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某核電站2#機組在進行反應堆保護系統(tǒng)(RPR)執(zhí)行機構及保護信號輸出功能試驗(T3試驗)時，按試驗規(guī)程通過遠方合閘按鈕311TO閉合停堆斷路器RPA300JA，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該斷路器無法正常合閘。

1 停堆斷路器合閘電氣回路簡介

停堆斷路器作為RPR系統(tǒng)的重要組成部分，是反應堆緊急停堆的執(zhí)行部件，也是保證核安全的重要組成部分，其合閘電氣回路原理如圖1所示。按下311TO，將125 V直流控制電源正極送至端子排BN300JA的13#端子后，經(jīng)延時繼電器300XT的接點使繼電器300XR勵磁，300XR常開接點(5、9)動作閉合，經(jīng)停堆斷路器預合閘輔助接點(PF)[1]二次插座端子排251、252端子使停堆斷路器合閘線圈XF勵磁，最終實現(xiàn)RPA300JA閉合。

注：F為RPA300JA的狀態(tài)接點；A1、A4及221、222、251、252、254均為停堆斷路器本體信號插排； “+”“-”為125 V直流控制電源的正、負極；其他數(shù)字為BN300JA的端子編碼號圖1 停堆斷路器合閘電氣回路原理圖

2 故障原因分析

2.1 故障初判

對停堆斷路器RPA300JA進行檢查后，確認遠方合閘回路正常，故障斷路器處于預合閘狀態(tài)，現(xiàn)場用旁路停堆斷路器RPB320JA頂替RPA300JA，將拷機試驗[2]合格的備件停堆斷路器頂替RPB320JA，重新執(zhí)行T3試驗，試驗結(jié)果合格，因此初步判斷RPA300JA斷路器本體存在故障。

2.2 現(xiàn)場檢查和故障原因查找

RPA300JA屬于框架式斷路器，內(nèi)部組件緊湊，結(jié)構精密，一般故障大都由內(nèi)部機械卡澀或控制回路故障所導致，故在進行現(xiàn)場檢查時主要從這兩方面入手，RPA300JA斷路器內(nèi)部機械結(jié)構如圖2所示。

1)機械機構內(nèi)部油脂干結(jié)

RPA300JA斷路器內(nèi)部轉(zhuǎn)動部件眾多，故需涂抹機械潤滑脂[2]用于減少磨損，但由于氧化與變質(zhì)，斷路器內(nèi)部潤滑脂會隨著時間流逝逐漸干結(jié)硬化，最終造成機械機構卡澀?，F(xiàn)場檢查斷路器內(nèi)部潤滑脂實際情況良好，無變色干結(jié)現(xiàn)象，查看以往檢修檔案，機械潤滑脂按期進行更換，故油脂干結(jié)導致斷路器卡澀的可能性極小。

2)合閘半軸損壞

根據(jù)斷路器的合閘原理可知，合閘半軸[3]損壞會導致斷路器內(nèi)部無法進行正常的機械傳動，引起斷路器合閘失效，斷路器合閘半軸便長期處于受力的狀態(tài)，由于它屬于轉(zhuǎn)動部件，所以易產(chǎn)生磨損，進而引起傳動失效?，F(xiàn)場檢查合閘半軸磨損情況，未見明顯損傷，潤滑情況良好，多次進行斷路器就地機械分合試驗，未見故障復現(xiàn)，查詢生產(chǎn)廠家技術手冊，現(xiàn)場合閘半軸動作次數(shù)遠低于設計壽命，故合閘半軸損害的可能性極小。

3)斷路器內(nèi)部控制電源故障

根據(jù)故障時的檢查結(jié)果可知，按下RPA300JA的311TO并保持閉合狀態(tài)后，300XR可正常進行勵磁動作，測量300XR常開接點(5、9)的電阻約為0.9 Ω，因此可排除遠方合閘信號和300XR故障的可能性。

故障時測量合閘回路發(fā)現(xiàn)，BN300JA的電源接點(45、46)間有125 V直流電壓，說明斷路器內(nèi)部供電正常；檢查停堆斷路器本體外部的合閘回路，電纜連接正常?？膳懦娫串惓；蛲獠侩娎|連接異常的可能性。

4)斷路器本體控制接點故障

由上至下，逐一檢查斷路器內(nèi)部控制接點導通情況，從停堆斷路器二次插座端子排251、252端子測得PF接點為斷開狀態(tài)，正常應為閉合狀態(tài)，由此判斷停堆斷路器本體控制接點存在異常。

根據(jù)以上檢查結(jié)果，結(jié)合停堆斷路器合閘電氣回路原理進行分析可知，可能的故障原因如下：①停堆斷路器二次插頭與斷路器框架的二次插座間連接異常；②PF接點至停堆斷路器二次插頭間連線異常；③PF接點動作機構異常；④PF接點內(nèi)部異常。

2.3 故障原因分析

1)停堆斷路器二次插頭與斷路器框架的二次插座間連接異常

對停堆斷路器二次插頭進行檢查發(fā)現(xiàn)，安裝無松動現(xiàn)象，金屬片厚度正常；從金屬片上夾件夾持產(chǎn)生的金屬劃痕來看，插頭與夾件均為過盈配合，壓接力足夠，插頭與插座不存在接觸不良的現(xiàn)象；使用塞尺檢查斷路器框架的二次插座發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部夾件的間隙正常，插頭和插座上均未發(fā)現(xiàn)因接觸不良導致的電弧燒蝕痕跡。因此，可判定該故障原因的可能性低。

2)PF接點至停堆斷路器二次插頭間連線異常

PF接點安裝于停堆斷路器內(nèi)部，通過電纜連接至停堆斷路器上方的二次插頭，從而接入遠方合閘控制回路。該段電氣控制回路存在2個焊接點：PF與連接電纜的焊接點、連接電纜與停堆斷路器二次插頭的焊接點。若連接電纜存在斷點或電纜焊接點存在虛焊，可能導致遠方合閘控制回路中PF接點始終處于斷開狀態(tài)，造成停堆斷路器無法合閘。對故障停堆斷路器內(nèi)部PF接點的連線及焊接點進行目視檢查和導通測量，未發(fā)現(xiàn)電纜斷股或焊接點虛焊現(xiàn)象。

3)PF接點動作機構異常

將故障停堆斷路器的面板打開后對PF接點動作機構進行檢查發(fā)現(xiàn)，壓桿潤滑良好，動作靈活無卡澀，壓桿與微動斷路器間無異物。多次操作停堆斷路器分合閘，壓桿機構[4]均能正常壓下和釋放，不存在觸點壓接不足或不到位現(xiàn)象。故該故障原因的可能性低。

4)PF接點內(nèi)部異常

PF接點安裝在停堆斷路器內(nèi)部(為非密封式，與外部大氣連通)，由微動斷路器驅(qū)動內(nèi)部金屬機構觸點閉合和斷開。若金屬機構存在異常或其觸點接觸電阻過大，可能導致PF接點處于異常斷開狀態(tài)。分合閘操作時，該接點內(nèi)部觸點是合閘電氣控制回路中停堆斷路器內(nèi)部唯一活動的部分，其余電纜、焊接點、插頭與插座的連接均為靜止狀態(tài)。故該故障原因的可能性高。

對PF接點進行外觀檢查未見異常， 如圖3 所示。采用X射線對PF接點內(nèi)部動作機構、簧片及壓接彈簧進行檢查未發(fā)現(xiàn)異常。對金屬觸點進行開封檢查發(fā)現(xiàn)，常閉接點的動、靜觸點表面均吸附有異物。采用X射線能譜儀對異物進行化學成分分析發(fā)現(xiàn)，該異物含有S、Cl、C、O等化學元素，不導電。觸點之間的接觸界面存在這種異物會引起輔助觸點在閉合后發(fā)生接觸不良的現(xiàn)象，從而引起停堆斷路器電氣回路接觸電阻增大甚至開路，導致停堆斷路器無法正常合閘。

圖3 PF接點正面形貌

2.4 故障機理

機組正常運行期間，停堆斷路器均置于配電盤倉室中，設備運行環(huán)境及密封狀況良好。只有在大修期間，才會抽出停堆斷路器進行定期清潔檢查及試驗工作。停堆斷路器檢修期間均要使用工業(yè)酒精、潤滑油脂等有機溶劑清潔潤滑。而PF接點表面吸附的異物含有S、Cl、C、O等化學元素，由此可判斷該異物極有可能是停堆檢修期間周圍環(huán)境中的有機物揮發(fā)或空氣中的粉塵吸附在PF接點表面所致。該輔助接點在實驗室的多次動作過程中，偶爾出現(xiàn)常閉接點閉合后接觸電阻增大的情況，也證實了確實存在接觸不良現(xiàn)象。

3 結(jié)論及建議

通過分析發(fā)現(xiàn)停堆斷路器RPA300JA無法正常合閘的根本原因是PF接點表面吸附有不導電異物，從而引起PF接點接觸不良。

建議在停堆斷路器清潔潤滑工作中，對非密封式的精密導電元器件做好防護，避免有機物、粉塵等異物進入。在檢修策略允許的情況下，可以使用塑料密封膠對該部件進行隔絕密封，并定期接通小電流進行氧化層消除，從而避免該類事件的再次發(fā)生，鑒于該設備的重要性，可在維修大綱中增加對該PF接點進行5個換料周期(5C)定期更換的內(nèi)容，以確保設備的可靠運行。