電壓突變量啟動；電壓各相、正序、負序和零序電壓、直流電壓越限啟動；主變中性點零序電流越限啟動；電流各相、零序電流、直流電流突變量啟動。

設(shè)備啟動：設(shè)備啟動指數(shù)據(jù)經(jīng)過二次處理合成后的數(shù)據(jù)判別后的啟動方式，主要包括電流各相、負序和零序電流、直流電流越限啟動；10%電流變差啟動；頻率越限、頻率變化率啟動；逆功率啟動；過激磁啟動；三次諧波電壓啟動；負序功率增量方向；發(fā)電機失磁啟動等。

3.1.2　故障錄波器數(shù)據(jù)記錄方式

電力系統(tǒng)常規(guī)錄波功能基本相同，由A/B/C/D四段數(shù)據(jù)構(gòu)成，如圖9所示。

圖9 傳統(tǒng)故障錄波器記錄方式圖

A時段：系統(tǒng)大擾動開始前的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出原始波形（采樣率大于4800Hz），記錄時間0.12S到0.5S可調(diào)，調(diào)節(jié)步長0.02秒。默認（4800Hz/0.12S）。

B時段：系統(tǒng)大擾動后初期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出原始記錄波形（采樣率大于4800Hz），記錄時間0.1S到0.3S可調(diào)，調(diào)節(jié)步長0.02秒。默認（4800Hz/0.2S）。

C時段：系統(tǒng)大擾動后中期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出低采樣率的原始波形（采樣率600Hz），記錄時間3S。

D時段：系統(tǒng)動態(tài)過程數(shù)據(jù)，每0.1S輸出一個工頻有效值，記錄時間20S。如果D時段20S記錄結(jié)束后啟動量依然沒有復(fù)歸，新開文件按照D時段記錄10min，如果10min記錄滿啟動量依然沒有復(fù)歸，追加10min，最多追加20min文件結(jié)束。

3.1.3　故障錄波器啟動條件規(guī)則

（1）啟動條件：符合任一模擬量啟動或開關(guān)量啟動條件，按A→B→C→D時段順序執(zhí)行。

（2）新啟動：新啟動是指：A．突變量啟動；B．?dāng)嗦菲魈祥l信號啟動。

在已經(jīng)啟動記錄的B階段過程中，如遇新啟動，則繼續(xù)延長B階段（B1），從新啟動點按B→C→D執(zhí)行（B1→C1→D1）。如圖10所示。

圖10 新啟動方式錄波時序圖

在已經(jīng)啟動記錄的C階段過程中，如遇新啟動，則按A→B→C→D執(zhí)行（A1→B1→C1→D1）；已經(jīng)記錄的C階段數(shù)據(jù)和A1階段數(shù)據(jù)重復(fù)地用A1階段數(shù)據(jù)替換，已經(jīng)記錄的C階段數(shù)據(jù)時間小于A1階段的全部用A1階段數(shù)據(jù)替換，A1階段記錄時間自動減少。如圖11所示。

圖11 新啟動方式錄波時序圖

圖12 新啟動方式錄波時序圖

（3）在已經(jīng)啟動記錄的D階段過程中，如遇新啟動，則結(jié)束本文件，新開錄波文件按A→B→C→D執(zhí)行（A1→B1→C1→D1）。如圖12所示。

連續(xù)記錄：如果啟動量一直不復(fù)歸同時又不滿足新啟動條件，則后續(xù)錄波每個文件按照D→D→D連續(xù)記錄，每個D階段10min。

自動終止條件：①同時滿足C階段結(jié)束、所有啟動量復(fù)歸；②同時滿足第一個D階段記錄滿20S，所有啟動量復(fù)歸；③同時滿足第二個文件及后續(xù)文件D階段每記錄滿10min，所有啟動量全部復(fù)歸。

（4）單個文件限制：①容量限制：10Mb，針對B階段較多；②錄波階段限制：20個錄波階段切換；③當(dāng)單個文件限制滿足時錄波仍在進行，則重新開新文件按記錄方式錄波。

3.2　應(yīng)急柴油發(fā)電機長期錄波數(shù)據(jù)開發(fā)

3.2.1　長期錄波數(shù)據(jù)組成

應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)應(yīng)長期記錄整體機組的所有數(shù)據(jù)（表2），需要開發(fā)者對數(shù)據(jù)的采樣精度、數(shù)量、同步時間、數(shù)據(jù)記錄方式進行合理設(shè)計。

表2 柴油發(fā)電機數(shù)據(jù)采集表

3.2.2　長期錄波功能開發(fā)

柴油發(fā)電機長期錄波功能硬件應(yīng)采用同步異頻采集方式，軟件應(yīng)根據(jù)柴油發(fā)電機特性開發(fā)。以應(yīng)急柴油發(fā)電機調(diào)速器為例說明，調(diào)速器各項試驗需要同時記錄與調(diào)速器相關(guān)的各種變送器信號、發(fā)電機機端電壓及電流、用于測量計算頻率或轉(zhuǎn)速的測速齒輪信號或鑒相信號，其中的變送器信號為慢速變化信號，采用800Hz或1600Hz的采集頻率即可；發(fā)電機機端電壓電流為較快變化信號且主要關(guān)心其有效值的變化，采用3.2kHz或6.4kHz采集頻率較為合適；測速齒輪或鑒相信號為邊沿快速變化的脈沖信號，為精確測量轉(zhuǎn)速或頻率，最好采用51.2kHz或更高的采集頻率。在定期檢修中，定期試驗數(shù)據(jù)庫模板應(yīng)按要求錄制與柴油發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)相關(guān)的所有被試信號曲線并根據(jù)試驗曲線自動計算出勵磁系統(tǒng)的各項參數(shù)：計算動態(tài)過程的初始穩(wěn)態(tài)值、峰值、終了穩(wěn)態(tài)值、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、上升時間、下降時間、時間常數(shù)、振蕩次數(shù)、響應(yīng)時間、響應(yīng)比、頂值倍數(shù)、阻尼系數(shù)。

3.3　柴油發(fā)電機仿真搭建及驗證

柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障錄波系統(tǒng)應(yīng)在仿真模型建立和驗證的基礎(chǔ)上開展，建立柴油發(fā)電機數(shù)學(xué)模型（氣缸內(nèi)熱力過程的數(shù)學(xué)模型、氣缸工作容積的數(shù)學(xué)模型、燃油燃燒發(fā)熱規(guī)律的數(shù)學(xué)模型、進排氣管的數(shù)學(xué)模型、渦輪增壓器數(shù)學(xué)模型）、柴油發(fā)電機仿真模型（10PA6B型柴油發(fā)電機主要技術(shù)參數(shù)、GT-Power仿真模型、GT與Simulink聯(lián)合仿真平臺）、柴油發(fā)電機驗證模型（穩(wěn)態(tài)仿真、瞬態(tài)仿真模型）。在確認仿真模型和現(xiàn)場柴油發(fā)電機實測數(shù)據(jù)基本一致基礎(chǔ)上開展健康診斷系統(tǒng)開發(fā)工作。柴油發(fā)電機組聯(lián)合仿真模型圖如圖13所示

圖13 柴油發(fā)電機組聯(lián)合仿真模型圖

3.4　核級柴油發(fā)電機健康診斷系統(tǒng)功能開發(fā)

核電站健康診斷系統(tǒng)功能開發(fā)應(yīng)在常規(guī)電力系統(tǒng)故障錄波基礎(chǔ)上，增加柴油發(fā)電機組運行過程（包括健康狀態(tài)、故障狀態(tài)、維修狀態(tài)）三個階段系統(tǒng)開發(fā)，其中健康狀態(tài)需要開展高運行狀態(tài)和低運行狀態(tài)獨立開發(fā)。核級柴油發(fā)電機健康診斷系統(tǒng)，將改變傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機運行模式，將大幅提高應(yīng)急柴油發(fā)電機的可靠性。

3.4.1　傳統(tǒng)無故障錄波器的運行模式

傳統(tǒng)模式在沒有狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的情況下，如圖14所示，通過現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障現(xiàn)象，設(shè)備損壞、無法啟動等結(jié)果，進行故障排查和維修，最終找出故障根本原因并消除，重新啟動柴油發(fā)電機確認恢復(fù)健康運行狀態(tài)方式。該模式帶來的弊端主要有故障原因排查難、人員技能要求高、設(shè)備損壞幾率大、根本原因消除困難，易發(fā)生重大設(shè)備損壞和故障重發(fā)導(dǎo)致柴油發(fā)電機不可用時間加長。

圖14 傳統(tǒng)無故障錄波器運行模式圖

圖15 增加健康診斷系統(tǒng)運行模式圖

3.4.2　增加專用故障錄波器后運行模式

如圖15所示，柴油發(fā)電機技術(shù)人員利用健康診斷系統(tǒng)的感知、分析、決策、預(yù)警功能，實現(xiàn)對設(shè)備異常針對性處理措施，保證了柴油發(fā)電機從低運行狀態(tài)重新回歸高運行健康狀態(tài)。該方式可以有效降低故障的概率，提高了柴油發(fā)電機的可靠性和降低了重大設(shè)備災(zāi)難損害的風(fēng)險。

4　軟件功能模塊開發(fā)中重點關(guān)注問題

4.1　軟件開發(fā)模塊總體設(shè)計目標(biāo)

軟件設(shè)計人員應(yīng)通過數(shù)據(jù)采集、分析決策、專家診斷、故障告警手段，針對核電特殊環(huán)境和功能要求，開發(fā)滿足現(xiàn)場實際要求的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)。運維人員使用該系統(tǒng)實時監(jiān)測、故障錄波、健康診斷分析功能，有效避免柴油發(fā)電機重大設(shè)備災(zāi)難性損失、提高應(yīng)急柴油發(fā)電機啟動成功率、降低缺陷數(shù)量和經(jīng)濟成本，最終提高柴油發(fā)電機可靠性。基于上述目的，軟件開發(fā)模塊功能設(shè)計至少應(yīng)包括熱力參數(shù)模塊、往復(fù)運動模塊、振動系統(tǒng)模塊、啟動試驗?zāi)K、帶卸載模塊、定期試驗?zāi)K等6個基本模塊，每個模塊應(yīng)保證設(shè)備和參數(shù)完整性。

4.2　柴油發(fā)電機組熱力監(jiān)測功能模塊開發(fā)

熱力參數(shù)監(jiān)測模塊應(yīng)覆蓋柴油發(fā)電機各個輔助系統(tǒng)，如圖16所示，這些參數(shù)一方面作為預(yù)警和控制系統(tǒng)的信號輸入，一方面作為運行狀態(tài)評估和診斷的依據(jù)。

圖16 應(yīng)急柴油發(fā)電機系統(tǒng)整體構(gòu)架圖

4.3　柴油發(fā)電機往復(fù)設(shè)備檢測模塊開發(fā)

目前國外已拋棄傳統(tǒng)柴油發(fā)電機振動時頻分析的歧路，如圖17所示，不再局限于把振動分析作為唯一的測試手段，而是把壓力曲線、超聲波、高頻和低頻振動波形通過帶通濾波、包絡(luò)處理后，再還原到時域上，放在一個做功周期內(nèi)進行比較判斷。為此，我們在往復(fù)設(shè)備模塊開發(fā)中應(yīng)充分參考國外最新技術(shù)。

圖17 柴油發(fā)電機測量數(shù)據(jù)圖

4.4　柴油發(fā)電機組振動監(jiān)測系模塊開發(fā)

應(yīng)急柴油發(fā)電機振動監(jiān)測系統(tǒng)主要包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)分析處理服務(wù)器。振動傳感器將實時采集的振動數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集器直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理服務(wù)器中，如圖18所示。

圖18 應(yīng)急柴油發(fā)電機振動監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成圖

應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過在機組上安裝振動傳感器、瞬時轉(zhuǎn)速傳感器以及鍵相傳感器等，監(jiān)測柴油發(fā)電機運行狀態(tài)下的振動情況、瞬時轉(zhuǎn)速變化情況，實現(xiàn)對柴油發(fā)電機的狀態(tài)監(jiān)測和分析。它針對應(yīng)急柴油發(fā)電機啟機過程和平穩(wěn)運行過程，基于柴油發(fā)電機振動、轉(zhuǎn)速等信號進行時域分析、角域分析和頻譜分析等，提取發(fā)火沖擊特征、啟動沖氣振動特征、氣門開啟與關(guān)閉沖擊特征等振動類特征參數(shù)，以及啟動過程的單周期和耗時及升速速率、瞬時轉(zhuǎn)速波動量等速度變化特征。

4.5　應(yīng)急柴油發(fā)電機啟動模塊研發(fā)

柴油發(fā)電機啟動過程是一個多系統(tǒng)共同參與的過程，如何快速準(zhǔn)確定位到啟動超時的原因是一個龐大困難的工作，其分析排查復(fù)雜、故障特征難以辨別，尤其是基于現(xiàn)有有限的監(jiān)測手段和特征，分析排查往往無從下手。因此，研發(fā)人員開發(fā)專業(yè)啟動模塊，應(yīng)包絡(luò)柴油發(fā)電機整個啟動過程中三個階段的所有柴油發(fā)電機測量數(shù)據(jù)，如圖19所示。

圖19 柴油發(fā)電機啟動變化趨勢圖

第一階段：機組接到啟動信號到曲軸開始轉(zhuǎn)動所用時間。該階段影響因素主要有電磁閥的響應(yīng)時間、空氣在管路中的流動時間、高壓空氣克服阻力矩的時間。

第二階段：曲軸轉(zhuǎn)速從零到發(fā)火轉(zhuǎn)速。該階段用時主要與高壓空氣做功狀態(tài)、柴油發(fā)電機和發(fā)電機的阻力矩大小以及各缸的發(fā)火狀態(tài)有關(guān)。

第三階段：曲軸轉(zhuǎn)速從發(fā)火轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速。該階段主要與各缸的燃燒做功狀態(tài)以及動力的平衡性有關(guān)。

4.6　應(yīng)急柴油發(fā)電機帶卸載功能模塊開發(fā)

柴油發(fā)電機帶卸載過程中電儀系統(tǒng)控制邏輯和柴油發(fā)電機機械性能會發(fā)生各種變化，如圖20所示。該模塊開發(fā)過程中在控制邏輯方面應(yīng)側(cè)重于時序邏輯的數(shù)據(jù)記錄；在機械性能方面的開發(fā)應(yīng)側(cè)重于模擬量瞬時變化對工藝影響分析，同時兩個模塊間的數(shù)據(jù)應(yīng)能夠在同一時標(biāo)下進行融合和交互。

圖20 柴油發(fā)電機事故帶卸載邏輯及機械性能診斷分析圖

4.7　應(yīng)急柴油發(fā)電機定期試驗?zāi)K的開發(fā)

根據(jù)核安全法規(guī)要求，核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機應(yīng)該每月和每年都要進行定期試驗。定期試驗主要驗證柴油發(fā)電機可用性，過度頻繁的柴油發(fā)電機啟動試驗沖擊嚴重影響柴油發(fā)電機可靠性。為此，應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障錄波系統(tǒng)應(yīng)包絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測模型采集數(shù)據(jù)（圖21）要求。

圖21 應(yīng)急柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測模型采集數(shù)據(jù)圖

5　總結(jié)

核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)開發(fā)涉及到機械、電氣、工藝、計算機、通訊等多個學(xué)科，關(guān)系到數(shù)據(jù)仿真、軟硬件研發(fā)、工程應(yīng)用等多個領(lǐng)域，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。同時該系統(tǒng)應(yīng)用能夠有效避免柴油發(fā)電機發(fā)生重大設(shè)備災(zāi)難性損壞、柴油發(fā)電機啟動失敗、故障處理時間長等問題，對核安全意義重大。為此，中廣核將繼續(xù)深耕，爭取國產(chǎn)自主可控、成熟可靠的柴油發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)早日市場應(yīng)用，提高核電站應(yīng)急柴油機的可靠性。

作者簡介：

張?zhí)煸?973-），男，遼寧人，副總工程師，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)就職于遼寧紅沿河核電有限公司，主要從事核電站維修和設(shè)備管理工作。

摘自《自動化博覽》2024年8月刊