三門(mén)核電廠用水泵出口電動(dòng)隔離閥開(kāi)啟失敗原因分析與處理

王海

摘要：針對(duì)三門(mén)核電1#機(jī)組廠用水泵在啟動(dòng)時(shí)出口電動(dòng)隔離閥多次開(kāi)啟失敗的現(xiàn)象，從閥門(mén)與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)方面進(jìn)行分析，并通過(guò)模擬試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際診斷數(shù)據(jù)，得出了該現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因，并描述了最終選擇的現(xiàn)場(chǎng)處理方案。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)隔離閥;開(kāi)啟失敗;電機(jī);堵轉(zhuǎn);閥門(mén)診斷

0? ? 引言

三門(mén)核電1#機(jī)組廠用水泵出口電動(dòng)隔離閥，在廠用水泵啟動(dòng)時(shí)閥門(mén)打開(kāi)向位于汽輪機(jī)廠房?jī)?nèi)的設(shè)備冷卻水熱交換器提供冷卻用的海水;在對(duì)應(yīng)列內(nèi)設(shè)備故障時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉實(shí)現(xiàn)隔離，以便于設(shè)備檢修。從2016年8月至2018年8月，該電動(dòng)閥在啟泵開(kāi)閥中出現(xiàn)過(guò)7次故障，導(dǎo)致廠用水泵7次啟動(dòng)失敗。

1? ? 背景介紹

廠用水泵出口電動(dòng)隔離閥為江蘇神通20英寸三偏心蝶閥，通過(guò)計(jì)算閥門(mén)開(kāi)啟/關(guān)閉所需最大力矩為3 161 Nm，安全系數(shù)定為120%，即3 793 Nm。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為常州SND-DQ400系列，其最大輸出扭矩為4 000 Nm，大于理論計(jì)算值，滿足閥門(mén)扭矩要求。根據(jù)此理論計(jì)算值，廠用水泵啟動(dòng)時(shí)閥門(mén)應(yīng)能可靠自動(dòng)開(kāi)啟，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際多次開(kāi)啟失敗導(dǎo)致廠用水泵跳閘。

2? ? 故障分析及應(yīng)對(duì)措施

2.1? ? 故障時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

在廠用水泵啟動(dòng)時(shí)，使用電動(dòng)閥診斷裝置監(jiān)測(cè)電流，得到的曲線如圖1所示。調(diào)取趨勢(shì)圖發(fā)現(xiàn)主控發(fā)出啟泵開(kāi)閥指令后，閥門(mén)上游壓力與管道流量均未出現(xiàn)變化，即閥門(mén)未真正動(dòng)作，仍停留在全關(guān)位。

由圖1可知，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)已動(dòng)作，但電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力不足以開(kāi)啟閥門(mén)。電機(jī)在A處啟動(dòng)（啟動(dòng)電流約3 A），至B處電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空行程走完（包括齒輪間隙、配合間隙等），電機(jī)開(kāi)始堵轉(zhuǎn)，C處達(dá)到堵轉(zhuǎn)電流最大值4.5 A，由于PLS一直未收到閥門(mén)反饋信號(hào)，因此在D處觸發(fā)停止開(kāi)閥信號(hào)，隨后在E處發(fā)出停泵關(guān)閥信號(hào)，F(xiàn)處閥門(mén)關(guān)閉到位。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書(shū)要求，該電動(dòng)閥的開(kāi)力矩開(kāi)關(guān)在0%～50%開(kāi)度范圍內(nèi)被旁路，以防止力矩開(kāi)關(guān)誤動(dòng)造成閥門(mén)開(kāi)啟失敗。但是，上游MCC配置的保護(hù)未識(shí)別出電動(dòng)閥的電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障，致使電機(jī)堵轉(zhuǎn)長(zhǎng)達(dá)15 s，對(duì)電機(jī)性能及壽命都會(huì)產(chǎn)生不可逆的影響。

2.2? ? 現(xiàn)場(chǎng)檢查與電動(dòng)閥診斷

在廠用水泵停運(yùn)、管道內(nèi)無(wú)壓力的情況下，電動(dòng)閥能正常開(kāi)關(guān)操作，執(zhí)行診斷試驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。

由圖2可知，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體輸出能力嚴(yán)重下降，最終輸出扭矩為2 217 Nm，與歷史數(shù)據(jù)3 665 Nm、計(jì)算數(shù)據(jù)3 793 Nm相比，均存在較大偏差。

2.3? ? 故障模擬復(fù)現(xiàn)

將電動(dòng)閥手動(dòng)操作至接近全開(kāi)位，將開(kāi)控制回路短接（即圖3中的端子17與端子21），在MCC處電動(dòng)開(kāi)閥，短時(shí)模擬電機(jī)堵轉(zhuǎn)情況，使用電動(dòng)閥診斷裝置監(jiān)測(cè)電壓與電流。

診斷得到的曲線如圖4所示，由圖可知，其曲線與現(xiàn)場(chǎng)故障情況的電流曲線基本一致，電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流約4.52 A，運(yùn)行過(guò)程中電動(dòng)閥電機(jī)端子處的電壓約為AC390 V，端電壓滿足要求，無(wú)明顯的電壓降。

2.4? ? 分析結(jié)果

根據(jù)上述分析過(guò)程，該電動(dòng)閥的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力沒(méi)有足夠的裕量，一直處于臨界運(yùn)行狀態(tài)，在上游壓力超過(guò)其臨界狀態(tài)或擾動(dòng)過(guò)大時(shí)，電機(jī)堵轉(zhuǎn)仍不足以打開(kāi)閥門(mén)，上游無(wú)法收到對(duì)應(yīng)的邏輯信號(hào)，致使廠用水泵跳閘。根據(jù)電動(dòng)閥特性，此故障可能的原因?yàn)椋?/p>

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力變小：電機(jī)降質(zhì)、潤(rùn)滑不良。

（2）閥門(mén)開(kāi)啟需要比理論數(shù)據(jù)更大的扭矩：內(nèi)部異物、密封面異常磨損。

2.5? ? 應(yīng)對(duì)措施

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)多次出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，電機(jī)性能下降，優(yōu)先整體替換電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并執(zhí)行電動(dòng)閥診斷試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)判定是否對(duì)閥門(mén)進(jìn)行解體檢查。

在替換電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)后，執(zhí)行診斷試驗(yàn)得到的曲線如圖5所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，電機(jī)停止時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出扭矩3 894.9 Nm，滿足閥門(mén)扭矩設(shè)計(jì)要求。此外，扭矩曲線與電流曲線平滑無(wú)異常，無(wú)須對(duì)閥門(mén)進(jìn)行進(jìn)一步的解體檢查。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)替換完成后，該電動(dòng)閥未再次出現(xiàn)開(kāi)啟失敗的故障現(xiàn)象。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

相比于管道無(wú)壓情況，管道有壓力時(shí)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還需要克服管道壓差導(dǎo)致的壓力，而增加的這部分壓力可能引起：（1）無(wú)開(kāi)旁路情況下，開(kāi)力矩開(kāi)關(guān)的動(dòng)作而電機(jī)停止運(yùn)行，導(dǎo)致開(kāi)閥失敗;（2）有開(kāi)旁路情況下，潤(rùn)滑不足或電機(jī)輸出能力下降，造成電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體性能下降，電機(jī)堵轉(zhuǎn)仍不足以打開(kāi)閥門(mén)，導(dǎo)致開(kāi)閥失敗。因此，在管道無(wú)壓時(shí)電動(dòng)閥能可靠動(dòng)作，不足以保障電動(dòng)閥在有壓情況下的運(yùn)行可靠性。

通過(guò)閥門(mén)診斷技術(shù)，獲取電動(dòng)閥的整體性能曲線，評(píng)估設(shè)備的健康度，可有效減少工作量、避免過(guò)度檢修。通常對(duì)閥門(mén)進(jìn)行診斷試驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注的性能參數(shù)有：關(guān)閥時(shí)扭矩開(kāi)關(guān)動(dòng)作閥桿推力/扭矩，關(guān)閥時(shí)閥門(mén)關(guān)閉后的最終推力/扭矩，平均填料摩擦力，行程時(shí)間，開(kāi)旁路時(shí)間，電機(jī)啟動(dòng)電流/運(yùn)行電流/峰值關(guān)閥電流，電機(jī)端電壓。

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力下降、潤(rùn)滑不良，或者閥門(mén)狀態(tài)變差、閥門(mén)開(kāi)啟需要更大的扭矩，均可能導(dǎo)致電動(dòng)閥開(kāi)啟失敗。電動(dòng)閥的缺陷消除、預(yù)防性維修工作，均可充分運(yùn)用閥門(mén)診斷技術(shù)，確認(rèn)電動(dòng)閥的當(dāng)前狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)閥的隱性缺陷，判斷其運(yùn)行性能、可靠性與降質(zhì)趨勢(shì)，以保證電廠的可靠運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王福厚，郭景鴻.A核電廠電動(dòng)閥故障無(wú)法開(kāi)啟根本原因分析[J].電工技術(shù)，2020（5）：70-71.

[2] 韓杰.AP1000三門(mén)核電站電動(dòng)閥診斷方法介紹[J].機(jī)電信息，2018（33）：78-80.