許昕 朱云馳 胡建強 趙龍 吉敏榮

【摘? 要】某核電廠SKF整體螺栓拉伸機（MSTM）在大修使用過程中發(fā)生空氣壓縮機頻繁跳閘的故障，導致反應(yīng)堆開關(guān)蓋關(guān)鍵路徑工作工期延長。通過分析電路圖，結(jié)合現(xiàn)場排查，最終確定故障的根本原因，并有效地處理了跳閘故障，使空氣壓縮機運行恢復正常。

【Abstract】During the process of overhauling and using of SKF multi-stud tension machine（MSTM） in a nuclear power plant， the frequent trip fault of air compressor occurred， which resulted in the extension of critical path working period of reactor switch cover. Through the analysis of the circuit diagram， combined with on-site investigation， the root cause of the fault was finally determined， and the trip fault was effectively treated， so that the operation of air compressor returned to normal.

【關(guān)鍵詞】整體螺栓拉伸機;空氣壓縮機;卸荷閥

【Keywords】multi-stud tension machine; air compressor; unloading valve

【中圖分類號】TL351+.6;TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）07-0194-03

1 引言

整體螺栓拉伸機（MSTM）是核電廠大修反應(yīng)堆開關(guān)頂蓋工作中所必須使用且無替代的重要專用工具。其工作完全處于大修關(guān)鍵路徑上，若MSTM使用過程中發(fā)生故障必然會延誤整個大修的工期。某核電廠使用SKF設(shè)計制造的MSTM，共有2個機器人（R1、R2），每個機器人有1個空氣壓縮機（簡稱空壓機），并為2只機械手提供穩(wěn)定的動力，MSTM使用這4個機械手同時工作，共同擰入或擰出反應(yīng)堆58個主螺栓。

某核電廠大修使用SKF的MSTM進行反應(yīng)堆開蓋過程中，MSTM的R2機器人的空壓機頻繁跳閘，這導致R2機器人的2只機械手因無穩(wěn)定供氣受影響而無法正常工作，工作效率降低一半，大修關(guān)鍵路徑時間受到影響。此故障在歷次大修準備及大修工作中從未發(fā)生過，并對現(xiàn)場工作進度影響較大。為避免再次影響后續(xù)大修，需找出準確的故障原因并徹底處理。本文對故障系統(tǒng)及相關(guān)部件進行分析，梳理可能導致故障發(fā)生的原因并逐個檢查排除，最終確定并處理導致此事件的故障點。

2 故障現(xiàn)象及系統(tǒng)介紹

2.1 故障現(xiàn)象

某核電廠大修中反應(yīng)堆開蓋工作在進行到機械手依次擰出58個主螺栓步驟時，R2空壓機控制開出現(xiàn)跳閘情況，工作人員對機械手、控制開關(guān)等相關(guān)部件檢查后，未發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，于是手動將控制開關(guān)復位，復位后空壓機可繼續(xù)工作，但短時間后再次跳閘。反復幾次跳閘之后，發(fā)現(xiàn)空壓機總是在系統(tǒng)需要補壓啟動時發(fā)生跳閘，由于MSTM工作在堆芯高劑量環(huán)境，現(xiàn)場無法開展詳細檢查，為不影響其他工作，故暫停使用R2機器人，這導致擰出主螺栓工期延長。

2.2 系統(tǒng)介紹

MSTM機器人機械手動力來源于壓縮空氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含空壓機、控制部件及氣體處理部件，其中，作為壓縮空氣產(chǎn)生部件的空壓機為核心。系統(tǒng)中重要部件（如空壓機、控制部件等）發(fā)生故障導致整個系統(tǒng)不能為機械手提供穩(wěn)定壓縮空氣，機械手將無法正常工作。為了保證機械手穩(wěn)定工作，須保證壓縮空氣系統(tǒng)各關(guān)鍵部件工作正常，即空壓機能夠受控地產(chǎn)生符合要求的壓縮空氣。整個動力系統(tǒng)分為以下兩部分。

2.2.1 電氣部分

電氣連接示意圖見圖1。上游供電經(jīng)過斷路器及控制開關(guān)連接于空壓機，電氣回路主要完成空壓機供電和啟停控制。

控制開關(guān)為電氣部分的控制核心，是氣-電復合部件。氣路部分連接了來自氣罐的氣管，將氣罐壓力作為監(jiān)測及控制對象。電路部分內(nèi)部觸點的連通與斷開實現(xiàn)了空壓機的供電與斷電。氣電兩部分的結(jié)合實現(xiàn)了以下兩個功能：①壓力啟?？刂疲涸O(shè)置空壓機啟/停壓力定值，當氣罐壓力小于等于啟動設(shè)定值時，內(nèi)部觸點閉合，空壓機啟動補壓;當氣罐壓力等于停止設(shè)定值時，內(nèi)部觸點斷開，空壓機停止工作。②過流保護：該開關(guān)可以對回路過載等情況進行監(jiān)測及保護，當回路電流超過設(shè)定值，保護啟動，內(nèi)部觸點斷開停止空壓機供電。

2.2.2 氣動部分

氣動回路主要有壓縮空氣的過濾、壓縮、儲存、監(jiān)測等功能?？諌簷C進氣口處安裝有空氣過濾器，用于過濾空氣中的雜質(zhì)，防止雜質(zhì)進入空壓機。空壓機在電機的帶動下從過濾器吸入過濾后的空氣，然后通過活塞將空氣壓縮升壓，產(chǎn)生的壓縮空氣分兩路，一路連接單向閥進入氣罐，單向閥可防止氣罐內(nèi)壓縮空氣倒流;另一路連接卸荷閥。氣罐底部設(shè)置有自動排水閥用于監(jiān)測及排放氣罐內(nèi)凝結(jié)水，防止水汽被帶入系統(tǒng)損壞氣動部件。氣罐出口依次連接手動泄壓閥、減壓閥、自動泄壓閥及氣壓監(jiān)測和保護裝置。其氣動原理圖見圖2。

空壓機出口與氣罐之間設(shè)置的卸荷閥，是通過頂桿外控的單向閥，安裝在控制開關(guān)的下方，頂桿插入控制開關(guān)內(nèi)部，由控制開關(guān)內(nèi)部觸頭壓下頂桿開啟卸荷閥，排放管路殘余氣體。卸荷閥內(nèi)部設(shè)置有彈簧，可在頂桿不受力時自動關(guān)閉卸荷閥。當空壓機運行時，控制開關(guān)內(nèi)部觸頭閉合空壓機上電工作，控制開關(guān)內(nèi)部觸頭釋放頂桿，防止空壓機產(chǎn)生的壓縮空氣從卸荷閥泄出，而壓縮空氣只能通過單向閥進入氣罐;當空壓機停轉(zhuǎn)后控制開關(guān)內(nèi)部觸頭斷開壓下頂桿，卸荷閥打開，將空壓機內(nèi)殘余壓力排出，由于氣罐入口設(shè)置了單向閥，氣罐內(nèi)的壓縮空氣不會倒流出氣罐。

3 故障原因分析及處理

3.1 故障原因分析

3.1.1 電氣回路分析

根據(jù)圖1檢查電氣連接并結(jié)合控制開關(guān)的功能分析跳閘的原因。

①控制開關(guān)壓力監(jiān)測功能是根據(jù)現(xiàn)場實際需要設(shè)定的。試驗發(fā)現(xiàn)當壓縮空氣壓力低于7.5bar（1bar=105Pa，表壓，下同）時空壓機啟動，而當氣壓高于9.5bar時空壓機停止，壓縮空氣壓力觸發(fā)的空壓機啟/停動作不會導致控制開關(guān)跳閘，無需復位操作，而現(xiàn)場檢查出現(xiàn)控制開關(guān)跳閘且需手動復位的情況，故可排除由于壓力定值設(shè)定及壓力控制不當導致的空壓機跳閘停轉(zhuǎn)情況。

②控制開關(guān)保護功能依據(jù)電流設(shè)定值觸發(fā)，當回路電流高于設(shè)定值，控制開關(guān)跳閘，只能手動復位?，F(xiàn)場檢查控制開關(guān)實際情況與此相符，所以判斷控制開關(guān)跳閘是由于觸發(fā)了保護功能。

異常觸發(fā)保護可能存在的原因如下：

①空壓機及電機內(nèi)部機械故障使啟動阻力異常增大，導致回路電流超過保護值。

根據(jù)系統(tǒng)手冊，空壓機及電機在失電狀態(tài)下可手動盤動，在不解體空壓機的情況下可簡單判斷其內(nèi)部是否存在異常阻力。用該方法先對R1空壓機及電機進行試驗，發(fā)現(xiàn)電機可正常盤動。而用同樣的方法對R2的電機及空壓機進行盤動，檢查情況與R1一致，可正常盤動。故可排除空壓機及電機內(nèi)部機械的原因。

②控制開關(guān)保護電流設(shè)定值故障失真，空壓機即使正常使用也頻繁跳閘。

對R2空壓機控制開關(guān)設(shè)定值與R1進行比較，發(fā)現(xiàn)兩者是一致的。將R2的控制開關(guān)與R1進行互換驗證，發(fā)現(xiàn)R1的控制開關(guān)安裝至R2后，R2空壓機依然會出現(xiàn)同樣的頻繁跳閘情況;而R2的控制開關(guān)安裝至R1后，R1空壓機仍然正常工作。故可排除R2的控制開關(guān)定值不準造成頻繁跳閘的可能。

③空壓機電氣回路存在短路或供電異常情況。

根據(jù)圖1，對R2的供電及回路進行檢查未發(fā)現(xiàn)異常。將R1空壓機供電引至R2，R2空壓機故障仍然存在，故通過檢查及互換試驗排除了供電或線路異常導致故障的可能。

3.1.2 氣動回路分析

根據(jù)圖2及氣動部件原理分析可能導致故障的原因。

①空壓機入口過濾器堵塞。根據(jù)空壓機的工作原理，工作時先吸入空氣經(jīng)壓縮后送往下游。若空壓機不能正常吸入空氣，則會在吸入口形成負壓阻礙空壓機的正常運行，隨著負壓的逐漸增大最后導致空壓機運行阻力過大引起跳閘。因此，對空壓機入口及過濾裝置進行檢查，檢查未發(fā)現(xiàn)堵塞、雜物或其他導致不能吸入空氣的情況，故可排除。

②卸荷閥卸荷功能異常導致空壓機出口憋壓阻礙啟動[1]。根據(jù)卸荷閥功能分析，卸荷閥主要用在空壓機停止工作后，及時排放出殘存在空壓機出口及氣罐單向閥之間的壓縮空氣，以便空壓機在下次能夠輕載啟動。殘余的壓縮空氣若不能及時排除將會增加空壓機啟動時的阻力，使得回路電流增大，嚴重時會達到甚至超過保護設(shè)定值，導致空壓機跳閘。

可能引起控制卸荷閥卸荷異常的原因如下：

①控制開關(guān)內(nèi)部故障使得卸荷閥頂桿不能正常開啟泄壓。

根據(jù)控制開關(guān)與卸荷閥的配合關(guān)系分析，控制開關(guān)內(nèi)部觸點存在直接和卸荷閥頂桿接觸的結(jié)構(gòu)，所以在內(nèi)部觸點動作時才可以壓下或釋放頂桿。若結(jié)構(gòu)故障導致內(nèi)部觸點動作不能聯(lián)動卸荷閥頂桿，那么卸荷閥在內(nèi)部彈簧的作用下將會一直處于關(guān)閉狀態(tài)。解體R2卸荷閥檢查未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部觸點及其與頂桿作用機構(gòu)存在可見異常，結(jié)合電氣檢查時控制開關(guān)互換試驗結(jié)果：R2的控制開關(guān)換至R1空壓機時，R1空壓機仍可正常工作，故可排除由于控制開關(guān)內(nèi)部故障導致卸荷閥不能正常開啟的可能。

②卸荷閥堵塞不能排出空壓機內(nèi)殘余壓力。

根據(jù)控制開關(guān)與卸荷閥工作原理分析，控制開關(guān)正常壓下卸荷閥頂桿后，管路內(nèi)的殘余氣體將通過卸荷閥的排氣口排出，若排氣口堵塞殘余氣體無法泄出，仍然會繼續(xù)留在系統(tǒng)中阻礙空壓機下次啟動。

對卸荷閥排氣口檢查發(fā)現(xiàn)，R2卸荷閥排氣口仍留有卸荷閥出廠時未完全拆除的堵頭，由于堵頭的存在使得排氣口排氣效果很差。正常空壓機停止后殘余氣體僅能很緩慢地從未完全擰緊堵頭縫隙中泄出，使空壓機出口殘余壓力下降很慢，若空壓機下次啟動距離上次停止時間間隔足夠殘余氣體泄出，那么空壓機還可以正常啟動，但R2機械手工作較多，用氣量較大，需空壓機頻繁啟動時，那么停止與啟動之間時間間隔較短，殘余氣體不能及時泄出，空壓機再次啟動將極有可能由于阻力過大而過載跳閘。這個分析結(jié)果與現(xiàn)場實際故障情況完全一致。同時，對比正常R1卸荷閥，堵頭是完全拆除的。

3.2 故障處理

本文通過兩種方式對上述分析結(jié)果驗證，并處理跳閘故障。①將R2堵頭完全拆除，并對卸荷閥排氣口進行清理后，手動多次短間隔啟?？諌簷C，空壓機均能正常啟動;②操作R2機械手進行大用氣量動作試驗，過程中雖然空壓機補氣頻繁但未出現(xiàn)跳閘情況。

某核電廠SKF的MSTM空壓機卸荷閥堵塞處理后，空壓機恢復正常啟停功能，并在大修的后續(xù)工作中正常啟停，未再次發(fā)生跳閘情況，證明上述故障原因分析正確且處理有效。

4 結(jié)論

本文在分析某電廠SKF的MSTM空壓機頻繁跳閘的過程中，檢查發(fā)現(xiàn)空壓機卸荷閥存在堵塞情況，處理堵塞后經(jīng)試驗驗證空壓機頻繁跳閘情況恢復正常?？諌簷C卸荷閥用于將殘余在管路中的壓縮空氣泄出，以防止空壓機在下次啟動時過載跳閘，卸荷閥對空壓機的正常啟動作用巨大。本文關(guān)于故障的原因分析及處理過程可對同類設(shè)備的處理提供借鑒，需維修技術(shù)人員對有同樣結(jié)構(gòu)的空壓機在檢修過程中予以關(guān)注。

【參考文獻】

【1】辛黎明.空氣壓縮機啟動異常的故障分析與排除[J].中國修船，2010，23（2）：19-20.