某核電機組首次滿負(fù)荷甩到廠用電試驗跳機原因分析

陳長劍

【摘 要】某核電機組首次滿負(fù)荷甩到廠用電試驗時，觸發(fā)跳機信號。通過深入分析、定位根本原因，為后續(xù)設(shè)備改造打下基礎(chǔ)，有效地保證了第二次試驗順利完成。

【關(guān)鍵詞】核電；甩到廠用電試驗；汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)

某核電機組首次滿負(fù)荷甩到廠用電試驗時，觸發(fā)跳機信號，在廠用電孤島運行模式下從而觸發(fā)反應(yīng)堆停堆信號。通過從汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)（以下簡稱GRE）控制平臺和就地閥門多方面去分析，最終定位根本原因，同時為后續(xù)設(shè)備改造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.滿負(fù)荷甩到廠用電試驗介紹

滿負(fù)荷甩到廠用電試驗指機組在帶滿負(fù)荷運行時與電網(wǎng)解列快速甩負(fù)荷到帶廠用電運行，期間要求機組各項運行參數(shù)在安全范圍內(nèi)，不引起各系統(tǒng)保護異常動作，因此該試驗是一項高難度、高風(fēng)險的大型綜合試驗。

2.試驗過程分析

通過分析試驗過程并在DCS查找有關(guān)數(shù)據(jù)、檢查系統(tǒng)日志，總結(jié)出試驗詳細(xì)時序如下。

1）19：09：50：

試驗開始，斷開500KV斷路器；

2）19：09：52：

汽機轉(zhuǎn)速飛升，超加速信號觸發(fā)，高中壓調(diào)門正常快速關(guān)閉，轉(zhuǎn)速飛升到最大1566rpm后開始下降；

3）19：10：06：

汽機轉(zhuǎn)速達(dá)到最低至1494RPM，隨著轉(zhuǎn)速下降GRE高中壓調(diào)門指令增加，高壓調(diào)門開啟至約8%，中壓調(diào)門開啟至約28%行程（就地閥門開啟角度約18°）；

4）19：10：07：

汽機轉(zhuǎn)速升至1510rpm，中壓調(diào)門蒸汽流量指令由21.42%迅速減小至-6.8%，GRE中壓調(diào)閥指令與實際閥位（28%）偏差超過10%；

5）19：10：17：

GRE中壓調(diào)閥閥位與指令偏差超過10%且持續(xù)時間達(dá)到10秒，觸發(fā)中壓調(diào)節(jié)閥閥位與指令偏差10%超過10秒的跳機邏輯；

6）19：10：33：

由于在孤島運行模式下汽機跳機，觸發(fā)反應(yīng)堆停堆。

3.跳機信號原因分析

進一步對GRE系統(tǒng)深入分析，歸納出可能會觸發(fā)GRE中壓閥門指令與閥位反饋偏差超出10%持續(xù)10s的原因有：閥門執(zhí)行機構(gòu)卡澀、閥門執(zhí)行機構(gòu)關(guān)閉力矩不足，詳細(xì)分析如下。

1）閥門執(zhí)行機構(gòu)卡澀

在試驗開始瞬間汽輪機轉(zhuǎn)速飛升，GRE中壓調(diào)閥油動機內(nèi)油壓快速降至0 MPa，4個GRE中調(diào)閥也正常關(guān)閉，隨著汽輪機轉(zhuǎn)速下降，為了保持汽輪機在額度轉(zhuǎn)速，油動機內(nèi)工作油在GRE系統(tǒng)開門指令作用下迅速增大，4個中壓調(diào)閥又開啟，轉(zhuǎn)速又小幅升，此時GRE系統(tǒng)再次給出關(guān)門指令，油動機內(nèi)工作油油壓已降至0 MPa，但此時中壓調(diào)閥在28%行程開度下無法正常關(guān)閉，10s后觸發(fā)跳機保護動作，此時汽機保護系統(tǒng)安全油快速泄壓，所有閥門快速關(guān)閉。若閥門執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生卡澀，中調(diào)閥則無法快速關(guān)閉。

另外，在試驗失敗后的停機窗口，針對GRE 4個中調(diào)閥又重新進行了單體調(diào)試驗證，各閥門均動作正常。

結(jié)論：GRE中壓閥門執(zhí)行機構(gòu)無卡澀。

2）GRE中壓閥門關(guān)閉力矩不足

滿負(fù)荷甩到廠用電試驗時不僅是單個閥門無法關(guān)閉故障，而是所有GRE中調(diào)門同時發(fā)生無法關(guān)閉的共模故障，排除閥門閥軸卡澀、油動機比例閥故障等偶發(fā)故障。根據(jù)圖1所示，對GRE中壓閥門的開啟和關(guān)閉進行受力分析：

·閥門開啟瞬間：油動機驅(qū)動力矩>給定閥位的彈簧作用力矩+蒸汽作用軸承摩擦力矩+傳動摩擦力矩；

·閥門開啟，油壓穩(wěn)定時：油動機驅(qū)動力矩≈給定閥位的彈簧作用力矩+蒸汽作用軸承摩擦力矩+傳動摩擦力矩；

·閥門關(guān)閉時：給定閥位的彈簧作用力矩>蒸汽作用軸承摩擦力矩+傳動摩擦力矩；

·相同閥門行程開度且閥板前后壓差相同時，蝶閥的開啟和關(guān)閉的軸承摩擦力矩大小接近：蒸汽作用軸承摩擦力矩（開啟）+傳動摩擦力矩≈蒸汽作用軸承摩擦力矩（關(guān)閉）+傳動摩擦力矩；

·閥門開啟時穩(wěn)定油壓在7MPa，通過查詢油動機設(shè)備說明書可算得開啟力約123KN。另外查詢閥門靜態(tài)調(diào)試數(shù)據(jù)，詳見表1，可知30%行程開度時閥門彈簧力約27.9KN。假定油動機驅(qū)動閥軸的力臂為X，因此有：

123X≈（27.9+蒸汽作用軸承摩擦力+傳動摩擦力）X

可得：（蒸汽作用軸承摩擦力+傳動摩擦力）X≈95.1X

該閥門30%行程開度時彈簧關(guān)閉力矩約27.9X，遠(yuǎn)小于蒸汽作用軸承摩擦力和傳動摩擦力的反力矩95.1X；另外，機組滿負(fù)荷甩廠用電試驗后GRE中壓調(diào)節(jié)閥首先關(guān)閉，接著再次開啟過程中，開啟油壓異常升高（0-6.24-9.94-7.61MPa），是靜態(tài)相同閥位對應(yīng)開啟油壓（0-1.2-2.8MPa）的數(shù)倍。

表1 閥門靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)以上可得出閥門無法正常關(guān)閉的原因為：

甩廠用電試驗后，由于GRE中調(diào)閥前后存在較大壓差作用在閥軸，作用在閥的開啟力矩大于或等于閥門油動機本身彈簧作用于閥軸產(chǎn)生的關(guān)閉力矩。

4.結(jié)語

綜以，GRE中壓調(diào)閥在行程開度20%—30%區(qū)間關(guān)閉力矩不足以及閥軸與軸承的摩擦力過大，導(dǎo)致在該閥門開度區(qū)間時閥門油動機本身彈簧所提供的關(guān)閉力矩不滿足實際試驗需求，出現(xiàn)閥門關(guān)閉遲滯現(xiàn)象。

至此，某核電機組首次滿負(fù)荷甩到廠用電試驗時跳機的根本原因是GRE中壓閥門關(guān)閉力矩不足。后續(xù)對GRE中壓閥門進行了相關(guān)改造（增大彈簧力），再次執(zhí)行滿負(fù)荷甩到廠用電試驗時一次成功。

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