徐清華

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

預(yù)測(cè)性維修用于重水堆保護(hù)及功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)

徐清華

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

通過(guò)實(shí)例對(duì)CANDU-6型重水堆反應(yīng)堆保護(hù)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的漂移、內(nèi)漏、性能下降和潛在的問(wèn)題，預(yù)測(cè)設(shè)備的使用壽命，合理安排工期對(duì)其進(jìn)行更換。同時(shí)優(yōu)化現(xiàn)有的預(yù)防性維修工作，確保維修工作的有效性，優(yōu)化設(shè)備維修管理，提高系統(tǒng)和電站的可靠性。

預(yù)測(cè)性維修；重水堆；反應(yīng)堆；保護(hù)；調(diào)節(jié)系統(tǒng)

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.39

0 前言

秦山重水堆保護(hù)及功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)儀控設(shè)備數(shù)量眾多，種類(lèi)多，技術(shù)含量較高，目前儀控設(shè)備維修一般采用缺陷維修及以時(shí)間為周期的預(yù)防性維修等方式。缺陷維修是當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或失效時(shí)進(jìn)行的維修，主要用于對(duì)系統(tǒng)及機(jī)組影響較小的、可以在線維修的設(shè)備。以時(shí)間為周期的預(yù)防性維修，事先確定維修周期、維修內(nèi)容及備件材料等，定期進(jìn)行維護(hù)或更換，重水堆保護(hù)及功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)儀控設(shè)備絕大多數(shù)都采取這類(lèi)維修方式進(jìn)行。

由于各類(lèi)儀控設(shè)備的特點(diǎn)不同，有些設(shè)備的故障與運(yùn)行時(shí)間無(wú)直接關(guān)系，或個(gè)體差異導(dǎo)致提前出現(xiàn)故障，并不能簡(jiǎn)單通過(guò)對(duì)設(shè)備定期維修來(lái)避免設(shè)備失效。由于設(shè)備部件早期失效率較高，如果對(duì)設(shè)備進(jìn)行過(guò)度維修，就會(huì)將原本運(yùn)行在穩(wěn)定期的設(shè)備重新返回到早期失效狀態(tài)，反而增加了設(shè)備缺陷率。相反，利用定期檢查、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)對(duì)儀控設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷，了解儀控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)儀控設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，在設(shè)備性能降低到出現(xiàn)缺陷前有計(jì)劃地安排維修及更換，防止設(shè)備缺陷導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，或大大降低保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作及機(jī)組停堆的概率，實(shí)際上這類(lèi)維修方式稱(chēng)作預(yù)測(cè)性維修，是一種主動(dòng)性的預(yù)防維修。[1]

1 預(yù)測(cè)性維修在反應(yīng)堆保護(hù)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)上的應(yīng)用

1.1 應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)延時(shí)繼電器的預(yù)測(cè)性維修

在應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)中的邏輯回路中，應(yīng)用了100多個(gè)ETR4-70-A型延時(shí)繼電器。目前延時(shí)繼電器的預(yù)防性維修工作有在大修期間每2 a對(duì)延時(shí)繼電器進(jìn)行標(biāo)定，檢查延時(shí)時(shí)間及功能是否滿(mǎn)足要求，如果不滿(mǎn)足要求則進(jìn)行標(biāo)定。另外由于延時(shí)繼電器的使用壽命要求，每14 a對(duì)延時(shí)繼電器進(jìn)行整體更換。雖然延時(shí)繼電器有每2 a進(jìn)行的大修期間，進(jìn)行檢查并調(diào)整延時(shí)時(shí)間的預(yù)防性維修，但是在運(yùn)行期間的邏輯試驗(yàn)中還是多次出現(xiàn)了延時(shí)繼電器延時(shí)時(shí)間超標(biāo)的問(wèn)題。

由于在邏輯試驗(yàn)中電站計(jì)算機(jī)采集了邏輯繼電器的報(bào)警信息，及每個(gè)報(bào)警信息出現(xiàn)的時(shí)間，利用采集到的報(bào)警信息及報(bào)警時(shí)間可以計(jì)算延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間。因此可以利用每個(gè)月一次的邏輯試驗(yàn)中采集到延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行分析。如果采集到的延時(shí)時(shí)間連續(xù)漂移，到快接近允許的范圍時(shí)，對(duì)延時(shí)繼電器進(jìn)行標(biāo)定或直接更換新的延時(shí)繼電器。

主蒸汽安全閥邏輯中的延時(shí)繼電器的要求值為29.51 s到29.99 s之間，其誤差范圍小，要求高，如果延時(shí)繼電器略微有漂移就會(huì)造成延時(shí)時(shí)間超標(biāo)。在2016年1月到5月的監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間持續(xù)向偏高的方向漂移，延時(shí)時(shí)間從29.758 s變?yōu)?9.875 s，29.868 s，29.871 s，29.916 s，通過(guò)采集數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了延時(shí)繼電器的漂移，在漂移到允許范圍之外前對(duì)延時(shí)繼電器進(jìn)行了及時(shí)更換。

通過(guò)對(duì)延時(shí)繼電器的預(yù)測(cè)性維修，減少了應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)邏輯試驗(yàn)中的缺陷，減少應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)進(jìn)入TS限制的時(shí)間，提高了應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)的可靠性。

1.2 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)模擬指示表的預(yù)測(cè)性維修

在重水堆的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用了幾百個(gè)模擬指示表。模擬指示表在每2 a一次的大修期間進(jìn)行檢查和標(biāo)定，但是在運(yùn)行期間由于指示表的個(gè)體差異會(huì)出現(xiàn)指示表指示超出允許范圍的缺陷。

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的指示回路，一般分成兩路：一路送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，一路送到主控室的模擬指示表中。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的指示精度高，模擬指示表的精度低，可以定期對(duì)照這兩路的指示，判斷模擬指示表的漂移量。如果一個(gè)模擬指示表持續(xù)漂移，快接近允許的限值前，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)統(tǒng)計(jì)指示表在一個(gè)定期預(yù)防性維修的標(biāo)定周期內(nèi)漂移次數(shù)。如果多次漂移，則說(shuō)明指示表存在異常，需要更換新的指示表。

1.3 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的蓄壓罐的預(yù)測(cè)性維修

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的蓄壓罐用在一號(hào)停堆及二號(hào)停堆系統(tǒng)的蒸汽發(fā)生器給水壓力測(cè)量及試驗(yàn)回路中，蓄壓罐內(nèi)部有氣囊，氣囊內(nèi)充有3 MPa的氮?dú)?，在? a一次的大修期間進(jìn)行蓄壓罐壓力檢查及氮?dú)獬溲b。機(jī)組運(yùn)行期間，每個(gè)月要對(duì)蒸汽發(fā)生器給水壓力測(cè)量回路進(jìn)行試驗(yàn)，流程如圖1所示。

圖1 蒸汽發(fā)生器給水壓力試驗(yàn)流程

試驗(yàn)前蓄壓罐的氣囊被壓縮，氣囊內(nèi)的氣體壓力與水側(cè)的系統(tǒng)壓力相等，大概為4.8 MPa，試驗(yàn)時(shí)通過(guò)關(guān)閉工藝側(cè)氣動(dòng)閥，打開(kāi)試驗(yàn)氣動(dòng)閥，蓄壓罐中水側(cè)的水通過(guò)過(guò)濾器及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥逐漸疏掉，蓄壓罐中的氣囊逐漸膨脹，水側(cè)的壓力從4.8 MPa逐漸下降，下降到3 MPa左右后，由于蓄壓罐的氣囊膨脹被限制，水側(cè)的壓力迅速下降到0 MPa，典型的壓力下降圖如圖2所示。試驗(yàn)期間，水側(cè)壓力下降到3.9 MPa左右時(shí)，蒸汽發(fā)生器給水壓力參數(shù)會(huì)動(dòng)作，同時(shí)運(yùn)行人員要讀取參數(shù)動(dòng)作時(shí)的壓力值。由于氣囊的氣體泄漏，導(dǎo)致壓力下降過(guò)快，致使運(yùn)行人員無(wú)法讀取壓力值。

從試驗(yàn)時(shí)壓力的下降曲線可以看出，當(dāng)壓力下降到3 MPa左右后，壓力下降迅速，這是因?yàn)樾顗汗薜臍饽遗蛎洷恍顗汗尴拗?，無(wú)法再膨脹，此時(shí)水側(cè)只要再排掉一點(diǎn)水壓力就會(huì)迅速下降，從壓力曲線的下降轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可以判斷出蓄壓罐中還有多少壓力的氣。由于每個(gè)月都要做一次試驗(yàn)，因此可以繪制每個(gè)月監(jiān)測(cè)壓力下降的曲線，了解蓄壓罐內(nèi)氣囊內(nèi)的壓力大小和是否漏氣，如果氣囊內(nèi)的壓力過(guò)小，則可及時(shí)對(duì)氣囊進(jìn)行充氣。連續(xù)多年的監(jiān)測(cè)還可以發(fā)現(xiàn)蓄壓罐性能是否下降，如果其性能下降則應(yīng)適時(shí)更換。

圖2 試驗(yàn)時(shí)變送器的壓力下降波形

1.4 鉑探測(cè)器的預(yù)測(cè)性維修

CANDU6型重水堆的保護(hù)系統(tǒng)及反應(yīng)堆控制系統(tǒng)中應(yīng)用了大量的鉑探測(cè)器，其中一號(hào)停堆系統(tǒng)有34個(gè)鉑探測(cè)器，二號(hào)停堆系統(tǒng)有24個(gè)鉑探測(cè)器，反應(yīng)堆調(diào)節(jié)系統(tǒng)有28個(gè)鉑探測(cè)器，因此保證這些探測(cè)器的可靠運(yùn)行是非常重要的事情。鉑探測(cè)器安裝在探測(cè)器組件中，組件中充有氦氣（保護(hù)處于堆芯的探測(cè)器及其連接件不會(huì)被腐蝕），每2 a對(duì)探測(cè)器組件內(nèi)的氦氣壓力進(jìn)行檢查：另外，還需要定期檢查鉑探測(cè)器的阻抗，從這些數(shù)據(jù)中可以分析出鉑探測(cè)器阻抗的下降趨勢(shì)。典型的鉑探測(cè)器阻抗下降曲線見(jiàn)圖3。從圖3中可以看出，鉑探測(cè)器的阻抗在初期下降很快，從129 MΩ下降到10 MΩ大約用了5 a時(shí)間，之后阻抗的下降速度變慢，大約5 a之后下降到3.5 MΩ左右。這樣可以預(yù)測(cè)出鉑探測(cè)器阻抗下降至1 MΩ需要的時(shí)間。如果探測(cè)器的阻抗＜1 MΩ，則應(yīng)在下一次大修期間進(jìn)行更換。定期收集鉑探測(cè)器的阻抗值，可以預(yù)測(cè)鉑探測(cè)器更換時(shí)間，提早做好準(zhǔn)備。

圖3 典型的鉑探測(cè)器下降曲線

1.5 電離室的預(yù)測(cè)性維修

CANDU6型重水堆中共有9個(gè)電離室，并且都用在保護(hù)系統(tǒng)及反應(yīng)堆控制系統(tǒng)，一號(hào)停堆系統(tǒng)有3個(gè)電離室，二號(hào)停堆系統(tǒng)有3個(gè)電離室，反應(yīng)堆調(diào)節(jié)系統(tǒng)有3個(gè)電離室。這9個(gè)電離室的可靠運(yùn)行，可以保證重水堆的正常運(yùn)行。根據(jù)維修手冊(cè)，這些電離室的設(shè)計(jì)壽命是40 a，能滿(mǎn)足電站的壽期要求，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，由于個(gè)體差異，或運(yùn)輸、安裝等原因，會(huì)損傷電離室，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的40 a使用壽命，因此需要收集電離室的運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)電離室性能下降、發(fā)生故障的時(shí)間，在電離室無(wú)法使用前選擇合適的窗口進(jìn)行更換。

目前主要收集電離室的阻抗、容抗數(shù)據(jù)和電離室的坪特性數(shù)據(jù)，以及電離室對(duì)功率變化的響應(yīng)等數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分析。如果數(shù)據(jù)超出允許的范圍，則評(píng)估電離室可否再使用一個(gè)大修周期，否則應(yīng)在合適的窗口更換。

1.6 液體區(qū)域控制系統(tǒng)閥門(mén)的預(yù)測(cè)性維修

液體區(qū)域控制系統(tǒng)是重水堆的反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)之一，其作用是通過(guò)改變14個(gè)區(qū)域控制隔艙內(nèi)的輕水液位來(lái)改變反應(yīng)性，從而改變反應(yīng)堆的總功率和區(qū)域功率。液體區(qū)域控制系統(tǒng)的液位控制閥用于控制14個(gè)區(qū)域的液位。

液體區(qū)域控制系統(tǒng)液位控制閥采用直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)和截止閥配套組成。閥門(mén)配備電—?dú)廪D(zhuǎn)換器、氣動(dòng)閥門(mén)定位器和流量放大器3項(xiàng)氣動(dòng)控制設(shè)備。閥門(mén)設(shè)計(jì)工作行程10 mm，閥門(mén)控制信號(hào)來(lái)自于電站計(jì)算機(jī)的模擬量輸出信號(hào)。電站計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算通過(guò)模擬量輸出卡件輸出到閥門(mén)的電—?dú)廪D(zhuǎn)換器，電—?dú)廪D(zhuǎn)換器將4 m～20 mA型號(hào)轉(zhuǎn)換為20 k～100 kPa的壓力信號(hào)輸出到氣動(dòng)閥門(mén)定位器作為控制信號(hào)，閥門(mén)的氣動(dòng)閥門(mén)定位器通過(guò)調(diào)節(jié)改變到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出壓力來(lái)改變閥門(mén)開(kāi)度。為了提高閥門(mén)的響應(yīng)速度，在閥門(mén)定位器輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的回路中加裝流量放大器。

運(yùn)行期間，如果液位控制閥發(fā)生閥門(mén)關(guān)閉故障，則控制區(qū)域的液位則會(huì)變?yōu)?，區(qū)域功率上升，但區(qū)域功率過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致降功率；如果發(fā)生閥門(mén)全開(kāi)故障，則會(huì)導(dǎo)致區(qū)域溢滿(mǎn)，進(jìn)而使液體區(qū)域控制系統(tǒng)的氣回路進(jìn)水，導(dǎo)致整個(gè)液體區(qū)域控制系統(tǒng)失效，甚至導(dǎo)致停堆。因此利用自動(dòng)閥門(mén)診斷裝置可對(duì)14個(gè)控制閥進(jìn)行診斷，收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，判斷閥門(mén)的性能。用AOV診斷裝置診斷的典型的閥門(mén)整體動(dòng)作性能測(cè)試曲線見(jiàn)圖4。

圖4 閥門(mén)整體動(dòng)作性能測(cè)試曲線

由以上測(cè)試曲線可以看出，閥門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中動(dòng)作平穩(wěn)，未出現(xiàn)明顯卡滯現(xiàn)象，測(cè)試平均摩擦力合格。閥門(mén)實(shí)測(cè)行程距離合格。閥門(mén)關(guān)閉時(shí)閥瓣落座，密封力滿(mǎn)足密封要求。如果診斷時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)對(duì)閥門(mén)的儀控部件及機(jī)械部件進(jìn)行進(jìn)一步的檢查，甚至解體閥門(mén)進(jìn)行檢查。

1.7 保護(hù)系統(tǒng)主系統(tǒng)壓力試驗(yàn)氣動(dòng)閥內(nèi)漏的預(yù)測(cè)性維修

保護(hù)系統(tǒng)主系統(tǒng)壓力參數(shù)試驗(yàn)回路中應(yīng)用了氣動(dòng)閥，如果這些氣動(dòng)閥存在內(nèi)漏，可能會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)無(wú)法執(zhí)行，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致測(cè)量參數(shù)波動(dòng)、通道脫扣，甚至導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作。對(duì)氣動(dòng)閥的試驗(yàn)曲線進(jìn)行及時(shí)分析，分析氣動(dòng)閥是否內(nèi)漏，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行有重要意義。

保護(hù)系統(tǒng)主系統(tǒng)壓力試驗(yàn)流程如圖5所示。正常時(shí)，工藝側(cè)氣動(dòng)閥打開(kāi)，試驗(yàn)側(cè)氣動(dòng)閥關(guān)閉。試驗(yàn)時(shí)，首先關(guān)閉工藝側(cè)氣動(dòng)閥，打開(kāi)試驗(yàn)側(cè)氣動(dòng)閥，在試驗(yàn)側(cè)提供試驗(yàn)壓力，試驗(yàn)壓力變化，變送器的壓力也隨著變化。試驗(yàn)完成后，關(guān)閉試驗(yàn)側(cè)氣動(dòng)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)試驗(yàn)壓力，變送器的壓力應(yīng)該保持不變，如果變送器的壓力還是隨著試驗(yàn)壓力的變化而變化，則說(shuō)明試驗(yàn)側(cè)的氣動(dòng)閥有內(nèi)漏。如果變送器的壓力變得跟系統(tǒng)壓力一致，則工藝側(cè)氣動(dòng)閥可能存在內(nèi)漏。典型的變送器輸出壓力曲線如圖6所示。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)曲線的分析，能夠分析氣動(dòng)閥是否有漏，并能分析出泄漏的大小，如果泄漏超過(guò)允許的范圍，則在合適的窗口更換氣動(dòng)閥。

圖5 主系統(tǒng)壓力試驗(yàn)流程

圖6 試驗(yàn)時(shí)的變送器輸出壓力曲線

2 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)或預(yù)防性維修工作采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理、及時(shí)的分析，不僅可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的漂移、內(nèi)漏、性能下降和潛在的缺陷，利用合適的窗口對(duì)問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)解決，還可以找出設(shè)備的合理使用時(shí)間，預(yù)測(cè)設(shè)備的使用壽命，合理安排工期對(duì)其進(jìn)行更換。同時(shí)，這項(xiàng)工作還有益于優(yōu)化現(xiàn)有的預(yù)防性維修工作，確保維修工作的有效性，提高反應(yīng)堆保護(hù)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)和電站的可靠性。

［1］郁光廷.預(yù)測(cè)性維修在重水堆設(shè)備管理中的應(yīng)用［J］.中國(guó)核電，2014（1）：66-69.

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〔編輯 吳建卿〕