2015年第2期（总第317期）
NO.2.2015
( CumulativetyNO.317 )
核电厂汽轮机跳机风险控制与管理方法探讨
郑智敏
（福建宁德核电有限公司，福建 宁德 355200）
摘要：文章针对汽轮机的各种跳机风险，探讨了保护设计、设备安装与设备调试各阶段汽轮机跳机风险管理的重点环节；以宁德核电1号机汽轮机为研究对象，分析了当前汽轮机跳机的各种风险，提出了控制各种风险的应对措施与管理方法，对我国核电厂相似机组汽轮机跳机的风险控制与管理具有良好的借鉴作用。关键词：核电厂；汽轮机；跳机；风险控制；风险管理；应对措施 文献标识码：A
中图分类号：TM623 文章编号：1009-2374（2015）02-0084-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0140
1 概述
宁德核电1号机汽轮机采用的是由东方电气生产的高压汽水分离中间再热三缸四排汽凝汽单轴冲动式半速机。2012年12月开始联机调试，在机组的各项联合试验中，汽轮机跳机风险控制稳妥，整个联调期间仅出现一次因设备设计问题引起的非预期汽轮机保护动作，与参考电站和兄弟电站相比，风险得到了很好的控制。2013年4月机组正式商运，跳机将直接影响经济效益，为达到非计划停机停堆次数为零的集团公司计划目标，宁德核电仪表控制处（以下简称仪控处）以保证机组运行稳定性为重点，详细分析汽轮机跳机的各项风险，研究控制各种风险的应对措施与管理方法，为最大限度地降低汽轮机非计划跳机风险积累了丰富的实践经验。
文章首先介绍汽机保护系统（GSE），讨论了优化汽机保护设置的方法和重要性；其次分析了汽机保护的仪表、信号回路、处理卡件、控制器、执行机构、维护人员技能等各个环节可能存在的风险，提出了对各项风险进行分阶段跟踪管理的内容和多重防御的措施；最后探讨了各种风险控制与管理的方法及实施，对汽轮机跳
机风险的有效控制具有一定的理论指导意义。
2 汽轮机保护设置及优化
汽轮机保护系统（GSE）的功能是当汽轮发电机组发生任何预定的机械故障时，为汽轮发电机组提供安全停机的手段，防止事故发生、扩大和损坏设备，并将汽轮机脱扣信号传送到反应堆停堆逻辑线路中。GSE保护系统是通过切断供向汽轮机16个蒸汽阀门操作装置的动力油或保护油，同时排出操作装置内的残留油，使汽轮机的所有蒸汽阀门在弹簧作用下快速关闭来切断进入汽轮机的蒸汽，达到停机目的。
为确保汽轮机保护系统的安全性和可靠性，GSE系统设置了三个独立的保护通道，由独立的电源供电。所有的保护信号都重复配置到三个独立的通道中，而且进入单一通道的一个跳闸信号对应使一个危急遮断电磁阀动作，而三个通道采用三取二保护动作设计，这样保证在任一通道出现故障时，另两个通道仍能实现保护跳闸功能。汽轮机保护具有数量多、分布广、逻辑判断复杂等特点，保护误动和拒动的风险较高，风险管理难度较大。以宁德核电1号机汽轮机保护设置为例，包括汽轮
设备不仅会使内置电机冷却效果好，同时也可提高设备的制冷性能，使其在众多品牌空调设备上得以采用。所以，选配中央空调设备时，要依照设计目的，结合建筑物特征，尽量选配性能稳定的安全节能型产品来满足空调的工艺性或舒适性要求，并降低后期运行成本。
参考文献
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作者简介：梁宏杰（1978-），男，陕西蒲城人，山西平阳重工机械有限责任公司工程师，研究方向：暖通空调设备维护与建筑工程管理；梁晓毓（1970-），男，山西襄汾人，山西平阳重工机械有限责任公司工程师，研究方向：变电所及电气设备维护；关红燕（1971-），女，山西曲沃人，山西平阳重工机械有限责任公司工程师，研究方向：电机及电气设备维护。
（责任编辑：黄银芳）
机超速保护、高低压缸排汽压力保护、汽轮机轴向位移保护、发电机保护等总计40项，涉及的仪表总计74块，相关的卡件43块，保护相关的仪表、电缆、机柜分布在电气厂房、汽轮机厂房的各个区域。为减少汽轮机误动的风险，提高汽轮机的运行稳定性，仪控处团队借鉴目前常规电厂的做法，尽量减少汽轮机保护设置的项目，通过多次推动设计院及厂家优化汽轮机保护设置，完成了低压缸排汽温度低、汽轮机轴承振动高、汽轮机润滑油滤网差压高等保护项目的优化工作。
3 汽轮机跳机风险分析与防御
汽轮机保护从信号触发到汽轮机跳闸停运过程包括：仪表信号阈值判断、信号传递、控制器逻辑判断、跳机信号产生、信号传递、相关设备动作等。此过程中的任一环节故障都有汽轮机跳机的风险，下面就对各环节风险及其控制措施进行分析说明。3.1 仪表故障风险
汽轮机保护系统中涉及的仪表种类包括压力变送器、差压变送器、液位变送器、热电偶、热电阻、电涡流传感器、差压开关、流量开关、电导表、液位开关等。由于仪表安装环境的温度、湿度、灰尘、油污、振动、电磁干扰等因素对精密电子元器件的影响，仪表故障的风险较高。
针对这种风险，应采取的防御措施是：在仪表安装时检查仪表的校验证书、仪表安装是否规范；在调试阶段检查仪表性能、采购仪表备件；在商运后每周巡检仪表状态及历史趋势，关注仪表的备件准备、定期校验工作等。由此提高仪表的可靠性，保证即使某单个仪表故障也能够做到及时更换，降低跳机风险。3.2 信号回路故障风险
仪表至信号处理卡件的单个信号回路中最少存在四个转接点，分别位于仪表、机柜等位置，如果现场存在端子分配箱，则信号回路的转接点还会增加。转接点一般使用端子排加锁紧螺丝的方式进行固定，由于电缆端接未固定、端子箱振动等原因，锁紧螺丝存在松动的风险；由于转接点的环境问题，粉尘、油渍可能引起信号回路的短路、接地的风险；现场大功率电器设备对电涡流信号、热电势、电流等信号的干扰引起信号失真的风险。为了降低此种风险，应采取的防御措施是：在工程移交阶段采取逐一检查机柜和仪表端子排是否牢固、端子固定螺丝是否锁紧、屏蔽接地是否正确安装、机柜密封是否完好等措施；在机组小修阶段对保护信号回路再次进行检查，做好检查记录，确保信号回路工作正常。3.3 信号处理卡件故障风险
保护信号涉及的处理卡件包括法国阿尔斯通P320系统模拟量输入采集卡、开关量输入采集卡、MPM123硬件保护卡、FT3124转速/超速处理卡；广利核MACS6系统的模拟量输入采集卡、开关量输入采集卡、开关量输出卡
等。由于信号处理卡件的散热、环境温度、电子元器件的质量等因素，存在信号处理卡件故障的风险。
为了降低此种风险，应采取的防御措施是：在工程移交阶段，完成所有出现故障卡件的更换；在机组运行后，定期对控制系统进行状态检查，及时发现卡件异常；编写卡件故障的应急预案，包含风险分析、工具、备件、标准工作指令等，以保证当卡件出现异常后，能够在最短的时间内进行更换处理。3.4 保护逻辑偏差风险
汽轮机保护逻辑偏差主要是指汽轮机保护信号逻辑与设计不一致，包括控制器组态与设计文件不一致、检修工作中强制保护后未进行恢复等。为了防止此种风险的发生，调试阶段，系统负责人全程跟踪工程方的调试过程，对控制器组态与参考电站进行逐一比对，确保组态不存在偏差；对全部保护信号功能进行逐一验证和记录；在汽轮机冲转前对所有强制信号进行检查，确保保护信号正常投入。在系统移交后的检修工作中，通过临时控制变更的管理程序对信号强制进行管理和记录，确保汽轮机保护功能响应正常。3.5 人因风险
常见的人因风险因素包括检修工作时间压力、检修人员身体状态、误动其他设备、工作指令错误等。为了防止人因失误造成汽轮机保护误动，需要规范工作负责人的现场检修行为，充分利用防人因失误的各类工具卡，针对性地评价风险，落实风险防范措施。目前的现场检修工作中，工作负责人通过工前会技术和风险交底、双重确认设备功能位置码、严格按照工作指令执行、遇到异常及时停止工作等规范行为，有效避免了人因失误的产生。3.6 维修技能不足风险
维修技能不足可能导致检修工作中风险分析不到位，触发保护意外动作。提高汽轮机保护控制系统维护人员的维修技能是降低此项风险的关键，采取的措施和办法包括：安排具有相关经验的人员参与汽轮机保护系统的设备出厂测试，学习厂家的测试过程和工作方法；全程参与设备安装调试过程，学习保护系统的调试方法和注意事项，对调试阶段产生的问题进行详细记录、分析与跟踪；对移交后的系统运行问题与工程方、厂家进行沟通交流，学习相关处理经验。通过有序的组织和系统的学习，汽轮机保护控制系统维护人员完成了多篇重要问题的分析报告，提高了维修技能水平，有效避免了因此项不足而导致的跳机风险。
4 风险控制管理办法与实施
防止仪控设备误动汽轮机保护的风险管理是机组商业运行后的一项重要任务，下面就宁德核电目前风险控制管理的方法与实施情况进行分析说明，供为内人士探讨和借鉴。
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4.1 TCA管理
TCA（临时控制变更）包括临时接线修改、逻辑修改、输入输出强制参数和设定值临时变更，主要适用于：设置试验条件时现场需要通过临时修改控制逻辑和控制方案的情况；由于维修或试验需要，通过工作指令实施的变更，在工作票规定的工期内无法恢复，工作中断时间超过一周的情况；非试验确定类设定值或临时参数修改等。宁德核电1号机调试阶段，汽机冲转前要求各专业对机组存在的全部TCA进行分析和风险评估，对影响机组冲转的TCA推动相关责任方立即处理；对不影响冲转的TCA落实了后续行动。宁德核电1号机组调试期间的TCA管理检验了TCA管理流程的有效性，确保机组瞬态试验期间未出现保护逻辑偏差引起的汽轮机误跳闸情况。商业运行后的日常维护过程中严格遵守TCA相关规定，确保了首循环无保护逻辑原因引起的汽轮机保护误动和拒动情况的发生。4.2 CCM设备管理
CCM（关键敏感设备）是指单一设备故障就可能导致机组甩负荷或停机停堆的设备。CCM的正常运行直接影响机组可用率、稳定性及核安全。针对CCM进行状态监测管理、缺陷管理、维修关键点控制、备件保养控制、大修活动质量控制、维修策略优化、工作文件标识、工作负责人资质管理及现场作业区域管理，明确CCM的责任分工、流程及工作方法。汽轮机保护系统相关的关键敏感设备包括汽轮机转速处理卡件、高中压截止阀和高中压调节阀等设备，这些设备的异常会导致汽轮机跳闸或降负荷，降低机组的可用率。应严格按照CCM管理要求，完成汽机保护系统的CCM备件准备、定期巡检和预防性维修程序编写，确保提前发现重要设备的异常，提高汽轮机组的可靠性。4.3 应急处理预案管理
机组正常运行期间，重要设备的故障或异常可能大幅增加汽轮机跳闸或减负荷的风险，为了能尽快处理此类设备故障或异常，可以根据设备分析及经验反馈，提前编写汽轮机保护相关的应急预案，例如：汽轮机MPM123硬件跳闸模块故障更换、汽轮机进汽阀门VICKERS卡故障更换、汽轮机主盘车故障处理、汽轮机轴承温度模块故障更换等重要设备故障或异常的处理应急预案，充分做好风险分析及预防措施，核实完成应急预案涉及的备件和工具，从而在重要设备出现故障或异常时，利用应急预案迅速完成故障处理，降低汽轮机跳闸或减负荷的风险。
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4.4 经验反馈管理
经验反馈指对现场发现和报告的异常，按照不同的异常和事件管理级别加以确认、报告、评估、分析原因、纠正和反馈；保证同行业所发生的重要事件能够得到收集、筛选、评价、分析以及采取纠正行动和反馈，维持和提高电厂的安全水平和可用率水平。
在宁德核电1号机组调试至商业运行阶段，通过对内、外部经验反馈，特别是岭澳二期汽轮机冲转相关经验反馈信息，进行梳理，筛选出重要的经验反馈信息，针对这些外部经验反馈，推动设计、安装、调试等部门进行整改落实。如汽轮机保护中的控制器跳闸保护项目中，当汽轮机主蒸汽流量大于3%持续3s，汽轮机转速低于12rpm，则跳闸汽轮机。根据岭东经验反馈，由于汽轮机进汽阀门的固有特性，需延迟持续时间。经联系厂家、设计核实确认，将3s修改为7s，避免了汽轮机冲转时发生跳闸。
5 结语
汽轮机的各种跳机风险，只有从保护设计、设备安装、设备调试等各个阶段进行跟踪管理，对汽轮机保护的仪表、信号回路、处理卡件、控制器、执行机构等各个环节严格管控，对各种风险进行多重防御，才能较好地进行控制。此外，不断提高汽轮机保护系统维护人员的技能水平，充分做好风险分析，研究风险控制管理办法，编制设备事故或异常的处理流程，推动和完善备件采购工作，严格执行各项风险管理等措施，也可最大限度降低汽轮机保护误动概率。
参考文献
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作者简介：郑智敏（1980-），男，福建莆田人，福建宁德核电有限公司仪控部工程师，研究方向：热工控制与仪表自动化、汽轮机保护。
（责任编辑：黄银芳）