王 佳，陈锦裕，赵 亮

（福建福清核电有限公司，福建福清 350318）

0 引言

柴油机配套多种电磁阀，近年因电磁阀老化、漏气等原因，柴油机多次出现无法运行的情况。

目前，国内对核电厂[1]柴油机电磁阀故障研究的论文较少。宁德核电邓信浩等[2]主要对18PA6B 型应急柴油机顶杆碎裂原因进行研究，海南核电刘康等[3]主要对核电厂柴油机中冷器螺栓断裂的原因进行分析，中核辽宁核电刘跃[4]主要对核电厂柴油机的继电保护进行研究，辽宁红沿河核电肖志慧等[5]主要对柴油机振动故障进行研究，南京航空大学胡乐等主要对柴油机冷风机结构进行优化研究，中国核电工程公司侯继夫等[6]主要对柴油机高压油泵安全阀喷油故障进行研究，中核核电运行管理有限公司姜燕成[7-8]主要对柴油机与润滑油泵压力低进行研究。国外学者Lim[9]主要对柴油机的启动时间延迟造成的风险进行分析，Mochizuki[10]对热管对柴油机的影响进行研究。

本文介绍柴油机基本原理，分析柴油发电机故障原因，总结现场故障处理经验。为后续柴油机的预防性维修提供建议，提供后续缺陷处理的方向。对柴油机备用电磁阀的安装方式提出优化，有效提高电磁阀备用阀的安全可靠性。

1 柴油机涡轮增压器原理

涡轮增压器是利用柴油机排出的高能废气来驱动涡轮，通过涡轮压缩进气，增加柴油机的进气量，从而提高柴油机的有效功率。福清核电柴油机涡轮增压系统由A1、A2、B1、B2 和B3 等5 组增压机组成，其是否投运取决于柴油机的功率。涡轮增压机组装备有一组进气控制阀，用以控制相应涡轮增压器的运行和停止。蓄能器控制进排气阀，二位五通电磁阀组（350UC）控制蓄能器，电磁阀接受来自ECS 的调速控制命令，如图1 所示。

图1 涡轮增压器控制原理

如果B2 电磁阀得电后不能正常工作，将导致B2 涡轮增压器不能正常投运。涡轮增压器的投运受350UC 电磁阀组控制，该阀组由5 个平行布置在连接孔板上的二位五通电磁阀组成，每个二位五通阀由电磁驱动的先导阀和气压驱动的主阀组成。阀体内包含一控制阀杆，控制活塞，如图2 所示。电磁阀在不通电情况下处于自然位置，此时阀体控制阀杆，使压缩空气从阀组入口1 经接口2 流入蓄能器的下游管线，蓄能器的上游管线从接口4 至接口5 后经阀组的消声器R 排气。如果电磁阀通电，先导阀被激励，它将释放先导空气进入主阀。先导空气进入主阀的控制活塞腔室并作用在活塞上，克服弹簧压力使控制阀杆向下运动，使主阀阀瓣发生改变。从而使压缩空气从阀组入口1 经接口4 流入蓄能器的上游管线，蓄能器动作，使得涡轮增压器进排气阀打开，涡轮增压器投入运行。同时蓄能器下游管线内的空气得以从接头2 至接口3 后经消声器S 排气。

图2 电磁阀原理

2 故障案例分析

2.1 故障现象

执行柴油发电机组（B 列）低功率试验过程中触发ECS 500UC5 异常报警，观察到涡轮增压器B2 组未能正常投运。该故障不影响柴油机低功率试验及结果评价，但可能造成B 列柴油机2LHQ001GE 无法达到满功率运行，严重影响核安全设备柴油机可用性，降低核电厂的供电冗余。

2.2 初步原因分析

ECS 500UC 综合报警触发，涉及调速器内部故障类型约367 条，主要包含转速传感器故障、测量模块故障和执行器故障等。检查调速器、供气管线、蓄能器和进排气阀，未发现异常。因此定位在350UC 电磁阀组故障。电磁阀组350UC 为德国力士乐制造，每个电磁阀上设有手动按钮，确保电磁阀在不带电的情况下可以手动操作。初步分析可能原因如下：

（1）电磁阀气源压力不足或漏气。电磁阀阀组入口P 处压缩空气压力不足或管线存在漏气，都将影响电磁阀的功能，导致电磁阀不能切换或不能切换到位。

（2）电磁阀电子线圈损坏。电磁阀电子线圈出现短路、烧毁或绝缘下降等，电磁阀将不能正确执行调速器下发的命令，影响电磁阀主阀的正确切换，导致压力空气无法为下游蓄能器供气，造成涡轮增压器进排气阀不能打开，影响涡轮增压器投运。

（3）电磁阀先导阀卡涩。电磁阀先导阀阀杆卡阻、排气孔堵塞、弹簧变形等将导致电磁阀得电后，先导气体无法进入主阀推动阀杆完成切换动作，影响电磁阀正常切换。

（4）电磁阀主阀阀杆卡涩。异物进入电磁阀的主阀阀杆，导致阀杆卡涩或者受环境等因素影响发生形变，造成电磁阀不能正常切换。

（5）电磁阀主阀密封圈老化。电磁阀密封圈由于发生降解反应或结构化反应，导致密封圈发生硬化、发脆和龟裂而失去密封功能。先导气体进入活塞腔室，通过开裂的密封环缝隙直接从主阀排气旁路泄漏，无法推动主阀阀杆完成切换动作。

2.3 故障处理

拆检故障B2 电磁阀，目视发现电磁阀只有一个故障点，位于活塞上的非金属密封圈，有明显的老化破损迹象（图3）。正是由于密封圈失效，导致电磁阀不能动作，最终使B2 涡轮增压器未投运。

图3 电磁阀现场拆解照片

2.4 失效原因分析

更换合格备件，检查验证电磁阀组动作正常，漏气现象消失，定期试验验证涡轮增压器投运正常。经过现场检查及分析，造成电磁阀故障的主要原因如下：

（1）设备安装位置不便维修。由于350UC 安装位置较高，空间狭小，环境温度高（旁边的预热水管段长期处于60 ℃以上），柴油机本体振动较大，加速了设备老化。

（2）电磁阀组有5 个二位五通电磁阀组成，但只有前4 个实际使用，第五个电磁阀A、B 出口都被堵头封住，也无电源进线。虽然安装在阀组上，却没有实现任何功能。这就容易造成其他电磁阀发生老化故障时，备用电磁阀也可能同时故障，不能起到备用功能。

（3）基于当前电磁阀架构，备用电磁阀不具备在线投用改造可行性。因为电磁阀组共用一个入口气源P，电磁阀的接口A、B 在电磁阀得电、失电时均会分别承担对空排气功能。备用电磁阀强行介入将导致接口功能发生紊乱，反而影响正常电磁阀的工作。

3 后续提升优化

电磁阀在整个寿期内失效率[3]的变化曲线形如“浴盆”（图4），在寿期的初期较高，中期则相对较低，末期又快速上升。电磁阀的维修时点，如果选在其寿期中期，不但浪费资源，而且可能降低其可靠性；如果选在其寿期末期，电磁阀失效的概率大大增加，可能影响系统安全。因此，选择电磁阀的维修时点既不能超前，也不能落后，应当适当保守，选择其寿期中期与末期的临界点较好。寻找临界点主要采取5 种方法：①测量线圈的绝缘电阻；②测量线圈的启动电压和返回电压；③测量线圈温度；④测量电磁阀的内部泄漏量；⑤电磁阀控制介质的流量试验。目前，制定电磁阀维修周期通常采用2 种方法。

图4 电磁阀故障率“浴盆”曲线

（1）在电磁阀的寿期接近临界点A 时，可以进行一些预防性检查，比较当前一些参数与可以接受的初始参数值是否存在微小差别。这些差别可能预示电磁阀的失效率将要快速上升，应立即启动电磁阀的首次维修活动。

（2）确定1 个时间周期（如5 a）或者运行时间（如10 000 h），到时就对电磁阀进行翻新或更换。确定该时间周期时，必须参考核电厂的运行经验、厂家设计要求和电磁阀实际使用情况。

针对备用电磁阀不能起到备用功能，建议将备用电磁阀和B1 电磁阀并联使用。B1 电磁阀和备用电磁阀的A、B 接口分别接到蓄能器的同一端。另外，如果备用电磁阀和B1 电磁阀串联使用，由于管路必须导通，串联使用的电磁阀反而降低了可用性。如果在备用电磁阀和B1 电磁阀出口分别增加截止阀，虽然可以达到手动切换电磁阀的目的，但是手动切换备用电磁阀，依然存在柴油机不可用的可能性，而且增加的隔离阀会增大管路漏气和故障率。

4 结语

介绍核电厂应急柴油发电机基本控制流程和运行原理，根据现场故障现象，分析导致电磁阀故障的可能原因。