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        核電機組應(yīng)急冷凍機組跳閘原因分析

        2021-12-27 01:56:52方吉贏胡亦磊
        設(shè)備管理與維修 2021年22期
        關(guān)鍵詞:冷凍機導葉電磁閥

        方吉贏,胡亦磊

        (中核核電運行管理有限公司,浙江嘉興 314300)

        0 引言

        秦山核電30萬千瓦機組應(yīng)急冷凍系統(tǒng)為01#、02#、05#廠房空氣冷卻循環(huán)機組和05#廠房的事故送風機組提供冷凍水,應(yīng)急冷凍水系統(tǒng)在電廠各種模式下始終保持運行狀態(tài),作為核島廠房可靠冷源向用戶供應(yīng)冷凍水。應(yīng)急冷凍水系統(tǒng)控制電廠重要場所保持一定的溫、濕度,并在事故工況下及時將專設(shè)泵電機發(fā)出的熱量從室內(nèi)帶出,以緩解事故產(chǎn)生的嚴重后果。秦山核電30萬千瓦應(yīng)急冷凍機組采用2×100%容量的一用一備的運行方式,單臺冷凍機不可用時,另一臺應(yīng)急冷凍機組進入臨時SPV設(shè)備。冷凍機組可靠性降低,專設(shè)安全設(shè)施喪失冷卻的風險增加,嚴重時將迫使電廠降功率或停機停堆。

        1 設(shè)備特點

        秦山核電廠冷凍水系統(tǒng)有兩臺100%容量的冷凍機,每臺冷凍機由離心式壓縮機、潤滑油系統(tǒng)、冷凝器、蒸發(fā)器、自動控制裝置等設(shè)備組成。

        離心式冷凍機采用蒸汽壓縮式制冷方式,其制冷原理是通過壓縮機壓縮制冷劑蒸汽,使其壓力、溫度提高,然后通過冷卻水放熱后冷凝為高溫高壓制冷劑液體,再通過膨脹閥(或節(jié)流孔)節(jié)流,使之變?yōu)榈蛪骸⒌蜏氐闹评鋭┮后w,在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為蒸汽,同時從冷凍水中獲取熱量使冷凍水溫度降低,從而達到制冷的目的。一個制冷循環(huán)包括壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)4個必不可少的過程。

        制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā),吸收冷凍水的熱量后,沿吸入口經(jīng)導葉進入壓縮機。被壓縮機加壓后,制冷劑溫度升高,沿出口管線進入冷凝器,被冷卻水冷卻為液態(tài)后流入蒸發(fā)器,如此形成循環(huán)(圖1)。冷凍機組現(xiàn)運行方式采用不連續(xù)間斷運行,冷凍機組根據(jù)冷凍機出水溫度啟停,應(yīng)急冷凍機組冷凍水出口溫度大于15℃時啟動冷凍機組,當應(yīng)急冷凍機組冷凍水出口溫度下降至接近8℃(應(yīng)急冷凍機組跳閘定值3℃,復位值7℃),停運應(yīng)急冷凍機組。冷凍機組沒有油分,如引射器裝置。

        圖1 冷凍機工作原理

        離心式壓縮機由電機、葉輪、擴壓器、入口導葉組成,冷媒由入口導葉進入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪,加大動能后沿葉輪半徑方向甩出,進入擴壓器,動能轉(zhuǎn)化為壓力能從而提高冷媒壓力。

        機組會根據(jù)負荷大小調(diào)整入口導葉的開度,導葉容量控制的液壓系統(tǒng)包括4個電磁閥,有壓力的油經(jīng)過過濾器后直接由電磁閥操縱。根據(jù)控制信號的顯示為有負荷或無負荷決定油的流向。開放葉片(使壓縮機負荷)則1號、3號電磁閥通電,2號、4號電磁閥斷開,使油從A方向流向活塞的另一方。關(guān)閉葉片(使壓縮機無負荷),則1號、3號電磁閥斷開,2號、4號電磁閥通電,將活塞和葉片移向無負荷的位置。當1號、2號電磁閥通電;3號、4號電磁閥斷開時油壓會直接沖擊活塞A接口和B接口,導葉控制原理如圖2所示。

        圖2 導葉控制原理

        2 跳閘事件描述和原因分析

        2.1 跳閘事件描述

        在啟動應(yīng)急冷凍機組的過程中,機組啟動約15 s之后跳閘,同時在現(xiàn)場報警盤發(fā)出壓縮機故障報警,經(jīng)過檢查現(xiàn)場參數(shù)沒有其他異常。

        2.2 跳閘事件原因分析

        根據(jù)制造廠運維手冊和機組運行規(guī)程提示,“壓縮機電機故障”可能的原因有三相電壓不平衡、電壓下降大、電氣保護繼電器誤動、電機過載等。應(yīng)急冷凍機組在啟動信號發(fā)出后,應(yīng)急冷卻水泵和機組油泵隨即自動聯(lián)鎖啟動,相關(guān)儀表參數(shù)顯示正常,15 s后機組壓縮機自動啟動,2~3 s后就地控制屏上觸發(fā)“壓縮機電機故障報警”,冷凍機組自動跳閘停機。

        根據(jù)故障分析,導葉控制故障可能會造成電流大的現(xiàn)象。將能量調(diào)節(jié)裝置調(diào)整至手動狀態(tài),試驗啟動油泵,手動調(diào)節(jié)導葉開度,現(xiàn)場觀察導葉開度變化與手動能量調(diào)節(jié)趨勢一致,排除導葉故障的可能。

        從邏輯控制分析,故障可能出現(xiàn)在容量控制系統(tǒng)的負荷設(shè)置上。此冷凍機組是定頻壓縮機,容量控制只有通過控制進氣口導葉來調(diào)整進氣量來實現(xiàn),手段單一。而秦山地區(qū)冬夏氣候溫差大,單位體積水負荷差別大,冷卻水冷凍水溫在各個季節(jié)也會出現(xiàn)升降。關(guān)于容量控制設(shè)置負荷參數(shù)方面,符合冬季低水溫的參數(shù)就不一定符合夏季情況,會出現(xiàn)負荷設(shè)置值所需的導葉開度過大,導致導葉打開時出現(xiàn)電流增加過快,可能會出現(xiàn)過電流跳機。

        近年曾出現(xiàn)應(yīng)急冷凍機壓縮機啟動20 min后發(fā)壓縮機電機故障報警,故障原因為本體上的控制能量電磁閥故障。根據(jù)故障現(xiàn)象和歷史情況分析,本次啟動后跳閘可能是相同原因?qū)е?。檢查相關(guān)電磁閥功能正常,排除因電磁閥造成的電流過大、壓縮機電機故障報警的可能。

        根據(jù)故障分析,檢查壓縮機電機的電氣控制回路中可能存在的故障。對3E-ry繼電器(壓縮機故障報警是由于該繼電器動作后引起的跳閘)進行校驗,并校驗整流器SET-3A,校驗結(jié)果均為合格,排除了由于電氣控制回路中某些元器件誤動作導致跳閘的可能。同時可得出跳機是因為壓縮機電機過負荷所致,不是電源相電壓不平衡等原因。

        查閱全自動啟動程序。當打開啟動開關(guān)時,油泵開始運行,油壓上升,開始給軸承和其他部件供油;油壓上升后約30 s內(nèi),且關(guān)閉氣流調(diào)節(jié)器后,冷水機組開始啟動;啟動后15 s內(nèi),冷水機組自動開始正常運行;達到正常運行時,流量調(diào)節(jié)閥自動打開,制冷能力增加,冷水開始冷卻。是冷水機組啟動后約30 s發(fā)生的跳閘(此處因果關(guān)系不明,且與前文“2.1跳閘事件描述”中15 s發(fā)生跳閘的描述不符,需查實確認)。查找歷史狀態(tài)報告,發(fā)現(xiàn)本燃料循環(huán)(C20)1#機由于油位低曾經(jīng)加油3次,且未發(fā)現(xiàn)有外漏現(xiàn)象,說明潤滑油隨機組運轉(zhuǎn)進入蒸發(fā)器等設(shè)備。離心式冷凍機采用迷宮密封,充分利用離心式壓縮機高速轉(zhuǎn)動的特性,有效發(fā)揮迷宮高速轉(zhuǎn)動后的熱力學性能保證密封,同時迷宮的金屬材料不受高溫的影響。迷宮式密封比較依賴于兩端壓差,當冬季環(huán)境溫度過低和冷水出口溫度太高時導致冷凝壓力小于油壓,如果壓差時間過長,就很有可能會跑油。

        另外,冬季負荷較小的情況下,冷媒壓縮比增大,冷媒氣體過熱度增大、壓力變低,不利于壓縮機迅速建立壓差,在這樣的情況下更容易發(fā)生壓縮機進液和跑油。通過壓縮機迷宮式機械密封跑油,潤滑油跟隨氟利昂進入冷凍機各個位置,導致油箱油位下降。發(fā)生故障的冷凍機技術(shù)較陳舊,沒有設(shè)置專門的在線油回收裝置,混入氟利昂系統(tǒng)里面的潤滑油不能自動回收?;烊氲臐櫥鸵砸环N游離態(tài)存在氟利昂系統(tǒng)里,導致氟利昂不完全氣化。當冷凍水溫較高時,機組啟動導葉迅速打開至全開,壓縮機內(nèi)液化的氟利昂和混入的潤滑油產(chǎn)生泡沫,大量氣泡狀吸入壓縮機產(chǎn)生液壓縮,因此壓縮機負荷加重,運轉(zhuǎn)電流上升,導致壓縮機電機過電流停機。

        3 預(yù)防措施

        (1)負荷運行導致潤滑油供應(yīng)過多而導致油位下降時,避免補充額外的潤滑油。

        (2)調(diào)節(jié)油過濾器上部閥門以及電機軸承供油閥門使油供應(yīng)和回收順暢。

        (3)在正常負載下運行并且壓力穩(wěn)定,則具備了潤滑油回收正常運行的條件。按國標及728院核級冷凍機設(shè)計規(guī)范書及廠家使用說明書要求,冷卻水進水溫度32℃,出水溫度37℃,冷凍水進水溫度12℃,出水溫度7℃。目前冷卻水進水溫度設(shè)定在26.5℃,設(shè)定值過低。設(shè)備調(diào)試必須在額定(標準工況)工況下進行,否則所有參數(shù)誤差太大,對設(shè)備穩(wěn)定運行不利。尤其在冬季,冷卻水水溫過低將會增加設(shè)備及跑油風險。

        4 結(jié)語

        經(jīng)處理后至今沒有再出現(xiàn)因類似原因造成的跳機。查尋歷史工單發(fā)現(xiàn)油箱油位低出現(xiàn)次數(shù)較高,尤其是在冬季,壓縮機電機潤滑油經(jīng)常跑油至制冷劑中,導致電機過負荷跳機問題。應(yīng)該避免補充額外的油并使冷卻水溫在合理區(qū)間內(nèi)。

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