核電廠強(qiáng)損儀控設(shè)備可靠性提升技術(shù)研究與實(shí)踐

0 引言

商用核電廠一方面受國家核安全監(jiān)管，核安全的重要性不言而喻，另一方面核電廠本身也是以營利為目的，為此需要安全性、經(jīng)濟(jì)性兩手齊抓共管。因自2014年某核電集團(tuán)新商運(yùn)機(jī)組投產(chǎn)增多、舊機(jī)組不同問題導(dǎo)致停機(jī)停堆的事件，造成發(fā)電強(qiáng)迫損失比重逐漸提高，較國際WANO（世界核電運(yùn)營者協(xié)會）指標(biāo)相比，強(qiáng)損指標(biāo)明顯抬頭。本文在此深入調(diào)研某核電集團(tuán)各核電廠2014至2020年各項(xiàng)強(qiáng)損事件，挖掘儀控強(qiáng)損事件根本原因，根據(jù)強(qiáng)損事件中儀控設(shè)備發(fā)電損失進(jìn)行強(qiáng)損排序，探索提高核電廠強(qiáng)損相關(guān)儀控設(shè)備可靠性的方法，進(jìn)行造成強(qiáng)迫發(fā)電損失的儀控設(shè)備可靠性提升研究，對提高儀控設(shè)備可靠性、提高電廠系統(tǒng)設(shè)備可靠性有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 概述

隨著近年來電網(wǎng)上網(wǎng)競爭明顯，集團(tuán)越發(fā)重視發(fā)電相關(guān)指標(biāo)。在國際上，WANO指標(biāo)是核電行業(yè)普遍采用的、統(tǒng)一的、可衡量核電機(jī)組運(yùn)行業(yè)績的指標(biāo)，通過統(tǒng)一的WANO指標(biāo)，可以對標(biāo)核電同行的業(yè)績水平，找出薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)定管理目標(biāo)，調(diào)整資源，提高核電廠業(yè)績。

發(fā)電強(qiáng)迫損失率（以下簡稱強(qiáng)損）是WANO的九大指標(biāo)之一。該指標(biāo)用于反映電廠運(yùn)行期間（不包括計(jì)劃停機(jī)）由于設(shè)備故障、人因等所造成的停機(jī)或降功率導(dǎo)致的非計(jì)劃強(qiáng)損發(fā)電損失（以下簡稱發(fā)電量損失）。該指標(biāo)深刻反映了核電廠在保證安全發(fā)電方面的能力和相關(guān)工作的有效性，也是核電廠經(jīng)常進(jìn)行業(yè)績對標(biāo)的指標(biāo)之一。

國外設(shè)備管理行業(yè)起步較早，在《以可靠性為中心的維修》一書中重點(diǎn)闡述了設(shè)備管理在國防方面的應(yīng)用、莫布雷在《以可靠性為中心的維修II》一書中重點(diǎn)闡述了可靠性在維修方面的流程和管理應(yīng)用、美國電力科學(xué)院蓋特納也對以可靠性為中心的維修在電力系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了分析；同時(shí)在核電廠設(shè)備管理方面，歐美等發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了大量的工作，已經(jīng)建立了完整的設(shè)備管理體系，施耐德M G、史密斯A M等人在核電廠進(jìn)行了以可靠性為中心的維修的應(yīng)用，同時(shí)Dozier I J在ASME/JSME國際核工程會議進(jìn)行了預(yù)防性維護(hù)中維修模板等研究討論。國際原子能機(jī)構(gòu)也根據(jù)各國長期的核電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出了核電站設(shè)備管理維護(hù)導(dǎo)則。

國內(nèi)外對于核電廠設(shè)備可靠性管理、強(qiáng)損整體指標(biāo)等研究對標(biāo)和研究較多，但都沒有從對造成發(fā)電強(qiáng)迫損失的儀控系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和老化管理方向進(jìn)行研究；國內(nèi)沒有針對強(qiáng)損儀控設(shè)備可靠性提升進(jìn)行研究，本課題尚屬國內(nèi)領(lǐng)域首次關(guān)注強(qiáng)損儀控設(shè)備。本文擬從某核電集團(tuán)內(nèi)核電廠實(shí)際發(fā)生的各項(xiàng)儀控強(qiáng)損事件分析入手，調(diào)研儀控強(qiáng)損可靠性提升的關(guān)鍵技術(shù)和管理方法，以期填補(bǔ)相關(guān)領(lǐng)域的空白，真正實(shí)際提高核電廠儀控強(qiáng)損指標(biāo)。

某集團(tuán)統(tǒng)計(jì)表明2013~2017年，強(qiáng)迫損失率波動很大。其中2014年和2017年強(qiáng)損指標(biāo)分別為3.96%和0.95%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于WANO中間值0.49%和0.47%。而且2016~2017年強(qiáng)損指標(biāo)趨勢變差。

在此背景下，開展降低強(qiáng)損指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)研究，制定強(qiáng)損整體管理策略，有效改善群廠強(qiáng)損指標(biāo)。

核電廠儀控系統(tǒng)設(shè)備有幾個(gè)明顯特點(diǎn)：

分布廣：設(shè)備小而多；電子元器件類型多；CCM設(shè)備多；種類多-模擬量/開關(guān)量/專用系統(tǒng)、PLC、DCS；DCS平臺多（西門子、AREVA、三菱電機(jī)、廣利核、和利時(shí)、Alstom等）；

風(fēng)險(xiǎn)高：重大設(shè)備關(guān)聯(lián)（8+1靠儀控監(jiān)視、控制、保護(hù)）；核安全關(guān)聯(lián)（與機(jī)組工藝、安全運(yùn)行關(guān)聯(lián)）；與運(yùn)行業(yè)績關(guān)聯(lián)（停堆、停機(jī)、強(qiáng)損）；

壽命更新快：設(shè)備壽命、技術(shù)壽命、經(jīng)驗(yàn)壽命短；技術(shù)更新快、設(shè)備老化和淘汰快；

維護(hù)難：部分設(shè)備為黑匣子；電子元器件多，設(shè)備原理不同；

這些都給儀控設(shè)備預(yù)防性維修、儀控可靠性和老化工作在管理和執(zhí)行上帶來了極大的困難。

本文主要開展如下工作：根據(jù)儀控強(qiáng)損事件、設(shè)備類分類統(tǒng)計(jì)梳理結(jié)果，制定強(qiáng)損整體管理策略及識別影響強(qiáng)損指標(biāo)的設(shè)備，并對這些設(shè)備按照強(qiáng)損的大小進(jìn)行排序，開展強(qiáng)損設(shè)備重要度分析；同時(shí)根據(jù)強(qiáng)損事件歸納、整理形成強(qiáng)損儀控設(shè)備可靠性提升整體策略、在運(yùn)維階段和工程階段兩個(gè)環(huán)節(jié)雙管齊下共同做好儀控強(qiáng)損設(shè)備可靠性提升工作。（圖1）

圖1 強(qiáng)損儀控可靠性提升技術(shù)路線

2 儀控強(qiáng)損數(shù)據(jù)梳理分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014~2020.6群廠商運(yùn)機(jī)組中，由設(shè)備、人因等導(dǎo)致發(fā)電量損失共計(jì)416項(xiàng)，對附件的強(qiáng)損事件逐項(xiàng)分析，排除機(jī)械、冷源、電氣、人因、設(shè)計(jì)等方面的問題，歸納整理每項(xiàng)事件故障根本原因，排除設(shè)備檢查無異常事件，篩查儀控系統(tǒng)、設(shè)備相關(guān)事件共計(jì)108項(xiàng)，約占?xì)v年總發(fā)電損失的4.3%，涉及KRG SIP電源（反應(yīng)堆過程控制保護(hù)系統(tǒng)）、RAM（控制棒驅(qū)動系統(tǒng)）、G3E（汽輪機(jī)監(jiān)視、調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)系統(tǒng)）、DCS平臺/網(wǎng)絡(luò)（西門子T2000、T3000平臺等）、RPN（核儀表系統(tǒng)）、二回路如GSS（汽水分離再熱系統(tǒng)）、AHP（高加系統(tǒng)）、ABP（低加系統(tǒng)）等；從設(shè)備類分析梳理，儀控設(shè)備強(qiáng)損涉及儀控電源（電容）、電磁閥、氣動閥附屬設(shè)備（定位器、減壓閥）、繼電器、開關(guān)量儀表、模擬量儀表、通訊網(wǎng)絡(luò)相關(guān)（網(wǎng)關(guān)光電轉(zhuǎn)換器）等。

隨著群廠商運(yùn)機(jī)組的增加，集團(tuán)儀控相關(guān)強(qiáng)迫損失發(fā)電事件、發(fā)電損失均有明顯的上升，并在2019年發(fā)電損失統(tǒng)計(jì)值達(dá)到頂峰。根據(jù)梳理結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2014~2020年儀控強(qiáng)損事件中，近些年除常規(guī)儀控設(shè)備損壞導(dǎo)致強(qiáng)損事件外，還有其他類型，如備件更換后短時(shí)間內(nèi)故障的備件可靠性指標(biāo)管理問題、某電廠隱蔽的電氣設(shè)計(jì)通路疊加CC（開關(guān)）問題導(dǎo)致強(qiáng)損跳機(jī)，也暴露了設(shè)計(jì)、隱蔽性、雙重等類型故障，增加了群廠儀控強(qiáng)損可靠性管理的難度，也是需要進(jìn)一步探索和提升。

3 儀控強(qiáng)損可靠性提升策略

電廠商運(yùn)階段儀控設(shè)備可靠性提升工作，究其本質(zhì)是對設(shè)備從設(shè)計(jì)到運(yùn)維退役的全流程環(huán)節(jié)提升。是從工程設(shè)計(jì)、工程備件采購、廠家產(chǎn)品生產(chǎn)、工程安裝、工程調(diào)試、設(shè)備上線使用或者備件驗(yàn)收入庫、備件上線使用等幾個(gè)環(huán)節(jié)的管理提升。是傳統(tǒng)設(shè)備管理工作的設(shè)備領(lǐng)域向更上游的工程階段的拓展。

3.1 核電設(shè)備管理領(lǐng)域工作現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的核電廠設(shè)備管理領(lǐng)域僅覆蓋電廠設(shè)備到貨安裝調(diào)試后的商運(yùn)環(huán)節(jié)的設(shè)備可靠性管理。對于已經(jīng)擁有豐富運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的群廠來說，更進(jìn)一步向設(shè)計(jì)、備件管理方向深入是十分必要的。（圖2）

圖2 核電廠設(shè)備可靠性管理體系（AP-913）示意

3.2 核電設(shè)備可靠性管理

核電廠可靠性設(shè)備主要分為兩部分，固有可靠性和運(yùn)維可靠性：固有可靠性主要由設(shè)備備件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、采購、安裝調(diào)試的工程階段相關(guān)工作來進(jìn)行約束和控制；運(yùn)維可靠性主要由維修工藝、維修內(nèi)容綜合決定，常規(guī)設(shè)備的運(yùn)維可靠性主要以PM（預(yù)防性維修）、CM（糾正性維修）、PdM（預(yù)測性維修）在AP-913（核電設(shè)備可靠性管理體系）的指導(dǎo)下開展設(shè)備管理相關(guān)工作，以確保設(shè)備可靠性。（圖3）

圖3 儀控可靠性管理方案

其中，工程階段的固有可靠性主要以消除潛在通路、消除假冗余、消除重要信號共用同一卡件等來保證系統(tǒng)設(shè)備可靠性；在采購階段，主要以制定備件可靠性壽命相關(guān)參數(shù)表中、納入備件采購技術(shù)規(guī)范終稿，作為可靠性的基礎(chǔ)輸入，保證追責(zé)權(quán)利；同時(shí)可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反饋選擇長壽命高可靠性產(chǎn)品作為可靠性管理的一部分；在安裝調(diào)試階段，通常從控制施工質(zhì)量、施工風(fēng)險(xiǎn)控制、施工端接異物控制、調(diào)試巡檢控制和調(diào)試環(huán)境控制等幾方面對固有可靠性進(jìn)行保證；工程階段對設(shè)備備件的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試是決定商運(yùn)后設(shè)備可靠性的基礎(chǔ)；商運(yùn)后運(yùn)維階段，備件固有可靠性基本無法提高，只能通過運(yùn)維手段來維持其功能，在運(yùn)維階段想要徹底提高設(shè)備可靠性只能通過改造、換型等方式。

根據(jù)對系統(tǒng)設(shè)備可靠性極高要求的國家航天企業(yè)的調(diào)研：在航天企業(yè)中，首先對整體如運(yùn)載火箭進(jìn)行可靠性建模，自頂向下分配可靠性指標(biāo)，在底層某一儀控設(shè)備，通過可靠性建模向下分配可靠性指標(biāo)，確定儀控系統(tǒng)設(shè)備的可靠性指標(biāo)要求，再由儀控設(shè)備備件向下拆分，如拆分至分立元件，可規(guī)定分立元器件的可靠性壽命指標(biāo)，從而滿足頂層事件的可靠性指標(biāo)。同時(shí)由于元件或備件用量不及核電廠，自產(chǎn)品備件篩選，如分立元器件均進(jìn)行充分檢查試驗(yàn)，篩選后再進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的組裝工作。在相關(guān)備件的采購環(huán)節(jié)，對備件的可靠性、壽命等參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定要求，一方面對廠家的工藝提出了更高的要求、另一方面也保留了追責(zé)的權(quán)利，這使得備件可靠性得到極大保證。

航天企業(yè)在備件存儲環(huán)節(jié)，管控措施同樣嚴(yán)格：用戶企業(yè)結(jié)合廠家建議與實(shí)際采購使用需求對產(chǎn)品貯存數(shù)量、貯存條件進(jìn)行約束來保證備件產(chǎn)品在貯存過程中的可靠性。

同時(shí)在設(shè)計(jì)之初，航天企業(yè)對相關(guān)控制電流信號回路進(jìn)行建模，分析各種工況下可能存在的潛在通路回路，可有效針對解決如燈試開關(guān)故障跳機(jī)事件中燈試回路與跳機(jī)回路異常導(dǎo)通導(dǎo)致跳機(jī)的問題；當(dāng)然，這個(gè)潛在通路分析方法工具也可應(yīng)用于商運(yùn)機(jī)組系統(tǒng)設(shè)備中，作為設(shè)計(jì)問題的反查的手段；同時(shí)可作為故障排查的工具：排查時(shí)模擬相關(guān)設(shè)備的故障，復(fù)現(xiàn)是否與現(xiàn)場故障狀態(tài)一致。

儀控系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)維可靠性主要以PM、CM、PdM作為AP-913設(shè)備可靠性管理體系的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行管理，儀控設(shè)備可靠性管理的特殊性在于，由于儀控系統(tǒng)設(shè)備自身存在的特點(diǎn)，需要靈活結(jié)合儀控可靠性和老化專項(xiàng)管理。

核電廠儀控系統(tǒng)設(shè)備為什么需要結(jié)合可靠性和老化專項(xiàng)管理呢？核電站的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)或設(shè)備由于一個(gè)或幾個(gè)老化機(jī)理的綜合影響，隨著工作時(shí)間和使用周期的延長，其物理特性會產(chǎn)生一定的變化，這種變化過程就稱為設(shè)備的老化。由于老化的影響，核電設(shè)備中幾乎所有使用的材料都會經(jīng)歷不同程度的劣化過程，而材料的劣化最終將導(dǎo)致核電站設(shè)備功能的降級甚至失效，嚴(yán)重影響核電站壽命周期并危及核安全。如果不設(shè)法延緩設(shè)備的老化過程，這些設(shè)備的安全裕度將較快地降低并達(dá)到要求的最低限值，縮短設(shè)備的壽命。

基于群廠常規(guī)設(shè)備可靠性管理水平和范圍，本文的群廠強(qiáng)損儀控設(shè)備可靠性提升技術(shù)研究的方向在于控制產(chǎn)品備件質(zhì)量提高備件固有可靠性、同時(shí)力圖解決消除設(shè)計(jì)缺陷提高系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行可靠性、結(jié)合多種先進(jìn)監(jiān)測檢測手段進(jìn)行可靠性和老化管理多管齊下來降低儀控強(qiáng)損指標(biāo)，同時(shí)可靠性提升策略也為某電廠后續(xù)可靠性提升策略和應(yīng)用方案提供基礎(chǔ)。

4 某電廠儀控可靠性提升實(shí)踐

4.1 引言

根據(jù)前述對強(qiáng)損儀控設(shè)備重要度分析，導(dǎo)致該電廠儀控強(qiáng)損比重較大的幾點(diǎn)是：存在設(shè)計(jì)階段的潛在儀控電氣設(shè)計(jì)通路，同時(shí)在運(yùn)維階段對電容的可靠性和老化管理存在薄弱環(huán)節(jié)、備件可靠性未明確導(dǎo)致強(qiáng)損事件發(fā)生時(shí)無法做到清晰的責(zé)任劃分。綜合考慮，為其指定可落實(shí)的強(qiáng)損儀控可靠性提升方案如下。

核電廠現(xiàn)有備件質(zhì)量控制在幾個(gè)方面：設(shè)備采購、設(shè)備監(jiān)造、設(shè)備安裝調(diào)試、設(shè)備上線后的運(yùn)維等幾個(gè)環(huán)節(jié)。其中，設(shè)備采購作為設(shè)備備件可靠性保證最重要的第一環(huán)，但始終沒有對設(shè)備備件可靠性要求形成體系。從我國最早的商用核電站起步，多數(shù)設(shè)備備件都由國外廠家供貨，后續(xù)機(jī)組的國產(chǎn)化水平才有所提高，但部分備件還是依賴進(jìn)口產(chǎn)品，“卡脖子”現(xiàn)象仍然存在：對于這些備件產(chǎn)品，由于進(jìn)口產(chǎn)品廠家話語權(quán)較強(qiáng)，多數(shù)設(shè)備只能定點(diǎn)采購，這些產(chǎn)品上線使用過程中出現(xiàn)的問題也基本是返廠檢查，核電企業(yè)無法做到故障定位及技能提升，一切以國外廠家說法為準(zhǔn)；同時(shí)部分設(shè)備的可靠性較低，但仍需依靠國外進(jìn)口，未在產(chǎn)品采購技術(shù)規(guī)格書中將可靠性指標(biāo)寫明落實(shí)進(jìn)合同中，電廠出現(xiàn)發(fā)電強(qiáng)迫損失也只能自行承擔(dān)責(zé)任。

設(shè)備備件國產(chǎn)化浪潮已經(jīng)來臨，部分設(shè)備存在國產(chǎn)化替代的可能，如何保證國產(chǎn)產(chǎn)品備件可靠性標(biāo)準(zhǔn)不降低，上線使用后仍能穩(wěn)定運(yùn)行、性能可靠成為業(yè)內(nèi)普遍擔(dān)憂的問題之一。而在設(shè)備采購之初，首先需要將目前現(xiàn)階段已使用設(shè)備的可靠性指標(biāo)進(jìn)行確定，在國產(chǎn)替代產(chǎn)品采購時(shí)，也有相關(guān)指標(biāo)要求的依據(jù)。但是如何明確設(shè)備備件固有可靠性指標(biāo)，核電廠作為大型工業(yè)產(chǎn)品用戶，常規(guī)設(shè)備監(jiān)督監(jiān)造，不能像航天行業(yè)企業(yè)做到逐個(gè)元器件篩選、烤機(jī)，通過嚴(yán)格控制元器件品質(zhì)、工藝等來保證可靠性。但作為用戶企業(yè)，可在設(shè)備采購中對產(chǎn)品備件對其可靠性進(jìn)行約束和要求。

4.2 備件可靠性和壽命指標(biāo)概念

4.2.1 工作壽命要求

設(shè)備和備件安裝調(diào)試合格后上線工作。在規(guī)定使用和維護(hù)的條件下，滿足規(guī)定功能和性能要求的連續(xù)在線工作時(shí)間不少于xx年（xx小時(shí)）。

4.2.2 工作可靠性要求

壽命期內(nèi)，備件發(fā)生可維修故障的頻率：平均每xx年發(fā)生可維修故障數(shù)不大于1次，發(fā)生不可維修故障視為壽命終結(jié)。

4.2.3 維修更換時(shí)間要求

單次故障維修/更換時(shí)間不大于xx小時(shí)。

4.2.4 貯存壽命期要求

設(shè)備和備件在規(guī)定條件下的無故障貯存期不少于xx年。貯存期后，設(shè)備和備件應(yīng)能夠保證實(shí)現(xiàn)工作壽命、工作可靠性要求、維修更換時(shí)間的要求。

4.2.5 可靠性與壽命指標(biāo)的基本原則

確定備件可靠性壽命指標(biāo)首先需要確定基本原則：

適用性：指標(biāo)必須滿足當(dāng)前電廠運(yùn)行和維修大綱的規(guī)定要求，具備一定的指標(biāo)先進(jìn)性，具備剔除指標(biāo)過低的不合格備件的能力，并盡可能為大綱優(yōu)化保留余量；

可實(shí)現(xiàn)性：指標(biāo)應(yīng)在當(dāng)前供應(yīng)商技術(shù)能力可實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)，避免因指標(biāo)過高而導(dǎo)致無法采購到相應(yīng)合格備件的情況。

4.3 備件可靠性與壽命指標(biāo)的獲取

①從公開的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)規(guī)則獲得。

②從乙方設(shè)備手冊中獲得。

③從電廠同類備件應(yīng)用的數(shù)據(jù)中統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析獲得，相關(guān)的模型如下：

1）Weibull分布可靠性評估方法模型；

2）采用壽命正態(tài)分布模型；

3）指數(shù)分布可靠性評估方法模型；

④依據(jù)電廠前期運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和需求推斷。

通過上述四個(gè)途徑獲得的壽命與可靠性指標(biāo)，還需要根據(jù)電廠實(shí)際情況進(jìn)一步權(quán)衡優(yōu)化，綜合考察適用性、可實(shí)現(xiàn)性，最終確定列入備件采購規(guī)范的具體指標(biāo)。

4.4 備件可靠性與壽命指標(biāo)確定基本方法和權(quán)衡方法

基于適用性、可實(shí)現(xiàn)性原則，對上述指標(biāo)進(jìn)行綜合權(quán)衡分析并最終按以下原則確定指標(biāo)：

①優(yōu)先選擇廠家數(shù)據(jù)確定指標(biāo)，廠家數(shù)據(jù)低于公開標(biāo)準(zhǔn)或維修需求時(shí)，可以考慮更換廠家，以新廠家獲得的數(shù)據(jù)作為采購規(guī)范指標(biāo)。

②沒有確定供貨廠家的情況下，依次按照公開標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)、維修需求、工程經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)先級順序采用相應(yīng)數(shù)據(jù)作為采購規(guī)范指標(biāo)。

4.5 開關(guān)電源&電容可靠性和老化管理

電源是大多數(shù)電子系統(tǒng)中的主要壽命限制部件，儀控用電源主要是線性電源和開關(guān)電源。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，某電廠由于電源模塊導(dǎo)致強(qiáng)損事件發(fā)生在SIP線性電源及GRE閥門線性電源設(shè)備上，由于SIP線性電源電廠已開發(fā)檢測裝置檢測其性能并做了大量工作，在此就不做過多研究。

但在該電廠GRE/GSE整體換型改造后，機(jī)柜整體供電使用菲尼克斯QUINT-PS/1AC/24DC/40，220VAC轉(zhuǎn)24VDC開關(guān)電源模塊；同時(shí)，后續(xù)DCS相關(guān)改造后，也將使用高性能開關(guān)電源。本次某電廠電源&電容可靠性提升方案擬填補(bǔ)開關(guān)電源檢測的空白。

目前，開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率高、體積小，因而被廣泛地應(yīng)用于電子系統(tǒng)中，電源的故障會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。開關(guān)電源模塊需要經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)輸出直流電壓。

開關(guān)電源的主要元器件有電解電容、光電耦合器、印制電路板、半導(dǎo)體器件、開關(guān)變壓器、電位器、熔斷器等。電源在使用過程中，極易出現(xiàn)老化降級，尤其是電解電容最容易發(fā)生故障。老化降級后的電源在使用過程中容易失效，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。當(dāng)電解電容的容量極大地減小、等效串聯(lián)電阻增大時(shí)，會出現(xiàn)開關(guān)電源輸出不穩(wěn)定，輸出紋波過高等現(xiàn)象，電解電容是開關(guān)電源的薄弱環(huán)節(jié)，對開關(guān)電源的壽命影響極大，電容經(jīng)常是開關(guān)電源故障的原因，因此，檢測開關(guān)電源拓?fù)渲须娊怆娙莸膮?shù)直接關(guān)系到該電源故障和使用壽命。

4.6 消除儀控隱蔽設(shè)計(jì)缺陷潛在通路

設(shè)計(jì)缺陷一般較為隱蔽，通過出廠前FT（指設(shè)備出廠前調(diào)試）現(xiàn)場工程調(diào)試、運(yùn)維階段的定期試驗(yàn)等常規(guī)手段很難發(fā)現(xiàn)，因在前述試驗(yàn)的執(zhí)行，均按一定程序或依靠調(diào)試試驗(yàn)人員經(jīng)驗(yàn)，如出現(xiàn)調(diào)試試驗(yàn)程序以外、人員經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知以外的隱患，不可避免地為后續(xù)商運(yùn)埋下了隱患。由于隱蔽性設(shè)計(jì)問題種類千差萬別，在此針對GSS006CC故障導(dǎo)致跳機(jī)事件，有針對性地提出能夠在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)和商運(yùn)階段反查發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題的方法和方案。

潛在電路是電儀系統(tǒng)中存在疊加工況下可能導(dǎo)致非預(yù)期電路接通的潛在通路。針對某電廠GSS006CC故障導(dǎo)致跳機(jī)實(shí)例，運(yùn)用潛通路分析方法，給出建模分析方案。

背景簡介：在某電廠降功率期間，汽輪機(jī)跳閘后，電站立即展開原因查找，第一時(shí)間收集現(xiàn)場信息，檢查確認(rèn)汽輪機(jī)兩列跳閘機(jī)構(gòu)均動作，但沒有表征跳閘原因的報(bào)警信號。從單一故障到疊加故障逐步查找，最終定位為GSS130/230BA液位試驗(yàn)開關(guān)GSS006CC接點(diǎn)故障，導(dǎo)致燈試回路與保護(hù)回路接通驗(yàn)箱上的燈試按鈕進(jìn)行操作時(shí)誤觸發(fā)保護(hù)信號導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。

汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)GSE在汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生任何預(yù)定的故障時(shí)，為汽輪機(jī)提供安全停機(jī)的手段，防止事故發(fā)生、擴(kuò)大和損壞設(shè)備，并將汽輪機(jī)跳閘信號送往反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)。汽輪機(jī)跳閘是通過切斷供向汽輪機(jī)蒸汽閥門操作裝置的動力油，同時(shí)排出操作裝置內(nèi)部的殘留油，使蒸汽閥門在彈簧作用下快速關(guān)閉。

根據(jù)電氣保護(hù)參數(shù)的不同來源，GSE系統(tǒng)電氣回路設(shè)置了17個(gè)跳閘通道，任一通道動作接通都會導(dǎo)致執(zhí)行跳閘繼電器GSE007XD勵(lì)磁動作，GSE007XD勵(lì)磁會導(dǎo)致下游的緊急脫扣電磁閥GSE001/002EA動作，引發(fā)汽輪機(jī)跳閘。

GSS006CC為3位試驗(yàn)開關(guān)，包括TA、TB、N三個(gè)位置，同類型CC開關(guān)還用于常規(guī)島水位計(jì)試驗(yàn)回路。GSS006CC為GSS230BA液位計(jì)試驗(yàn)選擇開關(guān)，其中GSS006CC包含三個(gè)選擇位TA（A列試驗(yàn)位）、N（正常位）、TB（B列試驗(yàn)位）。

正常運(yùn)行：選擇開關(guān)位于N位置，N位置接點(diǎn)閉合，TA、TB位置接點(diǎn)斷開。

試驗(yàn)狀態(tài)：選擇開關(guān)位于TA或者TB位置，N位置接點(diǎn)斷開，TA或者TB位置接點(diǎn)閉合。

TA試驗(yàn)位用于閉鎖GSS230BAA列液位計(jì)跳機(jī)保護(hù)，TB試驗(yàn)位用于閉鎖GSS230BAB列液位計(jì)跳機(jī)保護(hù)。本次GSS006CC故障N位置時(shí)TA試驗(yàn)位置接點(diǎn)異常閉合。

通過分析跟跳機(jī)有關(guān)的開關(guān)組合有5種，如表1所示。

表1 GSS跳機(jī)組合

通過分析，第5種情況在GSS006CC故障情況下按燈試開關(guān)保護(hù)回路誤動作，其他4種情況都正常。

通過對原理圖進(jìn)行動作時(shí)序分析，能分析出器件故障情況下的錯(cuò)誤通路，從而快速定位故障位置。當(dāng)出現(xiàn)故障模式庫之外的故障，通過仿真確定故障路徑上的故障器件來快速定位故障，故障確認(rèn)后錄入故障模式庫，從而不斷地完善故障模式庫。

5 結(jié)束語

本文針對某核電集團(tuán)下轄各核電廠發(fā)電強(qiáng)迫損失電量事件進(jìn)行分析，整理儀表控制相關(guān)事件進(jìn)行詳細(xì)分析歸納，針對具體問題進(jìn)行深入探究，形成了核電強(qiáng)損儀控設(shè)備可靠性提升的方法，用于核電廠強(qiáng)損相關(guān)儀控設(shè)備可靠性提升工作，具體研究成果如下：

①對于強(qiáng)損儀控設(shè)備數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備類歸納整理，得出了強(qiáng)損儀控設(shè)備重要度排序，針對強(qiáng)損儀控設(shè)備類問題進(jìn)行專項(xiàng)分析，形成了保證設(shè)備固有可靠性方法、消除設(shè)計(jì)階段潛在電氣通路方案及結(jié)合新技術(shù)的儀控可靠性和老化管理等幾個(gè)可推廣復(fù)制的強(qiáng)損儀控可靠性提升方案；

②工程階段明確設(shè)備固有可靠性指標(biāo)的備件采購技術(shù)規(guī)范編寫，是結(jié)合航天先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)與核電廠現(xiàn)狀進(jìn)行整合而成，是設(shè)備可靠性管理工作向工程階段的探索；

提高儀控可靠性消除設(shè)計(jì)階段潛在電氣通路方案，可面向設(shè)計(jì)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)隱患排查，同時(shí)也可以面向運(yùn)維階段的故障反查、改造，具有可操作性和可復(fù)制性；

③核電廠運(yùn)維階段儀控設(shè)備可靠性提升工作，離不開儀控可靠性和老化管理，結(jié)合新技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行性能檢測、診斷，不僅顯著降低核電廠設(shè)備備件更換的運(yùn)維成本，同時(shí)對設(shè)備有效的性能檢查可以做到設(shè)備狀態(tài)的“可知”、“可控”；

④對于某電廠具體的強(qiáng)損儀控設(shè)備問題，有針對性地提出了具體方案，包括結(jié)合新技術(shù)的電容可靠性和老化管理及潛在電路通路分析消除工作。