王海

摘要：針對三門核電1#機(jī)組廠用水泵在啟動時出口電動隔離閥多次開啟失敗的現(xiàn)象，從閥門與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點方面進(jìn)行分析，并通過模擬試驗與現(xiàn)場實際診斷數(shù)據(jù)，得出了該現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因，并描述了最終選擇的現(xiàn)場處理方案。

關(guān)鍵詞：電動隔離閥;開啟失敗;電機(jī);堵轉(zhuǎn);閥門診斷

0? ? 引言

三門核電1#機(jī)組廠用水泵出口電動隔離閥，在廠用水泵啟動時閥門打開向位于汽輪機(jī)廠房內(nèi)的設(shè)備冷卻水熱交換器提供冷卻用的海水;在對應(yīng)列內(nèi)設(shè)備故障時，閥門關(guān)閉實現(xiàn)隔離，以便于設(shè)備檢修。從2016年8月至2018年8月，該電動閥在啟泵開閥中出現(xiàn)過7次故障，導(dǎo)致廠用水泵7次啟動失敗。

1? ? 背景介紹

廠用水泵出口電動隔離閥為江蘇神通20英寸三偏心蝶閥，通過計算閥門開啟/關(guān)閉所需最大力矩為3 161 Nm，安全系數(shù)定為120%，即3 793 Nm。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為常州SND-DQ400系列，其最大輸出扭矩為4 000 Nm，大于理論計算值，滿足閥門扭矩要求。根據(jù)此理論計算值，廠用水泵啟動時閥門應(yīng)能可靠自動開啟，但現(xiàn)場實際多次開啟失敗導(dǎo)致廠用水泵跳閘。

2? ? 故障分析及應(yīng)對措施

2.1? ? 故障時現(xiàn)場監(jiān)測

在廠用水泵啟動時，使用電動閥診斷裝置監(jiān)測電流，得到的曲線如圖1所示。調(diào)取趨勢圖發(fā)現(xiàn)主控發(fā)出啟泵開閥指令后，閥門上游壓力與管道流量均未出現(xiàn)變化，即閥門未真正動作，仍停留在全關(guān)位。

由圖1可知，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)已動作，但電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力不足以開啟閥門。電機(jī)在A處啟動（啟動電流約3 A），至B處電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空行程走完（包括齒輪間隙、配合間隙等），電機(jī)開始堵轉(zhuǎn)，C處達(dá)到堵轉(zhuǎn)電流最大值4.5 A，由于PLS一直未收到閥門反饋信號，因此在D處觸發(fā)停止開閥信號，隨后在E處發(fā)出停泵關(guān)閥信號，F(xiàn)處閥門關(guān)閉到位。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求，該電動閥的開力矩開關(guān)在0%～50%開度范圍內(nèi)被旁路，以防止力矩開關(guān)誤動造成閥門開啟失敗。但是，上游MCC配置的保護(hù)未識別出電動閥的電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障，致使電機(jī)堵轉(zhuǎn)長達(dá)15 s，對電機(jī)性能及壽命都會產(chǎn)生不可逆的影響。

2.2? ? 現(xiàn)場檢查與電動閥診斷

在廠用水泵停運、管道內(nèi)無壓力的情況下，電動閥能正常開關(guān)操作，執(zhí)行診斷試驗結(jié)果，如圖2所示。

由圖2可知，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體輸出能力嚴(yán)重下降，最終輸出扭矩為2 217 Nm，與歷史數(shù)據(jù)3 665 Nm、計算數(shù)據(jù)3 793 Nm相比，均存在較大偏差。

2.3? ? 故障模擬復(fù)現(xiàn)

將電動閥手動操作至接近全開位，將開控制回路短接（即圖3中的端子17與端子21），在MCC處電動開閥，短時模擬電機(jī)堵轉(zhuǎn)情況，使用電動閥診斷裝置監(jiān)測電壓與電流。

診斷得到的曲線如圖4所示，由圖可知，其曲線與現(xiàn)場故障情況的電流曲線基本一致，電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流約4.52 A，運行過程中電動閥電機(jī)端子處的電壓約為AC390 V，端電壓滿足要求，無明顯的電壓降。

2.4? ? 分析結(jié)果

根據(jù)上述分析過程，該電動閥的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力沒有足夠的裕量，一直處于臨界運行狀態(tài)，在上游壓力超過其臨界狀態(tài)或擾動過大時，電機(jī)堵轉(zhuǎn)仍不足以打開閥門，上游無法收到對應(yīng)的邏輯信號，致使廠用水泵跳閘。根據(jù)電動閥特性，此故障可能的原因為：

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力變小：電機(jī)降質(zhì)、潤滑不良。

（2）閥門開啟需要比理論數(shù)據(jù)更大的扭矩：內(nèi)部異物、密封面異常磨損。

2.5? ? 應(yīng)對措施

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)多次出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，電機(jī)性能下降，優(yōu)先整體替換電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并執(zhí)行電動閥診斷試驗，根據(jù)試驗結(jié)果來判定是否對閥門進(jìn)行解體檢查。

在替換電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)后，執(zhí)行診斷試驗得到的曲線如圖5所示。根據(jù)試驗結(jié)果，電機(jī)停止時執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出扭矩3 894.9 Nm，滿足閥門扭矩設(shè)計要求。此外，扭矩曲線與電流曲線平滑無異常，無須對閥門進(jìn)行進(jìn)一步的解體檢查。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)替換完成后，該電動閥未再次出現(xiàn)開啟失敗的故障現(xiàn)象。

3? ? 結(jié)語

相比于管道無壓情況，管道有壓力時電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)還需要克服管道壓差導(dǎo)致的壓力，而增加的這部分壓力可能引起：（1）無開旁路情況下，開力矩開關(guān)的動作而電機(jī)停止運行，導(dǎo)致開閥失敗;（2）有開旁路情況下，潤滑不足或電機(jī)輸出能力下降，造成電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體性能下降，電機(jī)堵轉(zhuǎn)仍不足以打開閥門，導(dǎo)致開閥失敗。因此，在管道無壓時電動閥能可靠動作，不足以保障電動閥在有壓情況下的運行可靠性。

通過閥門診斷技術(shù)，獲取電動閥的整體性能曲線，評估設(shè)備的健康度，可有效減少工作量、避免過度檢修。通常對閥門進(jìn)行診斷試驗，重點關(guān)注的性能參數(shù)有：關(guān)閥時扭矩開關(guān)動作閥桿推力/扭矩，關(guān)閥時閥門關(guān)閉后的最終推力/扭矩，平均填料摩擦力，行程時間，開旁路時間，電機(jī)啟動電流/運行電流/峰值關(guān)閥電流，電機(jī)端電壓。

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力下降、潤滑不良，或者閥門狀態(tài)變差、閥門開啟需要更大的扭矩，均可能導(dǎo)致電動閥開啟失敗。電動閥的缺陷消除、預(yù)防性維修工作，均可充分運用閥門診斷技術(shù)，確認(rèn)電動閥的當(dāng)前狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電動閥的隱性缺陷，判斷其運行性能、可靠性與降質(zhì)趨勢，以保證電廠的可靠運行。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王福厚，郭景鴻.A核電廠電動閥故障無法開啟根本原因分析[J].電工技術(shù)，2020（5）：70-71.

[2] 韓杰.AP1000三門核電站電動閥診斷方法介紹[J].機(jī)電信息，2018（33）：78-80.