第39卷第6期核电子学与探测技术 V ol.39 N o.6 2019 年11 月Nuclear Electronics &Detection Technology N o v.2019
刘基华\戴方正\朱雷\常新彩2*
(1.福建宁德核电有限公司，宁德355200;
2.中广核研究院有限公司北京分公司，北京100086)
摘要：为及时、准确记录核电站应急柴油机的运行状态及其相关参数，设计了核电站应急柴油机 监测系统。在原监测系统的基础上增设应急柴油机的传感器，采用N I虚拟仪器技术搭建动态信号采集 系统，构建了基于Web技术的实时监测系统。该系统为应急柴油机启动和运行过程建立了实时和历史 数据库应用平台，可为其运行、维修、技术支持提供数据支撑。
关键词：应急柴油机；状态监测；虚拟仪器技术;Web技术
中图分类号：TP216 文献标志码：A 文章编号：0258-0934(2019)6-0736-06
应急柴油机（EDG)是核电站的安全保障 设备[1，2]，在全厂断电事故工况下，应急柴油机 要在接到启动信号10 s内自动带载，确保核反 应堆的安全紧急停堆，导出堆芯余热，防止因厂 用电系统失电而造成厂重要设备的损坏。因此 要求应急柴油机必须按照设计在核电厂运营时 处于热备状态，保证应急柴油机在紧急情况下 正常工作。此外，还需要每月定期对应急柴油 机进行试验，确保应急柴油机在紧急情况下可 靠运行。应急柴油机在役期间，它的启动次数 和启动时间为应急柴油机寿命及可靠性性能影 响最大的两个因素。
目前，应急柴油机制造商虽然在关键部位 安装了传感器，但这些传感器数据只作为柴油
收稿日期：2018-09-11
作者简介：刘基华（1971 —)，男，四川绵阳人，高级工程 师，主要从事核电站工程改造设计研究工作。
*通讯作者：常新彩，女，高级工程师，E-mail: ch an gxin cai@cgnpc〇
736机控制使用。定期试验时，多数传感器的数据 无法保存，少数传感器的数据通过临时连接的 记录仪保存。核电站DCS系统只采集应急柴 油机系统的报警信号，未采集柴油机的状态信 号。由于无法获取定期试验时，应急柴油机关 键参数的状态信息，或者只能得到某一时间点 的信息，无法获得整个试验
过程中的连续参数 信息。试验人员无法根据获得的信息来判断应 急柴油机的状态和老化趋势。因此，本课题设 计了核电站应急柴油机状态监测系统，监测应 急柴油机的关键参数信息。使用离线分析的方 法对数据进行分析，获得应急柴油机的状态及 参数变化趋势，为应急柴油机的运行、管理和维 修提供支撑。
1系统总体设计
柴油机状态监测系统总体设计如图1所 示。应急柴油机组相关的温度信号、模拟量信 号和开关量信号经数据采集机箱采集后，保存 到数据服务器中。现场人员通过工程师站可查 看实时状态和历史数据。
隔离模坱 电流变送器 丌关M温度传感器 细度传感路继电器输出图1柴油机状态监测系统网络结构图
2采集系统设计
2.1温度、压力信号采集系统设计
采用N I虚拟仪器技术[3]搭建温度、压力 采集系统，该系统位于应急柴油机设备间。设 计新增气缸压力信号在线监测功能。选用工业 监测用压力传感器。设计用NI Crio-9068作为 主机箱，该主机箱内置控制器，可实现数据处理 和通信，并作为采集卡的安装机箱。NI9213采 集热电偶信号，NI 9217采集热电阻信号，设计 采用NI9478作为控制继电器动作的模块，当采集信号超限，可用于报警输出。
2.2数字量、模拟量信号采集系统设计
采用NI虚拟仪器技术搭建数字量、模拟量 信号采集系统，该系统位于远程仪表间。设计 用NICrio-9036作为控制主机箱,5块N I 9425 采集109路数字信号,4块NI 9222采集模拟量 信号。
2.3核级隔离模块
核级隔离模块使用磁耦隔离技术。磁耦消 除了与光耦合器相关的不确定的电流传送比 率、非线性传送特性以及随时间漂移和随温度 漂移问题；磁耦均带有25 kV/p的瞬态共模抑 制能力，且能够在电压差峰值560 V的环境下 正常工作。磁耦器件可提供5000 Vrms/min及 6000 V/10 se c的电压隔离保护，磁耦带有±15 k V的ESD保护。核级隔离模块采用3端隔离 设计，如图2所示。3端隔离的模块，输入、输 出和电源彼此隔离，保护这三个端口所连接的 电气设备，避免它们互相干扰。隔离模块的输 人侧接人有源信号。隔离模块输出测提供经滤波和放大的信号。
电源
图2隔离模块三端隔离示意图
2.4数据服务器设计
设计数据服务器通过光纤与状态监测系统 进行实时数据通信，接受来自采集系统的数据，进行数据分析并保存数据，支持Oracle、SQL Server、DB2、M ysql等主流数据库。通过'^^[4,5]将应急柴油机的实时数据在客户端以 图形的方式直观展示。
3软件设计
图3为软件总体结构图。软件可以分为上 位机和下位机两部分，其功能有三部分:（1)数 据采集：基于Labview编程实现实时采集应急 柴油机的各种参数数据，并上传至数据库中；
(2)数据实时分析：利用历史数据来描述设备 正常的运行情况，使用先进的模式识别技术建 立模型。当设备运行状况与历史设备运行准则 不符时进行报警。同时对设备故障进行预警。软件配备故障识别与原因分析等先进分析能 力；（3)数据呈现：基于Web技术，通过Web浏 览器将实时数据和分析结果呈现给工程师和技 术专家。
图3软件总体结构
通过该软件对应急柴油机热备状态和定期
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试验过程中数据的采集分析来预测设备健康状 态与部件剩余使用寿命，实现预测性维护，评估 各个部件的实时状态，以判断应急柴油发电机 组的鉴定状态。
3.1上位机软件设计
系统支持windows server 64位操作系统，状态》投拟《a*It:*1(3 9*动13状态》校拟》m m力H1}测试选用windows 2016 R2 64位操作系统。系统由实时显示，数据分析，健康诊断，报警信息，专家库，系统设置，外部接口七个模块构成。图4为上位机软件框架。
福建核电站软件K ii
柴油机状态监测系统
图4上位机软件结构
人机交互显示为基于Web技术的客户端
展示主界面，如图5所示，此界面包括工程师关
注的柴油机关键参数，包括转速、频率、涡轮增
压器出、人口温度及部分数字量报警等信息。
图6下位机软件功能结构图图5 Web端展示主界面4主要性能测试
3.2下位机软件设计
下位机程序以CompactFUO(cRIO)的硬件 结构体系为基础，结合模块化、多线程的软件 设计思想开发而成，具备数据采集、存储、网络通信、实时数据显示、历史数据查看、数据 管理及任务配置的功能。软件功能结构如图 6所示。4.1灵敏度测试
验证现场温度信号可被cRIO采集系统采 集并在上位机软件中准确显示。根据K型热 电偶分度表，当温度为100 T时，对应的热电动 势为4.095 mV，可利用过程校准仪FLUKE753 模拟温度信号源，输出mV级信号，通过上位机 软件显示记录相对应通道值，验证测量值误差 不超过设定值的1%。
表1部分温度信号测试结果
被验证信号测试活动被测通道接线端子设定值/m V参考值实测值结论
气缸A1排气 温度300MT FLUKE753 模拟输出 4. 095300CR 的 001BN
■合格
口不合格m V电压值，验证测量值误红表笔接端子1(+) 4.095100±1100. 1
差不超过实际设定值的1%黑表笔接端子2(-）
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续表被验证信号测试活动被测通道接线端子设定值/m V参考值/丈实测值结论
气缸A2排气 温度301MT FLUKE753 模拟输出 4. 095300CR 的 001BN
■合格
□不合格m V电压值，验证测量值误红表笔接端子3(+) 4.095100 土 1100.2
差不超过实际设定值的1%黑表笔接端子4(-）
气缸A3排气 温度302MT FLUKE753 模拟输出 4. 095300CR 的 001BN
■合格
□不合格m V电压值，验证测量值误
差不超过实际设定值的1%
红表笔接端子5(+)
黑表笔接端子6(-)
4.095100 士 1100.2
气缸A4排气 温度303MT FLUKE753 模拟输出 4. 095300CR 的 001BN
■合格
□不合格m V电压值，验证测量值误红表笔接端子7(+) 4.095100±1100.2
差不超过实际设定值的1%黑表笔接端子8(-)
气缸A5排气 温度304MT FLUKE753 模拟输出 4. 095300CR 的 001BN
■合格
□不合格m V电压值，验证测量值误红表笔接端子9(+) 4. 095100±1100. 1
差不超过实际设定值的1%黑表笔接端子1〇(-)
表1的测试结果，表明该状态监测系统可 以测量mV级信号，并且实测值均在参考范围 内，系统灵敏度满足设计要求。
4.2可靠性测试
验证现场模拟量信号经过隔离模块变送后 可被cRIO采集系统采集并在上位机软件中显示。利用过程校准仪FLUKE753的电压输出作 为模拟实际仪表信号源，将FLUKE753的红黑 表笔接在相应通道的信号输人端子上。将 FLUKE753 输出值设定为 1V、3V、5V、7V、9V，记录相对应通道测试软件显示值，验证软件测 试值同理论值相比误差不超过参考值±10 mV。
表2部分模拟量信号测试结果
被验证信号测试活动被测通道接线端子输人值
/V
参考值
/b a r
实测值
/b a r
结论
引擎入口润滑 油压力157MP 将FLU K E753选择电
压输出档。
FLU K E753设定输出
电压值。
验证软件测试值误差
不超过10 mV
圆形连接器201PJ
红表笔接1(+)
黑表笔接2(-)
11±0.01 1.00
■合格
□不合格
33±0.01 3.00
■合格
□不合格
55±0.01 5.00
■合格
□不合格
77±0. 017.00
■合格
□不合格
99±0. 019.00
■合格
□不合格
柴油机燃油 压力153MP 将FLU K E753选择电
压输出档。
FLU K E753设定输出
电压值。
验证软件测试值误差
不超过10 mV
圆形连接器204PJ
红表笔接1(+)
黑表笔接2(-)
10. 6士0. 0060.60
■合格
□不合格
3 1.8±0. 006 1. 80
■合格
□不合格
53±0. 006 3.00
■合格
□不合格
7 4. 2土0. 006 4.20
■合格
□不合格
9 5. 4±0. 006 5.40
■合格
□不合格
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续表
被验证信号测试活动被测通道接线端子输入值
/V
参考值
/b a r
实测值
/
b a r
结论1-4. 4 Mvar±0. 044 Mvar-4. 40 Mvai
■合格
□不合格
将F L U K E753选择电
压输出档。
圆形连接器207PJ
红表笔接1(+)
黑表笔接2(-)3-2. 2 Mvar±0. 044 Mvar-2. 20 Mvar
■合格
□不合格
无功功率003ID F L U K E753设定输出
电压值。
50 Mvar±0. 044 Mvar0. 00 Mvar
■合格
□不合格验证软件测试值误差
不超过10 mV7 2. 2 Mvar±0. 044 Mvar 2. 20 Mvar
■合格
□不合格
9 4. 4 Mvar±0. 044 Mvar 4. 40 Mvar
■合格
□不合格
注：1b a r: 100 kPa
表2的测试结果表明，信号的实测值满足 参考范围，该状态监测系统的可靠性满足设计要求。
4.3稳定性测试
为验证该状态监测系统的稳定性，在宁德 核电站中，对该状态监测系统进行两个测试，分 别为短期稳定性测试（连续工作8 h)和长期稳 定性测试（连续运行不少于1周）。设定试验 参数，室温25丈，湿度50%，启动试验测试。测试过程中，给定模拟量、温度、开关量进行多 次重复试验，记录每次给定信号的实测值，调用 状态监测软件的历史趋势曲线可检验稳定性情 况，采集数据一致性好，验证结果满足稳定性的 要求，状态监测系统长期运行稳定可靠。
5结论
本课题设计了一套柴油机状态监测系统。该系统为应急柴油发电机组的启动及运行过程 建立了实时和历史数据库，现场人员可在办公室通过Web客户端浏览柴油机的各个关键参数，为运行、维修、技术支持等生产监管人员提供应急柴油发电机组全过程实时监控和综合优化服务的系统。目前，该系统在宁德核电站大修期间投入运行，运行稳定可靠。
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