一種蒸汽發(fā)生器水位波動(dòng)故障分析與處理

孫萌

【摘 要】蒸汽發(fā)生器是核電廠(chǎng)的重要設(shè)備，核電廠(chǎng)正常運(yùn)行時(shí)蒸汽發(fā)生器必須保持正常的水位，盡量避免蒸汽發(fā)生器水位波動(dòng)的情況。本文對(duì)核電廠(chǎng)一種蒸汽發(fā)生器水位波動(dòng)故障現(xiàn)象進(jìn)行了分析，通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試定位到了故障設(shè)備為“蒸汽發(fā)生器水位控制選擇開(kāi)關(guān)”，又通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)找到了根本原因是開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)偶發(fā)閉合不良，最后提出了整改措施。本文的整改措施可以有效地避免這種蒸汽發(fā)生器水位波動(dòng)故障再次發(fā)生，為同類(lèi)型的核電廠(chǎng)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】核電廠(chǎng);主控開(kāi)關(guān);開(kāi)關(guān)切換;T1試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）04-0255-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.100

0 引言

核電廠(chǎng)蒸汽發(fā)生器水位是核電廠(chǎng)的重要參數(shù)，關(guān)系到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，如果蒸汽發(fā)生器水位產(chǎn)生大幅度的波動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致停堆。為保證蒸汽發(fā)生器水位測(cè)量控制的準(zhǔn)確性，每2個(gè)月會(huì)對(duì)相關(guān)通道進(jìn)行定期試驗(yàn)，但是在試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)蒸汽發(fā)生器水位異常的情況。

1 故障背景

某核電廠(chǎng)主控室操縱員某次執(zhí)行“蒸汽發(fā)生器水位兩月周期試驗(yàn)”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)T1試驗(yàn)）時(shí)，將主控的“蒸汽發(fā)生器水位控制選擇開(kāi)關(guān)”切換后開(kāi)始試驗(yàn)，卻發(fā)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器水位主調(diào)節(jié)閥迅速全開(kāi)，蒸汽發(fā)生器水位大幅波動(dòng)，并觸發(fā)蒸汽發(fā)生器水位不正常報(bào)警。 操縱員立刻停止T1試驗(yàn)，并手動(dòng)控制蒸汽發(fā)生器水位主調(diào)節(jié)閥，使蒸汽發(fā)生器水位穩(wěn)定，然后恢復(fù)“蒸汽發(fā)生器水位控制選擇開(kāi)關(guān)”的初始位置。

該故障導(dǎo)致了蒸汽發(fā)生器水位主調(diào)節(jié)閥異常開(kāi)度，引起了蒸汽發(fā)生器水位大幅波動(dòng)，如果干預(yù)不及時(shí)，蒸汽發(fā)生器水位可能達(dá)到停堆值而觸發(fā)停堆。

1.1 T1試驗(yàn)原理分析

T1試驗(yàn)為“蒸汽發(fā)生器水位兩月周期試驗(yàn)”，是過(guò)程控制系統(tǒng)（KRG系統(tǒng)）的一個(gè)重要試驗(yàn)。KRG系統(tǒng)是過(guò)程控制系統(tǒng)，它接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程測(cè)量?jī)x表的模擬信號(hào)（包括電流信號(hào)、熱電阻信號(hào)、熱電偶信號(hào)、頻率信號(hào)等），同時(shí)給現(xiàn)場(chǎng)二線(xiàn)制變送器配電，然后系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，再送到相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行顯示、記錄、處理，對(duì)核電廠(chǎng)起著控制和保護(hù)作用。

T1試驗(yàn)臺(tái)是T1試驗(yàn)專(zhuān)門(mén)的裝置，它提供盡可能接近實(shí)際的模擬信號(hào)送入需試驗(yàn)的測(cè)量回路，通過(guò)檢查信號(hào)的轉(zhuǎn)換誤差、閾值繼電器是否動(dòng)作、動(dòng)作閾值誤差是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求等，來(lái)判斷KRG系統(tǒng)保護(hù)測(cè)量通道是否發(fā)生故障。

T1試驗(yàn)相關(guān)開(kāi)關(guān)有“正?！焙汀霸囼?yàn)”2種位置。正常運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān)在“正?！蔽恢?，即通道的信號(hào)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)變送器，該信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算處理后，輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)，送往反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng);進(jìn)行T1試驗(yàn)時(shí)，開(kāi)關(guān)位置由“正常”位置轉(zhuǎn)換到“試驗(yàn)”位置，現(xiàn)場(chǎng)變送器信號(hào)被切除，送往反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的信號(hào)通路被切斷。T1試驗(yàn)臺(tái)注入試驗(yàn)信號(hào)，該信號(hào)同樣經(jīng)過(guò)通道中各模塊的運(yùn)算處理，但此時(shí)的信號(hào)只是引起試驗(yàn)燈亮、滅的狀態(tài)變化，實(shí)際的開(kāi)關(guān)信號(hào)并沒(méi)有送到反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)。

1.2 開(kāi)關(guān)動(dòng)作原理分析

“蒸汽發(fā)生器水位控制選擇開(kāi)關(guān)”使用的是機(jī)械式轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)，靠轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪使觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)，原理如圖1、圖2所示：

當(dāng)帶彈簧的擋塊沒(méi)有進(jìn)入凸輪的凹槽時(shí)，觸點(diǎn)A和B分離，接線(xiàn)端子1、2不通;

2 故障原因分析

2.1 故障點(diǎn)定位

正常運(yùn)行時(shí)“蒸汽發(fā)生器水位控制選擇開(kāi)關(guān)”置于“正?！蔽恢?，現(xiàn)場(chǎng)變送器送來(lái)的實(shí)際信號(hào)進(jìn)行一系列的計(jì)算比較后，形成控制指令來(lái)控制蒸汽發(fā)生器水位主調(diào)節(jié)閥;在進(jìn)行T1試驗(yàn)時(shí)“蒸汽發(fā)生器水位控制選擇開(kāi)關(guān)”置于“試驗(yàn)”位置，切除來(lái)自T1試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試信號(hào)，使T1試驗(yàn)臺(tái)發(fā)出的測(cè)試信號(hào)不參與到通道回路中，即測(cè)試信號(hào)不會(huì)真正產(chǎn)生控制指令到反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)。

故障時(shí)蒸汽發(fā)生器水位異常波動(dòng)，蒸汽發(fā)生器水位主調(diào)節(jié)閥迅速全開(kāi)，懷疑回路實(shí)際使用了T1試驗(yàn)臺(tái)發(fā)出的試驗(yàn)信號(hào)控制蒸汽發(fā)生器水位主調(diào)節(jié)閥，推測(cè)故障原因?yàn)椤罢羝l(fā)生器水位控制選擇開(kāi)關(guān)”切換不成功。

在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)“蒸汽發(fā)生器水位控制選擇開(kāi)關(guān)”進(jìn)行測(cè)量，具體的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。共測(cè)試2次，第一次測(cè)試結(jié)果正常，第二次測(cè)試結(jié)果異常，故障再現(xiàn)，可以判斷故障的直接原因?yàn)椤罢羝l(fā)生器水位控制選擇開(kāi)關(guān)”切換不成功。

2.2 故障設(shè)備分析

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)故障開(kāi)關(guān)進(jìn)行測(cè)試，首先對(duì)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的材料進(jìn)行了金相分析，分析數(shù)據(jù)表明，開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)端子和觸點(diǎn)表面為合金渡層含金量為18%，符合標(biāo)注，目視檢查觸點(diǎn)表面光潔，無(wú)明顯氧化現(xiàn)象。然后測(cè)量開(kāi)關(guān)在“試驗(yàn)”位置的電阻值，共進(jìn)行100次測(cè)試，電阻均為0.3-0.2Ω，小于10Ω標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試合格，故障未再現(xiàn)。模擬現(xiàn)場(chǎng)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行了電纜接線(xiàn)，并對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行可靠性測(cè)試，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行了10000次切換操作，測(cè)試觸點(diǎn)閉合時(shí)阻值均為0.2Ω，小于10Ω標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試合格，故障未再現(xiàn)。

該開(kāi)關(guān)在每個(gè)大修都有預(yù)防性維修，大修時(shí)對(duì)開(kāi)關(guān)在不同位置時(shí)的觸點(diǎn)阻值進(jìn)行測(cè)試、對(duì)開(kāi)關(guān)的操作性能進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)切換不成功則進(jìn)行更換，該開(kāi)關(guān)的預(yù)防性維修項(xiàng)目已較完善。十年來(lái)該開(kāi)關(guān)從未出現(xiàn)過(guò)故障，排除重復(fù)故障的可能。

2.3 開(kāi)關(guān)端子接不同線(xiàn)鼻子測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)電纜使用的是針型線(xiàn)鼻子，行業(yè)中常用的線(xiàn)鼻子有針型、U型、O型3種。為了測(cè)試不同線(xiàn)鼻子對(duì)開(kāi)關(guān)切換的影響，在同一開(kāi)關(guān)上接了3種線(xiàn)鼻子，使用伏安法對(duì)電阻進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表2。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，三種接線(xiàn)方式對(duì)觸點(diǎn)阻值沒(méi)有明顯影響，但從接觸面積來(lái)看，O型鼻子接觸面積最大。

2.4 開(kāi)關(guān)接線(xiàn)/尾部電纜綁扎情況

參與控制T1試驗(yàn)的同類(lèi)開(kāi)關(guān)共有12個(gè)，檢查現(xiàn)場(chǎng)的這些開(kāi)關(guān)，電纜并線(xiàn)不受擠壓，尾部電纜全部與開(kāi)關(guān)尾部角鐵綁扎一起，電纜無(wú)擠壓情況。排除電纜連接問(wèn)題導(dǎo)致開(kāi)關(guān)切換不成功。

繼續(xù)檢查這12個(gè)開(kāi)關(guān)的端子接線(xiàn)情況，發(fā)現(xiàn)1個(gè)開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)端子有一根并線(xiàn)脫落，1個(gè)開(kāi)關(guān)的端子松動(dòng)，其它開(kāi)關(guān)未發(fā)現(xiàn)異常。但是這種開(kāi)關(guān)切換不成功故障不會(huì)是由于電纜接線(xiàn)松動(dòng)導(dǎo)致，因?yàn)槿玳_(kāi)關(guān)電纜接線(xiàn)松動(dòng)，那么開(kāi)關(guān)在切換后，觸點(diǎn)電阻應(yīng)保持不變，比如保持在1.7MΩ，而實(shí)際情況是觸點(diǎn)電阻緩慢變化，從1.7MΩ緩慢降至300KΩ左右穩(wěn)定。

綜上所述，故障的直接原因是開(kāi)關(guān)切換不成功，根本原因是開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)偶發(fā)閉合不良。

3 整改措施及效果

針對(duì)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)偶發(fā)閉合不良的根本原因，開(kāi)發(fā)整改措施。

1）在報(bào)警系統(tǒng)中增加T1試驗(yàn)相關(guān)的12個(gè)開(kāi)關(guān)是否切換到位的報(bào)警，在試驗(yàn)時(shí)，操縱員在主控室可以通過(guò)該報(bào)警來(lái)判斷是否切換成功否;

2）將相關(guān)開(kāi)關(guān)的線(xiàn)鼻子由針型換成O型，雖然試驗(yàn)得出結(jié)論接線(xiàn)方式對(duì)觸點(diǎn)阻值沒(méi)有明顯影響，但O型線(xiàn)鼻子從理論上來(lái)說(shuō)是接觸面積最大的，試驗(yàn)數(shù)據(jù)也測(cè)得是阻值最小的，是三種接線(xiàn)方式中的最優(yōu)選擇。

整改措施實(shí)施2年來(lái)，共進(jìn)行T1試驗(yàn)約50次，這12個(gè)開(kāi)關(guān)都沒(méi)有出現(xiàn)切換不成功的故障，整改措施是切實(shí)有效的。

4 結(jié)束語(yǔ)

從本文的分析可以看出，核電廠(chǎng)對(duì)T1試驗(yàn)相關(guān)開(kāi)關(guān)的維修保養(yǎng)政策是可行的，但也會(huì)出現(xiàn)偶然故障導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器水位波動(dòng)的情況。本文分析了一種蒸汽發(fā)生器水位波動(dòng)故障，找出根本原因是開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)偶發(fā)閉合不良。并提出在報(bào)警系統(tǒng)中增加開(kāi)關(guān)是否切換到位的報(bào)警;將開(kāi)關(guān)的線(xiàn)鼻子由針型換成O型2項(xiàng)整改措施。到目前為止，T1試驗(yàn)相關(guān)開(kāi)關(guān)未出現(xiàn)類(lèi)似切換故障，說(shuō)明了分析和整改措施取得了良好的效果。本文為本電廠(chǎng)及同型電廠(chǎng)的同類(lèi)開(kāi)關(guān)避免出現(xiàn)類(lèi)似故障提供了借鑒，具有推廣意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《儀控培訓(xùn)之系統(tǒng)功能篇》，秦山核電聯(lián)營(yíng)有限公司，2007.

[2]《集中模擬量控制系統(tǒng)（KRG）》，大亞灣核電營(yíng)運(yùn)管理有限責(zé)任公司，2005.