靳瀚博,茍 海
(中核核電運(yùn)行管理有限公司,浙江嘉興 314300)
秦山核電三期是從加拿大引進(jìn)的70 萬重水堆機(jī)組,具有不停堆換料的特點(diǎn),乏燃料升降斗在換料過程中起到承載乏燃料并將其運(yùn)至水下的任務(wù)。在機(jī)組運(yùn)行過程中,直流控制器會(huì)出現(xiàn)速度偏離設(shè)定、控制器失效等故障,筆者曾經(jīng)處理3 次乏燃料升降斗控制器的故障。升降斗為半圓槽形,若升降斗驅(qū)動(dòng)失效,則存在乏燃料棒束失去冷卻而熔毀的風(fēng)險(xiǎn),因此制定切實(shí)可行的解決方案,對(duì)燃料操作系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
乏燃料升降斗電機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)包括兩部分,勵(lì)磁并聯(lián)的直流電機(jī)和單項(xiàng)全波可控硅(SCR)控制器。直流調(diào)速控制原理是利用晶閘管正向阻斷和觸發(fā)導(dǎo)通特性,完成直流電機(jī)的正反向旋轉(zhuǎn)控制;電機(jī)快、慢速是通過集成電路中調(diào)節(jié)電位計(jì),控制直流調(diào)速器的直流輸出電壓來實(shí)現(xiàn)。直流控制器輸入為AC 240 V,通過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換為0~180 V 直流電壓施加在電機(jī)與電機(jī)勵(lì)磁繞組。電機(jī)運(yùn)行速度可以通過控制器上的電位計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié),可以實(shí)現(xiàn)正負(fù)IR(電感式電壓調(diào)整器)補(bǔ)償調(diào)整、最大速度調(diào)整、最小速度調(diào)整、輸出力矩調(diào)整以及線性加速、減速調(diào)整等。
在燃料操作系統(tǒng)卸料過程中,乏燃料系統(tǒng)升降斗經(jīng)常出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)失效現(xiàn)象,表現(xiàn)為升降斗突然停滯于一固定位置,程序出現(xiàn)中斷,升降斗動(dòng)作指令CELL 失效,主控?fù)Q料盤臺(tái)CRT 報(bào)警“DRIVE STUCK”。這種情況刨除機(jī)械設(shè)備,如剎車抱死等原因外,絕大多數(shù)是升降斗直流電機(jī)控制器故障導(dǎo)致。
直流控制器的A1 與A2 端子直接控制電機(jī)電樞,F(xiàn)+與F-端子直接連接電機(jī)的勵(lì)磁繞組。在正常工作中,勵(lì)磁電流范圍是0.89~1.06 A,電樞電流在2~3 A。電機(jī)的勵(lì)磁與電樞電流會(huì)隨著工作時(shí)間及溫度的變化而變化。根據(jù)電機(jī)繞組發(fā)熱量公式,Q=I2Rt,I=U/R,其中,I 是經(jīng)過線圈的電流,R 是線圈電阻,t 是通電時(shí)間??芍?,在繞組型號(hào)(即R)和運(yùn)行時(shí)間(t)不變的情況下,經(jīng)過線圈的電流決定了線圈的發(fā)熱量。同時(shí)若電流(I)不變,運(yùn)行時(shí)間t 越大,則發(fā)出的熱量越多。由于乏燃料升降斗直流控制器長期帶電的工作方式,導(dǎo)致勵(lì)磁繞組長期以加電方式運(yùn)行,勵(lì)磁繞組溫度升高,電阻降低,絕緣加速老化,從而過流或短路,燒毀直流控制器。
勵(lì)磁繞組的電阻偏小或燒毀后在直流控制器上的直觀表現(xiàn)就是控制器(A1,A2)兩個(gè)端子之間的電流持續(xù)增大,或控制器勵(lì)磁控制回路中的5FU 石英保險(xiǎn)絲(250 V、5 A)燒毀。另一直觀表現(xiàn)就是斷電后從控制器端(A1,A2)兩個(gè)端子測(cè)量電機(jī)勵(lì)磁電阻異常偏小。
2008—2018 年,勵(lì)磁繞組的阻值持續(xù)呈下降趨勢(shì)(表1),尤其是2015 年測(cè)得的134.6 Ω 與2018 年測(cè)得的114.08 Ω 偏差較大。但未引起注意并采取干預(yù)措施,這種情況存在電機(jī)勵(lì)磁繞組燒毀或乏燃料升降斗失去動(dòng)力的風(fēng)險(xiǎn),由此可見升降斗直流控制器持續(xù)帶電運(yùn)行存在的弊端。
2007 年5 月22 日,秦三廠一號(hào)機(jī)組換料盤臺(tái)操縱員在下降乏燃料升降斗時(shí),發(fā)現(xiàn)剎車釋放指示燈點(diǎn)亮,但升降斗無法下降。檢查發(fā)現(xiàn)控制器保險(xiǎn)絲燒毀,檢查電機(jī)勵(lì)磁電阻為25.8 Ω,電樞電阻為11.7 Ω,嚴(yán)重偏離維修手冊(cè)中規(guī)定的200~500 Ω,電樞電阻0.3~1 Ω 的標(biāo)準(zhǔn)。后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)維修人員發(fā)現(xiàn)電機(jī)勵(lì)磁線圈燒毀。
表1 電機(jī)勵(lì)磁電阻變化
乏燃料升降斗直流控制器主要功能是控制升降斗上升及下降速度,速度通過直流控制器上的兩個(gè)電位計(jì)(MAX、MIN)調(diào)節(jié)。在秦三廠實(shí)際使用工況中,升降斗在保證輸出電壓小于DC 180 V 的情況下,實(shí)際速度是高速在200~228 mm/s,低速在30~50 mm/s。若速度調(diào)節(jié)超過范圍或電位計(jì)漂移導(dǎo)致升降斗速度異常,則會(huì)導(dǎo)致?lián)Q料盤臺(tái)自動(dòng)指令失效或升降斗軸編碼器位置指示出現(xiàn)異常。
通過各種手段的優(yōu)化,延長升降斗直流控制器及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的使用壽命,減少甚至杜絕其失效次數(shù),有利于提高設(shè)備可靠性與燃料操作系統(tǒng)的可用性,避免系統(tǒng)失效。
乏燃料系統(tǒng)升降斗電機(jī)控制器長期帶電是影響電機(jī)及直流控制器使用壽命的一個(gè)重要因素。電機(jī)運(yùn)行過程中,直流電機(jī)勵(lì)磁繞組如果失電將導(dǎo)致電機(jī)速度快速增加。保證勵(lì)磁繞組可靠帶電是乏燃料卸料安全的重要保證。
(1)采取在燃料操作系統(tǒng)啟用時(shí)對(duì)控制器送電,系統(tǒng)停止服役時(shí)斷電的工作方式,減少直流控制器與電機(jī)帶電工作時(shí)間。
(2)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造,修改乏燃料升降斗電機(jī)控制器送電邏輯,盡量降低電機(jī)勵(lì)磁繞組帶電時(shí)間。實(shí)現(xiàn)用時(shí)勵(lì)磁線圈和電樞繞組加電,使用完畢后勵(lì)磁線圈自動(dòng)斷電的目的,需要在換料工藝序列控制信號(hào)中查找兩種合適的開關(guān)信號(hào)輸出點(diǎn),一種滿足在電機(jī)每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)工序前狀態(tài)會(huì)發(fā)生切換的條件,另一種滿足每次電機(jī)完成運(yùn)轉(zhuǎn)工序后狀態(tài)會(huì)發(fā)生切換的條件。將這兩種信號(hào)輸出點(diǎn)加入控制邏輯電路,用于控制繼電器CS8 給電機(jī)控制器加電,實(shí)現(xiàn)隨用隨開,隨停隨關(guān)。避免發(fā)生電機(jī)不運(yùn)行但長時(shí)間給勵(lì)磁線圈上電的情況。
針對(duì)此項(xiàng),已完成變更,在不改變升降斗功能的前提下,替代原系統(tǒng)中使用的直流控制器,通過控制回路部分接線進(jìn)行更改,使新控制器的輸出參數(shù)滿足乏燃料升降斗運(yùn)行功能的要求。在供電回路利用新增CB 作為勵(lì)磁和電樞的通斷電開關(guān)。同時(shí)在直流控制器L1 與L2 之間加入繼電器RL59,在盤臺(tái)上增加手動(dòng)開關(guān)CS8 作為控制繼電器RL58 的開關(guān),讓RL58 與RL59行程邏輯連鎖。當(dāng)供電回路CB 閉合,需手動(dòng)閉合CS8,使Rl58繼電器通電,進(jìn)而使RL59 得電才可以使直流控制器帶電工作,實(shí)現(xiàn)隨用隨開,隨停隨關(guān)。
定期對(duì)電機(jī)的檢查工作也是必不可少的,可采取定期測(cè)量電機(jī)定子和勵(lì)磁繞組電阻值,以及工作電流的方式,直接監(jiān)測(cè)電機(jī)健康狀況,消除電機(jī)和直流控制器燒毀的風(fēng)險(xiǎn)隱患。當(dāng)直流控制器燒毀或保險(xiǎn)絲燒毀時(shí),應(yīng)同步考慮是否為電機(jī)故障所致,避免因電機(jī)故障而重復(fù)燒毀直流控制器的風(fēng)險(xiǎn)。
升降斗在動(dòng)作時(shí),由于升降斗本身為重型設(shè)備(約270 kg),將MIN、MAX 兩電位計(jì)固定后,這兩種高速和兩種低速之間會(huì)有略微差別。升降斗低速上升靠近上限位時(shí),速度應(yīng)略靠近下限值(盡量靠近30 mm/s),防止因升降斗過快而引發(fā)升降斗到達(dá)上限位后的軸編碼器指示偏差或指令失效,低速下降在速度范圍區(qū)間內(nèi)即可。
本文介紹升降斗直流控制器的運(yùn)行原理及在運(yùn)行中常見的升降斗失效、升降斗驅(qū)動(dòng)電機(jī)燒毀等故障。通過分析其具體原因,證明直流控制器長期供電的工作方式及直流控制器調(diào)速不當(dāng)?shù)谋锥?,提出?duì)控制回路進(jìn)行改造、合理調(diào)速等一系列優(yōu)化措施,有效提高了燃料操作系統(tǒng)的可用性、安全性,對(duì)乏燃料升降斗直流控制器及其回路的檢修提供了技術(shù)支持。