魏 巍,劉愛芬,紀(jì)秀艷,孟 佳

(華龍國際核電技術(shù)有限公司,北京 100037)

1 事件概述

某核電廠某日發(fā)生了1LHB 母線失電事件。事后,通過故障時(shí)序記錄和故障錄波圖得知:1 號(hào)機(jī)組重要廠用水系統(tǒng)4 號(hào)泵電機(jī)(1SEC004MO)的接線盒W 相出現(xiàn)接地故障,導(dǎo)致三相電壓不平衡;5 秒后,接線盒U/W、V/W 相間出現(xiàn)短路。14 毫秒后,1SEC004MO 泵電機(jī)進(jìn)線開關(guān)熔斷器U 相和V 相相繼熔斷,但熔斷器W 相未能正常熔斷,隨后在熔斷器靠母線端發(fā)生三相短路,短路電流峰值為46 kA。269 毫秒后,正常進(jìn)線開關(guān)1LHB001JA 因進(jìn)線過流保護(hù)動(dòng)作跳閘,1LHB 母線失電。同時(shí)1LHQ 柴油機(jī)起動(dòng),但因1LHB 母線故障,柴油發(fā)電機(jī)無法接入,1號(hào)機(jī)組按照SOP 規(guī)程響應(yīng)后撤。次日清晨,完成手動(dòng)停堆。

在機(jī)組進(jìn)入事故規(guī)程、手動(dòng)停堆后,執(zhí)行降溫降壓操作向NS/RRA 模式(RRA 冷卻正常停堆模式)后撤。機(jī)組完成對(duì)電源的檢查維護(hù)后,1LHB 母線恢復(fù)送電。

2 原因分析

(1)根本原因

本事件中SEC 泵(重要廠用水系統(tǒng)泵)的配套電機(jī)所使用的老款絕緣子材料為“不飽和聚酯纖維增強(qiáng)模塑料4332(DMC)”,在SEC 泵房易潮濕的環(huán)境下,SEC 泵電機(jī)絕緣子易于出現(xiàn)絕緣降級(jí)。該核電站在此前SEC 泵電機(jī)預(yù)防性維修工作中,維修人員確實(shí)發(fā)現(xiàn)該電機(jī)的絕緣、吸收比、極化指數(shù)出現(xiàn)不滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。出現(xiàn)此情況時(shí),維修人員一般會(huì)使用壓縮空氣吹掃電機(jī)定子膛,并再次測(cè)量電機(jī)絕緣、吸收比和極化指數(shù)直至確定滿足要求。經(jīng)核實(shí),該電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)于2009 年頒布了新版驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)《絕緣子技術(shù)條件(OEE.058.001—2009)》,但此前本文所談核電站已完成設(shè)備采購并進(jìn)入施工階段,故其使用的是老款絕緣子材料,只滿足舊版驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求,未能滿足新版驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中“4.4 絕緣子材料性能吸水性(23 ±1 ℃)≤20 mg,浸水24 h 后絕緣電阻≥1.0 ×107 MΩ”的規(guī)定。

由此得知,絕緣降級(jí)的隱患是存在的,本次4 號(hào)泵電機(jī)(1SEC004MO)在絕緣套管處出現(xiàn)W 相接地短路故障分析認(rèn)為是由潮濕環(huán)境下絕緣子的絕緣降級(jí)導(dǎo)致爬電事故引起的,見圖2、圖3 和圖4。

該核電廠1 號(hào)機(jī)組的中壓應(yīng)急配電系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)[1-3],在電機(jī)發(fā)生單相接地故障時(shí),系統(tǒng)絕緣性能的設(shè)計(jì)應(yīng)能允許SEC 泵在一定時(shí)間內(nèi)帶故障運(yùn)行,以保證系統(tǒng)的整體功能,操作人員應(yīng)在該時(shí)間內(nèi)盡可能的排查出故障。但由于4 號(hào)泵電機(jī)(1SEC004MO)絕緣性能不良導(dǎo)致絕緣在短時(shí)間內(nèi)被擊穿。

(2)直接原因

該核電廠廠用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中考慮了4 號(hào)泵電機(jī)(1SEC004MO)發(fā)生相間短路故障時(shí)可通過該電機(jī)的供電開關(guān)熔斷器來隔離短路故障,防止故障蔓延。

圖1 某核電廠6.6 kV 一次系統(tǒng)圖

圖2 電機(jī)V 相和U 相絕緣子

經(jīng)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)(見圖5),在本次事件中,4 號(hào)泵電機(jī)(1SEC004MO)的供電開關(guān)熔斷器U 相和V相正常熔斷,但熔斷器W 相未能正常熔斷,發(fā)生了電弧放電事件,電弧放電產(chǎn)生的帶電粉塵導(dǎo)致SEC泵配電柜開關(guān)小室內(nèi)空氣絕緣下降,最終引發(fā)應(yīng)急母線1LHB 三相短路,由此分析判斷這應(yīng)是故障向應(yīng)急母線擴(kuò)展的直接原因。

圖3 電機(jī)W 相絕緣子

圖4 電機(jī)三相引線

圖5 事件發(fā)生后三相熔斷器外觀形貌

3 W 相熔斷器故障機(jī)理分析

由于發(fā)生了W 相熔斷器未能熔斷的現(xiàn)象,故進(jìn)一步對(duì)熔斷器本體進(jìn)行研究,對(duì)其是否可能存在的質(zhì)量問題進(jìn)行排查,可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行排查[4-5]:

(1)熔斷器骨架開裂;

(2)內(nèi)部石英砂填充不足;

(3)熔斷器熔絲端部脫焊或熔絲斷裂;

(4)熔絲排列變形(包絡(luò)線)或錯(cuò)位,主要為熔絲貼近熔殼管壁或兩個(gè)和多個(gè)熔絲變形貼近。

由圖6 可以看出,由于W 相熔斷器一根熔絲端部脫焊,從而引起熔斷器W 相未能正常熔斷。導(dǎo)致W 相熔斷器一根熔絲脫焊的原因有以下兩種可能:

圖6 事件發(fā)生后W 相熔斷器

(1)W 相熔斷器一根熔絲未焊接牢固;

(2)W 相熔斷器裝填滅弧砂時(shí)導(dǎo)致熔絲脫焊;

現(xiàn)對(duì)事件發(fā)生時(shí)熔斷器W 相出現(xiàn)異常未能正常熔斷的故障機(jī)理進(jìn)行分析,如圖7 所示:

4 解決措施

4.1 立即執(zhí)行的整改措施

該核電廠在發(fā)生1LHB 母線失電事件后,為了避免類似事件在短時(shí)間內(nèi)再次發(fā)生,采取了一系列立即整改措施。具體措施如下:

(1) 對(duì)1SEC004MO 電機(jī)進(jìn)行了更換,確保1SEC004MO 電機(jī)在后續(xù)發(fā)電過程中能夠繼續(xù)安全運(yùn)行;

(2)對(duì)該核電廠SEC 泵電機(jī)的絕緣材料開展普查,篩選出采用老款材料的全部SEC 泵電機(jī)絕緣子,并進(jìn)行實(shí)施更換;

(3)對(duì)1LHB0802 配電柜里面的開關(guān)進(jìn)行整體更換;

(4)將全廠SEC 泵電機(jī)的零序保護(hù)由投報(bào)警改為投跳閘,避免報(bào)警時(shí)SEC 泵短時(shí)間帶故障運(yùn)行導(dǎo)致如果絕緣不滿足要求被擊穿類似的事件再次發(fā)生;

(5)采用廠家熔斷器專用檢測(cè)工具排查并確認(rèn)熔斷器的狀況。

4.2 建議后續(xù)繼續(xù)完善的措施

此次事件暴露了一些問題,為設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)敲醒了警鐘。為了避免后續(xù)發(fā)生類似事件,建議考慮如下解決措施:

(1)應(yīng)對(duì)核電廠在運(yùn)中壓系統(tǒng)熔斷器開展全面專項(xiàng)檢查,避免熔斷器在應(yīng)該動(dòng)作時(shí)發(fā)生一相或兩相未熔斷等類似事件的發(fā)生;

圖7 W 相熔斷器故障機(jī)理

(2)對(duì)核電廠其他設(shè)備的電機(jī)絕緣子進(jìn)行排查,若有與某公司生產(chǎn)的SEC 泵電機(jī)同類型的絕緣子,則全部進(jìn)行更換或絕緣子改造換型;

(3)對(duì)換型的絕緣子要求按照國家標(biāo)準(zhǔn)提供型式試驗(yàn)報(bào)告,并建議開展相關(guān)的設(shè)備老化壽命試驗(yàn)和評(píng)估;

(4)對(duì)核電廠6.6 kV 中壓系統(tǒng)的系統(tǒng)電容電流進(jìn)行重新校核和評(píng)估,對(duì)可能存在的弧光接地過電壓水平和弧光接地電流的危害性做出評(píng)價(jià),提出限制措施;

(5)對(duì)中壓系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷保護(hù)熔斷器的選型開展核算和評(píng)估,進(jìn)一步確保其適宜性,并研究采用真空斷路器開合電動(dòng)機(jī)的可行性。

5 總結(jié)

本次事件發(fā)生后,電廠操縱員按照SOP 規(guī)程(狀態(tài)導(dǎo)向事故規(guī)程)使1 號(hào)機(jī)組及時(shí)響應(yīng)后撤,完成機(jī)組的手動(dòng)停堆,確保了核電安全。但電廠一次停堆會(huì)帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失,為確保電力可靠供應(yīng),不再發(fā)生類似事件,建議如下:

(1)應(yīng)對(duì)潮濕環(huán)境下的所有電機(jī)所用的絕緣子在質(zhì)量和驗(yàn)收上進(jìn)行更加嚴(yán)格的把控,加強(qiáng)絕緣子性能驗(yàn)收的環(huán)節(jié)把控。絕緣子材料在潮濕環(huán)境下,不應(yīng)出現(xiàn)絕緣降級(jí)現(xiàn)象。

(2)目前,業(yè)內(nèi)通常做法是在熔斷器出廠檢驗(yàn)中對(duì)熔斷器僅有系統(tǒng)的常規(guī)質(zhì)量檢控。熔斷器日后運(yùn)維過程中,也不會(huì)有更加深入的檢查。為了避免類似事件的發(fā)生,建議對(duì)核電廠在運(yùn)中壓系統(tǒng)熔斷器開展全面專項(xiàng)檢查,并優(yōu)化現(xiàn)有的維修大綱,增加對(duì)熔斷器檢查項(xiàng)目,主要包括:熔斷器外觀目視檢查和熔斷器稱重、熔斷器X 光射線掃描檢查、熔斷器冷態(tài)電阻測(cè)試和評(píng)價(jià)、熔斷器撞針機(jī)構(gòu)檢查、配電盤活門機(jī)構(gòu)至熔斷器的距離測(cè)量等方面。

在后續(xù)設(shè)計(jì)、驗(yàn)收和維護(hù)過程中,對(duì)以上兩個(gè)問題進(jìn)行改進(jìn),可以減少此類事件發(fā)生的概率,提高核電廠的供電可靠性,進(jìn)一步保證核電廠能夠安全可靠運(yùn)行。