穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置閃發(fā)配電裝置故障分析

摘要：本文針對(duì)某核電廠穩(wěn)壓器比例式加熱器在響應(yīng)一回路壓力調(diào)節(jié)時(shí)。調(diào)功裝置上出現(xiàn)配電裝置故障報(bào)警，檢查發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置上“相不平衡”故障燈亮，通過(guò)對(duì)該調(diào)功裝置內(nèi)的功率控制電路、可控硅控制電路、故障監(jiān)測(cè)電路、可控硅及供電回路逐步排查，找出故障報(bào)警出現(xiàn)的根本原因，從而保證了穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：加熱器;調(diào)功裝置;故障報(bào)警;

0.引言

穩(wěn)壓器是壓水堆核電站對(duì)一回路壓力控制和超壓保護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備。穩(wěn)壓器加熱器作用一是在反應(yīng)堆啟動(dòng)期間加熱一回路冷卻劑，使穩(wěn)壓器內(nèi)冷卻劑溫度對(duì)應(yīng)于運(yùn)行壓力下的飽和溫度;二是在反應(yīng)堆運(yùn)行期間當(dāng)一回路壓力下降時(shí)自動(dòng)投入以提升并維持一回路壓力。穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置可以調(diào)節(jié)加熱器的功率輸出，控制穩(wěn)壓器中冷卻劑的溫度，從而參與對(duì)一回路壓力的控制[1] 。某核電廠穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置在響應(yīng)一回路壓力調(diào)節(jié)時(shí)。主控出現(xiàn)配電裝置故障報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置報(bào)警盤上“相不平衡”故障燈亮，在調(diào)功裝置上進(jìn)行復(fù)位后，“相不平衡”報(bào)警消失。為提高穩(wěn)壓器加熱器的運(yùn)行可靠性，對(duì)出現(xiàn)此故障報(bào)警進(jìn)行了根本原因分析。

1.穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置介紹

1.1調(diào)功裝置基本原理

加熱器調(diào)控裝置主要由功率控制電路、可控硅控制電路、故障監(jiān)測(cè)電路、可控硅及供電回路組成。可控硅控制電路是通過(guò)控制信號(hào)輸入，去控制串聯(lián)在主電源回路的可控硅，由此達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的。該裝置采用時(shí)間比例零位控制模式，通過(guò)控制負(fù)載電壓的周波通斷比來(lái)控制負(fù)載的功率。采用這種控制，即實(shí)現(xiàn)了溫度控制，又消除了相位控制帶來(lái)的高次諧波問(wèn)題。

穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置采用3組二極管和3組可控硅反相并聯(lián)的接線方式，每相控制單元由2只并聯(lián)的可控硅和一個(gè)反相并聯(lián)的二極管共同構(gòu)成，相當(dāng)于組成了一個(gè)軟開(kāi)關(guān)，該軟開(kāi)關(guān)的通斷和觸發(fā)脈沖完全同步。其比較信號(hào)采用鋸齒波，將4-20mA DC控制信號(hào)和鋸齒波的比較后，形成觸發(fā)脈沖信號(hào)，當(dāng)電源電壓到自然換相點(diǎn)時(shí)通過(guò)觸發(fā)脈沖信號(hào)使可控硅導(dǎo)通若干個(gè)周波，當(dāng)觸發(fā)脈沖截止時(shí)則可控硅關(guān)斷若干個(gè)周波，通過(guò)改變可控硅通斷的時(shí)間比的方式達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的[2] 。

1.2相不平衡報(bào)警工作原理

穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置上的“相不平衡”報(bào)警是通過(guò)CT采集電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送入相不平衡監(jiān)測(cè)電路，三相電流對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)通過(guò)相不平衡監(jiān)測(cè)電路向量求和后，通過(guò)運(yùn)算放大器將運(yùn)算結(jié)果與相不平衡報(bào)警定值（設(shè)定值為2V）進(jìn)行比較，若超出閾值，則觸發(fā)“相不平衡”報(bào)警。通過(guò)反推計(jì)算，相不平衡報(bào)警定值對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流不平衡度為8%，相間電流差約為30A。調(diào)功裝置內(nèi)的“相不平衡”僅僅觸發(fā)報(bào)警，對(duì)穩(wěn)壓器加熱器的運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生影響。

2.原因分析

2.1相不平衡故障報(bào)警可能的原因分析

通過(guò)對(duì)穩(wěn)壓器加熱器調(diào)功裝置主回路及可控硅進(jìn)行檢查，排除了加熱器開(kāi)路及可控硅擊穿的可能。對(duì)裝置內(nèi)部相不平衡卡件及監(jiān)測(cè)回路進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)卡件損壞、報(bào)警定值漂移、采樣CT損壞等現(xiàn)象，調(diào)功裝置內(nèi)部保險(xiǎn)直阻正常。因此初步確認(rèn)此次報(bào)警的原因?yàn)?-20mA控制信號(hào)大幅頻繁波動(dòng)導(dǎo)致。

2.24-20mA控制信號(hào)大幅頻繁波動(dòng)導(dǎo)致相不平衡報(bào)警原因分析

由于穩(wěn)壓器一回路壓力大幅波動(dòng)，控制調(diào)功裝置出力的4-20mA信號(hào)也隨之大幅波動(dòng)或者跳變。已知三相交流電流之間有120°的相位差，且調(diào)功裝置屬于過(guò)零觸發(fā)，可控硅的通斷是以周波為單位，三相電流的過(guò)零點(diǎn)存在極短的時(shí)間差（約20/3 ms）。當(dāng)一回路壓力變化不大的時(shí)候，觸發(fā)脈沖的變化較緩，該時(shí)間對(duì)調(diào)功裝置的調(diào)節(jié)無(wú)影響。如果控制信號(hào)變化過(guò)快，導(dǎo)致調(diào)節(jié)過(guò)程中三相相電流的導(dǎo)通觸發(fā)調(diào)節(jié)過(guò)程變化過(guò)快，此時(shí)可能導(dǎo)致某一相已導(dǎo)通而另外兩相尚未導(dǎo)通或兩相導(dǎo)通而另一相未導(dǎo)通的情況產(chǎn)生。如果同時(shí)調(diào)節(jié)信號(hào)變化很大，導(dǎo)致觸發(fā)脈沖的寬度變化超過(guò)了半個(gè)周波時(shí)間（10 ms），此時(shí)已導(dǎo)通相將通過(guò)一個(gè)周波后才能截止，從而出現(xiàn)瞬間的調(diào)節(jié)紊亂現(xiàn)象。調(diào)節(jié)信號(hào)如果在短時(shí)間內(nèi)頻繁發(fā)生，相不平衡卡件可能檢測(cè)到三相電流的不平衡度超過(guò)8%，從而產(chǎn)生“相不平衡”報(bào)警。此次的報(bào)警出現(xiàn)在穩(wěn)壓器一回路壓力波動(dòng)期間，調(diào)節(jié)信號(hào)波動(dòng)很大，因此可以確定報(bào)警出現(xiàn)的原因?yàn)檎{(diào)功裝置的調(diào)節(jié)信號(hào)大幅波動(dòng)導(dǎo)致。

該報(bào)警屬于狀態(tài)報(bào)警，當(dāng)相不平衡電路監(jiān)測(cè)到主回路三相電流不平衡度達(dá)到8%后，發(fā)出該報(bào)警。該報(bào)警不參與加熱器調(diào)節(jié)和控制，不影響穩(wěn)壓器加熱器的正常運(yùn)行和調(diào)節(jié)控制功能。

3.歷史同類事件統(tǒng)計(jì)分析

查詢檢修歷史記錄，該電廠從商運(yùn)至今，閃發(fā)此類“相不平衡”報(bào)警的共有14次。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上看，該報(bào)警的是隨機(jī)出現(xiàn)的，同一機(jī)組的“相不平衡”報(bào)警的出現(xiàn)也是不規(guī)律的。從報(bào)警機(jī)理對(duì)比分析可能和調(diào)功裝置的電源相位有關(guān)。從檢修歷史記錄中還可以發(fā)現(xiàn)該報(bào)警基本出現(xiàn)在機(jī)組升溫升壓或者GRE/RGL相關(guān)試驗(yàn)會(huì)引起穩(wěn)壓器一回路壓力大幅波動(dòng)過(guò)程中。

同法國(guó)EDF專家核實(shí)國(guó)外核電站中也存在類似問(wèn)題，EDF專家認(rèn)為該報(bào)警的風(fēng)險(xiǎn)不高，他們并沒(méi)有從電站層面采取任何措施去解決該問(wèn)題。同時(shí)，他們也提出可以通過(guò)修改設(shè)定值來(lái)限制，法國(guó)卡特農(nóng)核電站（CATTENOM）已將該報(bào)警設(shè)定值值由2V調(diào)至3V。

4.結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)組升溫升壓或者進(jìn)行功率波動(dòng)試驗(yàn)期間，穩(wěn)壓器一回路壓力波動(dòng)較大時(shí)，穩(wěn)壓器加熱器的調(diào)功裝置的4-20mA控制信號(hào)將會(huì)大幅波動(dòng)，從而可能由于瞬態(tài)的調(diào)節(jié)擾動(dòng)引發(fā)“相不平衡”報(bào)警。該報(bào)警不參與加熱器調(diào)節(jié)和控制，不影響穩(wěn)壓器加熱器的正常運(yùn)行和調(diào)節(jié)控制功能。由于該報(bào)警回路具有自保持功能，因此出現(xiàn)報(bào)警后需要在調(diào)功裝置上進(jìn)行復(fù)位。法國(guó)EDF專家認(rèn)為可以通過(guò)優(yōu)化調(diào)功裝置“相不平衡”報(bào)警設(shè)定值，從而限制該報(bào)警在一回路瞬態(tài)過(guò)程中隨機(jī)產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張志國(guó).穩(wěn)壓器電加熱器異常跳停故障分析[J].電工技術(shù)，2017（8）：87-88.

[2] 張中杰.加熱器功率調(diào)節(jié)器可控硅擊穿故障分析[J].電子測(cè)試，2016（9）：103-105.

作者簡(jiǎn)介：

賀吉昌（1983-），男，廣東汕尾，工程師，從事核電電氣運(yùn)維工作。

（作者單位：中廣核陸豐核電有限公司）