數(shù)字化核電廠閥門新故障模式分析

趙二

【摘 要】嶺澳核電廠二期采用DCS數(shù)字化控制技術(shù)，現(xiàn)場控制設(shè)備大量采用智能化控制器，提高了電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。但智能化調(diào)節(jié)閥的投入使用，引入了調(diào)節(jié)閥反復(fù)開關(guān)波動(dòng)的新故障模式。本文對這一新的故障模擬式進(jìn)行了分析，為電站運(yùn)行人員正確處理故障提供參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；智能化；調(diào)節(jié)閥；新故障模式

【Abstract】In the two phase of Ling Ao nuclear power plant， the DCS digital control technology is adopted， the intelligent controller is adopted in the field control equipment， which improves the stability and reliability of the operation of the power station. But the intelligent control valve is put into use， and introduces the new failure mode of regulating valve repeatedly switch fluctuation. In this paper， the new fault simulation model is analyzed， which provides reference for the operators to correctly handle the fault.

【Key words】Digital； Intelligent； Control valve； New fault mode

1 背景介紹

嶺澳核電廠二期機(jī)組采用數(shù)字化控制技術(shù)，自投產(chǎn)以來，控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行業(yè)績良好。采用數(shù)字化控制技術(shù)后，為現(xiàn)場使用智能化設(shè)備提供條件，部分現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用智能化設(shè)備，如調(diào)節(jié)閥采用帶有智能化控制定位器的調(diào)節(jié)閥，2011年嶺澳4號(hào)機(jī)組出現(xiàn)了旁路調(diào)節(jié)閥L4GCT121VV反復(fù)開關(guān)波動(dòng)的故障模式，運(yùn)行人員快速成功處理了這一故障。這之前采用模擬技術(shù)的核電廠從未出現(xiàn)過類似的故障模式，之前的閥門故障模式一般是故障開、故障關(guān)、或者不響應(yīng)，從沒有出現(xiàn)閥門反復(fù)開關(guān)的這一新故障模式。本文就閥門反復(fù)開關(guān)的故障模式進(jìn)行了分析，找到了根本原因。

2 智能化調(diào)節(jié)閥工作原理

GCT-C是汽機(jī)旁路系統(tǒng)，用于在汽機(jī)停運(yùn)或大幅度甩負(fù)荷情況下，閥門開啟帶走一回路熱量，維持一回路和二回路之間的能量平衡。GCT-C壓力模式下的控制原理是通過蒸汽母管壓力來控制GCT121VV閥門開度，壓力測量值超過整定值，則閥門開度增大，排到CEX冷凝器的蒸汽增多，導(dǎo)致蒸汽母管壓力下降，最終使母管壓力維持在整定值壓力。

從上述壓力控制原理上是無法解釋GCT121VV閥門反復(fù)開關(guān)波動(dòng)的故障現(xiàn)象，嶺澳二期核電廠機(jī)組采用數(shù)字化控制技術(shù)，大量執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用智能化控制設(shè)備，L4GCT121VV閥門使用的定位器是智能定位器SVI，定位器本身還帶有PID控制功能，相當(dāng)于多了一個(gè)層級的控制，將原有的壓力控制回路變成串級控制回路。

SVI智能定位器上的POSITON FEEBACK是閥門反饋的開度信號(hào)，在主控室可以看到顯示。如果反饋信號(hào)故障，則定位器將無法接受到閥門真實(shí)的開度反饋，閥門將異常動(dòng)作。

GCT-C壓力模式下，GCT121VV的控制全部過程是VVP024MP壓力實(shí)測值和壓力整定值比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)，偏差信號(hào)經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后生成GCT閥門總需求開度信號(hào)，該總需求開度信號(hào)作用于GCT-C所有閥門，閥門總需求開度信號(hào)經(jīng)過函數(shù)發(fā)生器405GD生成GCT121VV的需求開度信號(hào)，也就是閥門需求開度值，閥門需求開度值與閥門反饋開度值進(jìn)行比較，形成偏差在SVI智能化定位器中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后控制閥門開度，最終使閥門調(diào)節(jié)到和需求開度一致，完成整個(gè)調(diào)節(jié)過程。上述環(huán)節(jié)中有任何一個(gè)環(huán)節(jié)有故障，都可能導(dǎo)致閥門異常。

3 閥門故障模式原因分析：

采用數(shù)字化控制技術(shù)后，只有蒸汽壓力信號(hào)和閥門反饋開度信號(hào)出現(xiàn)故障的可能性較大，其它環(huán)節(jié)經(jīng)過調(diào)試合格后可靠性非常高，如果上游的蒸汽壓力信號(hào)故障，則下游的控制閥門只能全開或全關(guān)，不會(huì)出現(xiàn)反復(fù)開關(guān)的現(xiàn)象。

如果出現(xiàn)閥門反饋開度信號(hào)故障保持不變，導(dǎo)致送到閥門定位器的閥門反饋開度信號(hào)GCT121VVP不能隨閥門真實(shí)開度變化，如果此時(shí)閥門需求開度值大于反饋開度值，閥門定位器的PID輸出不斷增加，導(dǎo)致閥門全開，VVP壓力下降，引發(fā)GCT401KM降低，當(dāng)GCT401KM降低使閥門需求開度值低于反饋開度值時(shí)，智能化SVI定位器的PID輸出不斷降低，導(dǎo)致閥門全關(guān)，VVP蒸汽壓力又開始回升，GCT401KM開始增加，如此反復(fù)。GCT121VV不斷開關(guān)，GCT401KM不斷波動(dòng)，蒸汽壓力也不斷波動(dòng)變化。

GCT121VV反復(fù)開關(guān)的根本原因是閥門定位器反饋閥門開度信號(hào)故障，并保持不變，該信號(hào)通過閥門反饋桿驅(qū)動(dòng)定位器內(nèi)部的滑動(dòng)變阻器獲取。變阻器也可以認(rèn)為是一個(gè)特殊的傳感器，存在上漂，下漂，凍結(jié)的故障模式。變阻器上漂，下漂，凍結(jié)的故障，本質(zhì)上都是閥門定位器本體調(diào)節(jié)系統(tǒng)的需求開度信號(hào)和閥門反饋信號(hào)不一致，在智能化SVI定位器的PID功能作用下，閥門將異常動(dòng)作，引發(fā)VVP母管壓力變化，導(dǎo)致閥門需求開度變化，從而引起閥門波動(dòng)。由于故障出現(xiàn)在調(diào)節(jié)閥本體上，而操縱員在主控室只能改變閥門需求開度信號(hào)，不能直接干預(yù)閥門本體的動(dòng)作，故障處理有一定難度。

分析清楚這類故障模式的產(chǎn)生機(jī)理和根本原因后，就可以采取診對性的措施預(yù)防和響應(yīng)同類型故障，實(shí)際上類似故障發(fā)生幾率很低，通過分析和制定故障響應(yīng)預(yù)案，可以做到有備無患。

4 總結(jié)

嶺澳核電廠二期機(jī)組采用數(shù)字化控制技術(shù)，部分現(xiàn)場控制閥門也具有數(shù)字化和智能化的功能，相關(guān)于在閥門本體多了一個(gè)層級的調(diào)節(jié)，在特定的位置反饋器故障情況下，會(huì)產(chǎn)生閥門反復(fù)開關(guān)的這一新故障模式，這類故障是原先模擬技術(shù)核電廠所沒有的。但通過對故障機(jī)理的分析，是可以采取有效措施降低故障發(fā)生的幾率和制定完善的故障干預(yù)方案來減低對電廠系統(tǒng)的影響。核電廠在發(fā)現(xiàn)問題后已經(jīng)立即實(shí)施了這些措施。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]