某核电厂主盘车控制系统调试分析和优化

某核电厂主盘车控制系统调试分析和优化

赵 航，鲁陈林

（中国核电工程有限公司，浙江 海盐314300）

摘要：汽轮机主盘车装置用于发电机组启动前和停机后带动轴系旋转,本文主要根据福建某核电机组主盘车控制系统调试过程中发现的各种问题进行分析，确定故障原因，针对这些原因提出相应的优化方案，为后续主盘车装置维护和同类机组设备的调试提供具有价值的经验参考。

关键词：主盘车；原因分析；投运；DCS启动指令；逻辑优化；

0引言

福建某核电机组采用德国VOITH生产的立式电动盘车系统，该装置采用压缩空气作为啮合动力源，启动时压缩空气带动活塞向上运动，使摇动小齿轮在杠杆力作用下沿径向与大轴齿轮慢慢啮合，啮合到位（啮合限位三取二触发）后再启动盘车电机带动大轴旋转,盘车转速5.4rpm/min。盘车控制系统采用西门子DCS T2000平台和就地PLC控制结合，该盘车装置在国内核电机组是首次使用，无前期使用经验参考对比，本文根据TTL系统主盘车调试过程中遇到的问题进行分析和处理，确保主盘车设备顺利完成调试并远程启动成功。

1、盘车装置作用

（1）保证汽机在停机后任意时间内能启动，停机后使转子连续或定期旋转以消除转子的弯曲度，盘车还可以防止由于主汽门不严导致蒸汽漏入汽轮机内部引起热变形。

（2）盘车带动转子转动能够打破汽缸内热分层，使汽缸蒸汽得到良好的搅拌，以达到转子各部件均匀受热的目的。

（3）汽机低转速时盘车启动顶轴油泵向各轴承提供高压顶轴油将转子顶起使轴承冷却以带走轴承中热量，保证设备安全。

（4）汽机冲转时减少转子惰性，减小机组启动时蒸汽冲转启动力矩，减少叶片冲击力。

2、主盘车装置介绍

2.1主盘车自动控制启动

在汽轮机转子静止信号触发时，根据PLC指令，以电气操作电磁阀在减压器和节流止回阀作用下，气压缸通过遥杆将摇动小齿轮缓慢向下摇动到位于汽机转子大轴的齿环上，此时终端开关啮合位3取2逻辑信号触发，变速马达通过斜齿轮减速机和摇动小齿轮将变速马达驱动力传递给汽机转子大轴的齿轮上。如果摇动小齿轮向下摇动过程中摇动小齿轮和大轴齿环齿顶与齿顶相互站立则触发齿冠对齿冠信号，此时摇动小齿轮与汽机大轴齿轮先，变速马达将接通约1秒钟更改摇动小齿轮的位置并在PLC指令下重新去与大轴齿环啮合，啮合成功后变速马达重新启动运行带动转子以5.4rpm速率转动。

2.2主盘车自动停运

接到停运指令后电磁阀被换向，气压缸内弹簧将摇动小齿轮从大轴齿环摇出到锁定位置，终端开关脱离位3取2信号触发停运变速马达信号。

3、主盘车装置调试问题分析与解决

3.1主盘车装置只带高中压转子首启失败问题分析与解觉

问题现象：汽机高中压转子重约112吨，只带高中压转子时大轴较轻，在就地启动盘车时主盘车装置启动后又立刻跳开停运，根据就地控制柜PLC输入信号灯状态在盘车齿轮成功啮合并在电机启动后啮合限位消失盘车停运，并在15秒后出触发故障报警灯（限位/离合器故障）。在重新调整增大压缩空气压力后，齿轮啮合限位依然存在消失情况，或在盘车电机启动15秒后盘车跳开停运。

启问题分析：分两种情况分析

情况1：主盘车电机启动瞬间摇动小齿轮脱开停运，在齿轮啮合成功主盘车装置启动瞬间盘车小齿轮与大轴齿轮啮合过程静止的大轴给小齿轮一个冲击力，该冲击力使得活塞晃动将啮合限位信号震掉（观察主盘车控制柜PLC模块上齿轮啮合位信号E1.4、E1.5、E1.6三个信号指示灯触发又消失），使得盘车不能启动。此时调整压缩空气气压增大摇动小齿轮与大轴齿轮的压紧力减小活塞晃动。

情况2：主盘车电机启动15s摇动小齿轮脱开停运，调整压缩空气压力虽然减小了活塞晃动，但电机启动15秒后摇动小齿轮与大轴齿环依然脱开，根据PLC逻辑程序分析当啮合限位脱开小于1s 时虽不能使主盘车装置立刻跳开停运但该却能够使触发限位/离合器故障信号的RS触发器被置位，该置位信号在延时15秒后触发限位离合器故障报警并复位主盘车电机运行指令使电磁阀动作从而使得主盘车装置停运。

解决方案：根据调整气压后的现象重新调整盘车啮合限位，将气缸上的啮合限位适当向下调整，确保其在盘车电机启动瞬间能正常触发且不再出现脱离，经调整后重新测试，主盘车装置在只带高中压转子情况下启动成功。

3.2主盘车装置带动全轴系运行启动失败问题分析与解决

问题现象：在盘车装置带动全轴系运行时，在启动盘车装置后立即出现限位或离合器故障报警，主盘车装置跳开停运。在确保齿轮啮合限位能够正常触发的前提下多次重新调整压缩空气气压和齿轮啮合限位即使将啮合限位调整到极限位置后重新启动盘车，依然不能够带动全轴系启动主盘车装置。

问题分析：汽机转子全轴系设备包括一个高中压转子、两个低压转子和一个发电机转子。盘车装置带动全轴系运行时，轴系重量成倍增加，使得轴系静止惯性增大。在盘车装置启动瞬间静止的大轴给予小齿轮的反向冲击力更大，超过安全离合器的动作值使得安全离合器动作。主盘车装置带全轴系启动不成功，根据多次启动状态现象分析，研究得出是在启动瞬间大轴齿轮给小齿轮反向冲击力过大，导致活塞晃动进而触发限位或离合器故障报警使得主盘车装置停运。

解决方法：通过采用降低启动力矩的方法以减小启动瞬间大轴齿轮给小齿轮的反向冲击力，而现场盘车电机的三相交流电采用三角型接法，将现场盘车电机三相交流电接法从三角型改为星型以达到降低启动力矩的目的，将盘车电机动力电接线方式更改完成后主盘车装置可以实现成功带动汽轮机转子旋转启动，依然不能完全避免主盘车装置脱开停运情况。

3.3主盘车控制柜PLC逻辑优化

主盘车控制柜配置有4块型号为D421.5的BRAUN转速测量装置，BRAUN模块A8和A9用于测量汽机大轴转速，BRAUN模块A10和A11用于测量盘车齿轮转速。在主盘车装置摇动小齿轮与转子齿轮啮合过程中BRAUN A10和A11的转速值可以达到2.6rpm/min，该值已经超过BRAUN模块A10和A11的SP2静止转速设定值，导致主盘车静止转速信号不能正常触发从而使得主盘车装置无法启动。

对主盘车装置脱开停运情况分析，重新对主盘车控制柜PLC程序进行优化，对主盘车控制柜内的BRAUN模块设定值进行更改，主盘车控制柜BRAUN模块转速设定值如下表所示。

表1 主盘车控制柜BRAUN转速设定值

根据表1所示，在减小汽机大轴转速的静止信号转速设定值的同时并增大盘车齿轮的静止转速设定值，使得主盘车装置摇动小齿轮在更小的汽机大轴转速平台与大轴齿轮啮合而又使得在齿轮啮合后主盘车静止信号不消失，同时调整转盘车装置齿轮和汽机大轴的超速设定值用以保护主盘车装置。通过对PLC程序优化后启动主盘车装置均成功启动，主盘车装置就地启动问题得到解决。

4、DCS软件控制问题分析与解决

4.1润滑油油箱排烟风机和顶轴油泵逻辑问题分析和优化

在执行TTL系统逻辑验证使用TTL020KC选择模块在线切换风机时原风机设备自动停运，并且在验证TTL020ZV带卸载逻辑验证时不能将TTL020ZV风机重新带载启动；在使用TTL002KC进行顶轴油泵在线切换逻辑验证时无法在线切换启动备用设备且不能在设备故障情况下启动备用泵；TTL020KC和TTL002KC设计均不满足工艺设备运行需求。

原因分析：根据逻辑图TTL020KC和TTL002KC触发启动和停运指令采用互为取反关系，

在自动模式下TTL020KC能够在TTL020ZV停运后自动将TTL120ZV启动并发出停运TTL020ZV指令，根据DCS模块设计设备自动停指令优先于自动启指令从而使得TTL020ZV无法带载成功。TTL002KC控制顶轴油泵采用顺控逻辑设计，当任一台顶轴油泵启动后其运行反馈会自动复位掉TTL002KC的AUTO ON指令，从而使得顶轴油泵在线切换不成功并且不满足故障情况下启动备用泵的要求。

逻辑修改方案：优化KC切换逻辑设计，取消KC模块中设备启动和停运指令互为取反的关系，在线通过KC联启备用设备时原设备不会自动停运，改为手动停运。经逻辑优化组态下装后设备启动满足在线切换启动和故障启动冗余设备的要求。

4.2主盘车远程启动与就地PLC不匹配问题分析与解决

问题描述：原先DCS配置输出的启动盘车指令无法远程启动主盘车，且在就地盘车控制柜断电再次上电（比如执行带卸载试验时主盘车控制柜会断电）后必须在就地手动将安全继电器复位才能启动主盘车。

问题分析：远程启动时主盘车控制柜需要接收DCS下来的长指令作为主盘车装置的启动信号，并在指令信号消失后主盘车装置自动停运。打开TTL003MO的DCS模块发现BAV参数（BAV：command output variant）设置为N。BAV设置为Y时模块输出为连续指令即使到达限位时指令依然能够保持，BAV设置为N时为短指令即到达限位时指令停止。DCS组态时未充分考虑设备性能，将主盘车装置DCS启动指令做成了短指令，从而无法远程启动主盘车装置。出于安全考虑主盘车控制柜断电重新上电时设置了复位按钮，必须手动按下复位按钮才能重新启动主盘车。

解决方案：根据PLC程序需求在DCS侧修改主盘车控制模块的指令参数，将远控指令修改为长指令信号。此外，为保证主盘车控制柜在没有人为干预情况下机柜重新上电后能够重新带载主盘车启动，创新提出DCS启盘车指令触发一次继电器复位信号，通过在主盘车控制柜内对复位按钮接线进行改造添加一个时间脉冲继电器，当DCS指令到达主盘车控制柜时，时间脉冲继电器自动触发复位按钮闭合导通一次使得机柜安全继电器复位之后由DCS指令启动主盘车运行。该方案在实施完成后经测试在没有人为干预情况下主盘车控制柜重新上电后DCS启动指令可以成功将主盘车启动成功，且在后续的柴油机加载试验中均成功带载启动。

5、总结

主盘车调试过程中从硬件设备到软件设备不断进行调试优化，先后经历调整主盘车装置气缸压力，调整摇动小齿轮啮合限位传感器，更改动力电源接线方式，调整BRAUN转速阈值，优化TTL逻辑图设计，修改DCS指令等不断解决优化，确定了各种故障的根本原因及相应的解决方法，实践证明这些方法真实有效，为后续设备运行维护和同类机组设备调试提供了经验。

参考文献：

[1]主盘车设备运行维护手册.东方汽轮机有限公司

[2]汽轮机盘车、润滑油、顶轴油系统设计手册第6.2章（逻辑图）.东方汽轮机有限公司