控制室通風(fēng)系統(tǒng)溫度低故障問(wèn)題分析和處理

方銀平

（中核國(guó)電漳州能源有限公司，福建漳州 363399）

0 引言

核電廠控制室通風(fēng)系統(tǒng)（DVC）為控制室和電氣設(shè)備間的通風(fēng)系統(tǒng)，執(zhí)行以下功能：

（1）保持房間內(nèi)的溫度和濕度在所規(guī)定的限定值內(nèi)以滿足設(shè)備運(yùn)行和人員長(zhǎng)期停留的要求。

（2）保證最小的新風(fēng)量。

（3）維持室內(nèi)壓力略高于入口區(qū)域的壓力。

（4）在事故情況下，使新風(fēng)凈化或者使空氣全部再循環(huán)。

DVC 系統(tǒng)不執(zhí)行與核安全直接有關(guān)的功能，但是在廠區(qū)污染情況下本系統(tǒng)必須保證操作人員的安全衛(wèi)生條件。一旦出現(xiàn)DVC 系統(tǒng)部分/全部不可用的情況下，核電機(jī)組需停機(jī)并后撤至NS/RRA 模式，嚴(yán)重影響核電廠的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

某核電廠3 號(hào)機(jī)組調(diào)試期間出現(xiàn)DVC 控制室溫度較低報(bào)警，約為19 ℃，3DVC030AR 控制柜面板出現(xiàn)故障報(bào)警，手動(dòng)嘗試發(fā)現(xiàn)3DVC055VD 無(wú)法調(diào)節(jié)冷凍水流量。根據(jù)核電廠《運(yùn)行技術(shù)規(guī)范要求》，正?？照{(diào)功能部分或全部不可用，要求14 d 內(nèi)完成處理，否則機(jī)組將后撤；如果同時(shí)主控室房間溫度異常上升，機(jī)組最快需1 h內(nèi)后撤，嚴(yán)重影響核電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，影響機(jī)組正常發(fā)電。

1 概述

1.1 3DVC030AR 控制及報(bào)警原理

DVC 通風(fēng)系統(tǒng)共A、B 兩列，在同一時(shí)間只運(yùn)行一列。3DVC030AR 為A 列通風(fēng)系統(tǒng)的控制箱，控制主控室房間的溫、濕度在要求的設(shè)定值，實(shí)際控制對(duì)象為加濕器3DVC002HU、電加熱器3DVC030RS 以及冷水流量調(diào)節(jié)閥3DVC055VD（圖1）。

圖1 3DVC030AR 控制箱原理

（1）通過(guò)加濕器3DVC002HU 調(diào)節(jié)主控室的濕度。

（2）通過(guò)電加熱器3DVC030RS 和冷水流量調(diào)節(jié)閥3DVC055VD調(diào)節(jié)主控室的溫度。

當(dāng)主控室溫度、濕度異常以及3DVC030AR 內(nèi)部開(kāi)關(guān)故障時(shí)3DVC030AR 面板上會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警指示，主要報(bào)警有：空氣溫度故障報(bào)警、電氣故障報(bào)警、空氣流量故障報(bào)警，原理如圖2 所示。

圖2 空氣溫度報(bào)警原理

（1）空氣溫度故障報(bào)警：主控室空氣溫度異常，超出設(shè)定值范圍。

（2）電氣故障報(bào)警：3DVC030AR 箱內(nèi)電氣開(kāi)關(guān)狀態(tài)異常。

（3）空氣流量故障報(bào)警：風(fēng)管內(nèi)空氣流量異常，來(lái)自3DVC001AR的報(bào)警顯示。

1.2 問(wèn)題描述

某電廠3 號(hào)機(jī)組調(diào)試期間出現(xiàn)DVC 控制室溫度較低報(bào)警，約為19 ℃左右，3DVC030AR 控制柜面板出現(xiàn)故障報(bào)警，運(yùn)行人員手動(dòng)嘗試發(fā)現(xiàn)3DVC055VD 無(wú)法調(diào)節(jié)冷凍水流量。

2 問(wèn)題分析及處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)一系列的檢查及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終確認(rèn)導(dǎo)致此次故障原因如下：

（1）3DVC055VD 閥門(mén)本體卡澀，無(wú)法調(diào)節(jié)冷凍水流量。

（2）3DVC030AR 箱內(nèi)溫度控制器RGT 溫度給定值存在偏差，且控制器正反作用開(kāi)關(guān)置位不當(dāng)，以致溫度控制邏輯錯(cuò)誤。

（3）3DVC030AR 箱內(nèi)接觸器030JA 因設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致線圈電壓較低無(wú)法吸合，進(jìn)而導(dǎo)致加熱器無(wú)法投入使用。

2.1 3DVC055VD 閥門(mén)缺陷

3DVC055VD 冷凍水流量調(diào)節(jié)閥選用的是西門(mén)子公司型號(hào)為M3P80FY 的電磁調(diào)節(jié)閥。該閥門(mén)為電磁三通閥，流量與控制信號(hào)為正比線性特性，特性曲線如圖3 所示，閥門(mén)相關(guān)電氣參數(shù)如圖4 所示。

圖3 流量與控制型號(hào)特性曲線

圖4 055VD 技術(shù)參數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)采用DC 0～10 V 電壓信號(hào)作為開(kāi)閥控制信號(hào)，反饋信號(hào)也是DC 0～10 V，在正常情況下開(kāi)閥信號(hào)電壓值與閥位反饋信號(hào)的電壓值一致。

現(xiàn)場(chǎng)在3DVC055VD 冷凍水流量調(diào)節(jié)閥接線端子3 和6 之間接入信號(hào)發(fā)生器模擬控制信號(hào)，在接線端子4 和6 之間接入多用表進(jìn)行閥門(mén)位置狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)?zāi)M控制閥門(mén)動(dòng)作，同時(shí)監(jiān)測(cè)閥位反饋信號(hào)的電壓值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓在DC 0～10 V之間變化時(shí)，閥門(mén)位置狀態(tài)信號(hào)反饋值一直為8.2 V，確定閥門(mén)位置不會(huì)隨著調(diào)節(jié)信號(hào)的變化而變化。

隨后將閥門(mén)置于手動(dòng)操作狀態(tài)，操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)閥門(mén)存在卡澀問(wèn)題，檢查發(fā)現(xiàn)閥門(mén)手動(dòng)旋鈕旋轉(zhuǎn)操作不當(dāng)導(dǎo)致閥門(mén)卡澀，導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法根據(jù)輸入信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)自身開(kāi)度，以致失去調(diào)溫功能。

對(duì)閥門(mén)本體進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)潤(rùn)滑，消除閥門(mén)本體卡澀。手動(dòng)驗(yàn)證閥門(mén)在手動(dòng)狀態(tài)下動(dòng)作良好。自動(dòng)位置狀態(tài)下，通過(guò)過(guò)程校準(zhǔn)儀進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了閥門(mén)在自動(dòng)位置能夠調(diào)節(jié)開(kāi)度，能夠起到自動(dòng)降溫的功能。確認(rèn)閥門(mén)狀態(tài)良好后，恢復(fù)控制器到閥門(mén)接線，并確認(rèn)線路良好。

2.2 溫度控制部分缺陷

3DVC030AR 內(nèi)溫度控制器002RGT 為北京自儀七廠生產(chǎn)的連續(xù)式比例積分調(diào)節(jié)器，型號(hào)：ESRL11。002RGT 輸入信號(hào)為現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器002MT 反饋過(guò)來(lái)的電壓信號(hào)（電壓信號(hào)DC 0～10 V對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)溫度0～60 ℃），通過(guò)與溫度設(shè)定值比較，溫控器輸出相應(yīng)大小的電壓信號(hào)改變電加熱器的功率和冷凍水調(diào)節(jié)閥3DVC055VD 的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)溫度的功能。溫度控制器RGT 與電壓電流轉(zhuǎn)換器CS 相互配合完成對(duì)加熱器和閥門(mén)控制，其邏輯關(guān)系如圖5 所示。

圖5 溫度控制器RGT、冷凍水調(diào)節(jié)閥與加熱器的邏輯關(guān)系

2.2.1 溫控器與傳感器不匹配

就地控制箱內(nèi)檢查，溫度控制器RGT 可設(shè)置的溫度定值范圍XS 為-20～+40 ℃，現(xiàn)場(chǎng)所采用的溫濕度傳感器3DVC002MZ/MT為江森HT-9000 系列傳感器。該溫度傳感器型號(hào)為HT-9002-URW，工作溫度范圍為0～60 ℃，輸出為0～10 V 的電壓信號(hào)。溫控器溫度設(shè)定范圍與溫度傳感器工作溫度范圍不一致，不能直接依據(jù)溫控器上的滾輪刻度值（圖6）進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，即刻度值對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)值不是現(xiàn)場(chǎng)要控制的實(shí)際溫度。

圖6 溫度控制器RGT 的溫度設(shè)定滾輪

溫度傳感器反饋電壓信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)溫度值成正比關(guān)系，DC 0～10 V電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)溫度為0～60 ℃。反饋電壓與現(xiàn)場(chǎng)溫度值為6 倍關(guān)系，即：溫度（℃）＝6×電壓（V）。溫度控制器RGT 設(shè)定值范圍為-20～40 ℃，輸入信號(hào)為溫度反饋信號(hào)。若反饋來(lái)的電壓信號(hào)為0，則相當(dāng)于判定現(xiàn)場(chǎng)溫度為-20 ℃；若為10 V 則相當(dāng)于反饋的現(xiàn)場(chǎng)溫度為40 ℃。溫度與電壓關(guān)系為：溫度（℃）＝6×電壓（V）-20，其關(guān)系如圖7 所示。若現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度22 ℃，溫度傳感器反饋過(guò)來(lái)約3.7 V 電壓信號(hào)。對(duì)應(yīng)到溫控器上則為2 ℃刻度值處。所以，如果溫度定值設(shè)置為22 ℃，則應(yīng)把溫度控制器設(shè)定值調(diào)節(jié)到2 刻度值（因控制器、溫度傳感器本身誤差及采樣溫度非房間內(nèi)溫度，實(shí)際會(huì)有所偏差）處。其他溫度設(shè)定值則類似設(shè)定。根據(jù)主控人員要求，主控溫度保持在22 ℃附近即可，調(diào)節(jié)溫控器滾輪至5 刻度值處，主控溫度得以保持在22 ℃左右。

圖7 溫度與電壓特性曲線

2.2.2 正反作用開(kāi)關(guān)設(shè)置錯(cuò)誤

正常運(yùn)行時(shí)，溫控器與電壓電流轉(zhuǎn)換器正反作用開(kāi)關(guān)分別置于dw 位和uw位。這樣，現(xiàn)場(chǎng)溫度低于溫度給定值時(shí)，控制器控制輸出到閥門(mén)信號(hào)減小，閥門(mén)開(kāi)度減小。通過(guò)CS控制輸出到加熱器的信號(hào)增加，加熱器功率增加，溫度上升。相反，控制器控制輸出到閥門(mén)電壓信號(hào)增加，輸出到加熱器的電壓信號(hào)減小，溫度下降。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，溫控器與電壓電流轉(zhuǎn)換器均置于同一位置dw位。該情況下，若使溫度上升，加熱器功率增加，同時(shí)閥門(mén)開(kāi)度也會(huì)增加，相互沖突，起不到調(diào)溫的作用。需將溫控器與電壓電流轉(zhuǎn)換器正反作用開(kāi)關(guān)分別置于dw 位和uw 位。

2.3 接觸器控制回路問(wèn)題

檢查處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在加熱器達(dá)到投運(yùn)條件時(shí)，加熱器卻一直不投運(yùn)，對(duì)加熱器主回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)控制加熱器投運(yùn)的接觸器030JA 在線圈得電的情況下未吸合，導(dǎo)致加熱器主回路無(wú)法得電，加熱器無(wú)法正常運(yùn)行。

接觸器030JA 生產(chǎn)廠家為ABB，型號(hào)為AF95-30，廠家提供的正常工作電壓為48～130 V。為接觸器線圈提供工作電源的設(shè)備為穩(wěn)壓電源GS，廠家為朝陽(yáng)電源，型號(hào)為4NIC-Q384，輸出電源為DC 48 V。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量穩(wěn)壓電源GS 輸出電壓為48.03 V，滿足接觸器的工作電源需求，但是當(dāng)接觸器030JA 得電時(shí)在接觸器線圈兩端測(cè)量電壓為32.35 V。經(jīng)對(duì)030JA 進(jìn)行單體校驗(yàn)，030JA 動(dòng)作吸合電壓為36.47 V，導(dǎo)致030JA 得電后未吸合的原因?yàn)榻佑|器線圈兩端電壓低于接觸器030JA 所需要的工作電壓。

經(jīng)分析030JA 接觸器線圈控制回路除受柜內(nèi)繼電器003XR/002XR/001XT、刀閘開(kāi)關(guān)030JS 觸點(diǎn)控制外，還受外部004ZV 風(fēng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)004SY 控制，004ZV 風(fēng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)004SY 串接入030JA 接觸器線圈，但是由于040ZV 狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)004SY 來(lái)自于配電盤(pán)處，004SY 信號(hào)導(dǎo)線較長(zhǎng)（從電氣盤(pán)到KCP 機(jī)柜，再?gòu)腒CP 機(jī)柜到030AR，電纜總長(zhǎng)度近200 m），根據(jù)歐姆定律，該部分較長(zhǎng)的導(dǎo)線分?jǐn)偭艘徊糠种绷麟妷?，?dǎo)致030JA 接觸器滿足吸合條件時(shí)線圈兩端的電壓偏低，不能使其吸合。正常啟動(dòng)時(shí)需人為提供一個(gè)外力才能使接觸器吸合，吸合后撤出外力，吸合狀態(tài)可以保持（圖8）。

圖8 修改前030JA 接觸器控制原理

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行變更：004ZV 狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)004SY 接線不直接接入030JA 接觸器的控制回路，增加一個(gè)繼電器004XR 進(jìn)行004SY 的監(jiān)測(cè)，004XR 的輔助觸點(diǎn)接入030JA 接觸器的控制回路，大大減小了030JA 接觸器線圈控制回路的線路長(zhǎng)度，減小回路電阻及電阻分壓，保證030JA 接觸器線圈得電時(shí)電壓足夠進(jìn)行吸合（圖9）。

圖9 修改后030JA 接觸器控制原理

修改后對(duì)030JA 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)030JA 吸合正常，測(cè)量吸合時(shí)030JA 兩端的電壓為47.84 V。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)完成3DVC055VD 冷水調(diào)節(jié)閥卡澀問(wèn)題處理、溫度控制部分擋位選擇錯(cuò)誤問(wèn)題糾正及030JA 接觸器控制回路改造后，就地控制箱可按照預(yù)先設(shè)定好的溫度給定值實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)的功能，同時(shí)對(duì)其余DVC 控制箱進(jìn)行檢查并完成處理。從調(diào)試至今，再未發(fā)生3DVC030AR 故障報(bào)警，保證了主控室通風(fēng)系統(tǒng)的可用性，為核電廠的核安全提供了有力的保障。