針對(duì)核電廠(chǎng)交流勵(lì)磁機(jī)冷風(fēng)控制喪失的故障改造和分析

王哲明　劉信信　楊帆

摘 要：本文針對(duì)核電廠(chǎng)一次交流勵(lì)磁機(jī)風(fēng)溫控制功能喪失的故障過(guò)程，對(duì)故障原因展開(kāi)分析并介紹了故障處理的改造措施。在改造工作中通過(guò)更換損壞元件、完善DCS畫(huà)面軟報(bào)警信息、增加勵(lì)磁機(jī)風(fēng)溫測(cè)溫元件的冗余配置三個(gè)方面改善了勵(lì)磁機(jī)冷風(fēng)控制的可靠性，通過(guò)改造工作，加強(qiáng)了類(lèi)似故障的情況下操縱員及系統(tǒng)的響應(yīng)能力。

關(guān)鍵詞：DCS；核電；控制

1 概述

核電廠(chǎng)交流勵(lì)磁機(jī)被封閉在一個(gè)金屬罩內(nèi)，通過(guò)罩內(nèi)的空冷系統(tǒng)，形成一個(gè)密閉的以空氣為冷卻介質(zhì)的熱交換空間，確保勵(lì)磁機(jī)在規(guī)定的溫度下運(yùn)行。而勵(lì)磁機(jī)空氣冷卻器的冷卻介質(zhì)是來(lái)自常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)的冷卻水。在空氣冷卻器的進(jìn)水管路上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)冷卻水流量使空冷系統(tǒng)的溫度維持在一個(gè)恒定值。在M310壓水堆核電勵(lì)磁機(jī)風(fēng)溫控制設(shè)計(jì)中，利用DCS系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)）跟蹤勵(lì)磁機(jī)的整流輪位置的入口冷風(fēng)溫度變化的趨勢(shì)，對(duì)上游的空冷器冷卻水出口調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水流量使入口冷風(fēng)溫度保持恒定。

2013年，某核電機(jī)組勵(lì)磁機(jī)整流輪冷風(fēng)風(fēng)溫信號(hào)出現(xiàn)異常抖動(dòng)，在偶發(fā)工況下出現(xiàn)緊急事件。再此期間勵(lì)磁機(jī)空冷器的冷卻水出口調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉且切換為手動(dòng)控制，勵(lì)磁機(jī)冷卻功能喪失，最終造成勵(lì)磁機(jī)軸瓦溫度異常上升。本文主要針對(duì)事件發(fā)生后開(kāi)展的相關(guān)改造工作，故障產(chǎn)生過(guò)程和改造過(guò)程中已證實(shí)的故障原因進(jìn)行較系統(tǒng)的論述。

2 事件過(guò)程及分析

2.1 事件過(guò)程

某核電機(jī)組勵(lì)磁機(jī)整流輪冷風(fēng)風(fēng)溫信號(hào)首先出現(xiàn)較大范圍的溫度波動(dòng)，同時(shí)主控室接收到閃發(fā)的“MCS IO BAD”報(bào)警，隨后報(bào)警消失。幾分鐘后，勵(lì)磁機(jī)軸瓦溫度明顯上升，操作人員核對(duì)后發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)空冷器冷卻水出口調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉位置，且已經(jīng)自動(dòng)切換為手動(dòng)控制模式。在及時(shí)手動(dòng)開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥后，勵(lì)磁機(jī)溫度回復(fù)正常。此時(shí)由于信號(hào)仍然持續(xù)波動(dòng)，因此采用臨時(shí)措施方式，將該雙支熱電阻的另一路信號(hào)（原送DEH系統(tǒng)）送入DCS系統(tǒng)參與冷卻水流量調(diào)節(jié)閥控制。

2.2 響應(yīng)處理過(guò)程

勵(lì)磁機(jī)整流輪冷風(fēng)風(fēng)溫信號(hào)測(cè)溫元件為三線(xiàn)制雙支鉑電阻，其電阻信號(hào)送至常規(guī)島DCS系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)內(nèi)該熱電阻設(shè)定的溫度量程為0-150℃。在事件后分析過(guò)程中查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)現(xiàn)，該溫度信號(hào)短時(shí)間內(nèi)在-20℃至130℃區(qū)間波動(dòng)，最低曾達(dá)到-20℃，低于DCS系統(tǒng)設(shè)定的量程下限，因此出現(xiàn)了風(fēng)溫信號(hào)的“IO BAD”報(bào)警的閃發(fā)，并瞬間觸發(fā)“MCS IO BAD”聲光組合報(bào)警。根據(jù)該核電機(jī)組DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，當(dāng)調(diào)節(jié)閥控制輸入信號(hào)出現(xiàn)“IO BAD”時(shí)，調(diào)節(jié)閥會(huì)自動(dòng)切換至手動(dòng)狀態(tài)。從歷史趨勢(shì)上來(lái)看，調(diào)節(jié)閥先是受到波動(dòng)的風(fēng)溫信號(hào)影響對(duì)閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在某一時(shí)間段內(nèi)，由于整流輪冷風(fēng)風(fēng)溫過(guò)冷，閥門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)至全關(guān)位置，停止供應(yīng)冷卻水，之后溫度繼續(xù)降低至系統(tǒng)默認(rèn)下限之下，觸發(fā)“IO BAD”報(bào)警，閥門(mén)恰好在全關(guān)位置切換為手動(dòng)模式，導(dǎo)致冷卻水流量不足，且調(diào)節(jié)閥喪失自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，勵(lì)磁機(jī)冷風(fēng)冷源喪失。在運(yùn)行操縱員干預(yù)之前，這種狀況得不到改善，致使交流勵(lì)磁機(jī)軸瓦溫度升高。而操縱員在接收到“MCS IO BAD”聲光組合報(bào)警后，由于報(bào)警源在主控室光字牌及DCS系統(tǒng)畫(huà)面中都沒(méi)有詳細(xì)的列出，因此無(wú)法第一時(shí)間確認(rèn)故障來(lái)源，直至幾分鐘后，勵(lì)磁機(jī)軸瓦溫度高觸發(fā)另一報(bào)警后，才引起操縱員的重視。此時(shí)已經(jīng)錯(cuò)過(guò)了事件響應(yīng)的第一時(shí)間。事件發(fā)生后，操縱員發(fā)現(xiàn)風(fēng)溫信號(hào)持續(xù)波動(dòng)的故障存在。此時(shí)，該信號(hào)已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)閥的控制。因此只能將雙支熱電阻中原本送入DEH系統(tǒng)的另一支引入DCS進(jìn)行控制。

從此次事件的發(fā)生過(guò)程來(lái)看，勵(lì)磁機(jī)整流輪冷風(fēng)風(fēng)溫信號(hào)出現(xiàn)不明原因的波動(dòng)是整個(gè)事件的主要原因，主控室的“MCS IO BAD”組合報(bào)警無(wú)法反映詳細(xì)的故障來(lái)源是造成本次事件的次要原因。而測(cè)溫元件備用測(cè)點(diǎn)數(shù)量的不足，限制了事件后期應(yīng)急處理的能力。

3 勵(lì)磁機(jī)風(fēng)溫控制維修與改造

3.1 風(fēng)溫測(cè)溫元件的故障

通過(guò)觀(guān)察事件過(guò)程中的風(fēng)溫溫度趨勢(shì)記錄可以發(fā)現(xiàn)，測(cè)溫使用的熱電阻出現(xiàn)了較大幅度的尖峰波動(dòng)，阻值不穩(wěn)定，熱電阻信號(hào)幾分鐘內(nèi)劇烈波動(dòng)，而正常的設(shè)定溫度是35℃，符合測(cè)量回路短路或斷路導(dǎo)致的故障現(xiàn)象[1]。因此推論測(cè)溫?zé)犭娮钃p壞或?qū)Ь€(xiàn)有虛接且正負(fù)極導(dǎo)線(xiàn)有間歇性接觸。

經(jīng)分析可能的故障位置：①熱電阻內(nèi)部接線(xiàn)；②勵(lì)磁機(jī)本體接線(xiàn)箱內(nèi)的端子；③DCS系統(tǒng)機(jī)柜端端子；④電纜。

在大修期間，對(duì)勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行解體后，針對(duì)以上幾個(gè)可疑位置分別進(jìn)行檢查，總結(jié)實(shí)際的故障來(lái)源于以下兩個(gè)方面：

①熱電阻阻值有波動(dòng)：三線(xiàn)制熱電阻自身的焊點(diǎn)或接線(xiàn)在長(zhǎng)期振動(dòng)下易發(fā)生老化損壞，使三線(xiàn)制熱電阻中的一根或兩根線(xiàn)電阻值不穩(wěn)定，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果隨震動(dòng)出現(xiàn)波動(dòng)誤差。

②勵(lì)磁機(jī)本體接線(xiàn)箱內(nèi)的端子損壞導(dǎo)致三線(xiàn)制熱電阻不同的線(xiàn)之間有短路：隨勵(lì)磁機(jī)交貨自帶的設(shè)備內(nèi)部接線(xiàn)端子設(shè)計(jì)源自美國(guó)，是在上個(gè)世紀(jì)70年代勵(lì)磁機(jī)生產(chǎn)技術(shù)引進(jìn)期間設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。在機(jī)組換料大修期間，維修人員發(fā)現(xiàn)該類(lèi)端子部分被擠壓碎裂，會(huì)導(dǎo)致接線(xiàn)端子脫出端子排結(jié)構(gòu)，事件中產(chǎn)生波動(dòng)的熱電阻端子已經(jīng)處于自由活動(dòng)狀態(tài)，易接觸臨近的端子造成端子間短路。

由于勵(lì)磁機(jī)的維護(hù)工作需要在汽輪機(jī)停機(jī)以及勵(lì)磁機(jī)解體的條件下才可以開(kāi)展，每一次處理的時(shí)間成本較高，因此對(duì)于勵(lì)磁機(jī)內(nèi)部的熱電阻維護(hù)選擇使用可靠性較高的整體更換方式處理。針對(duì)第一個(gè)故障點(diǎn)，更換了勵(lì)磁機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)包括整流輪冷風(fēng)風(fēng)溫測(cè)溫元件在內(nèi)的全部四個(gè)熱電阻組件，確保近期不會(huì)再次發(fā)生疲勞老化故障。針對(duì)第二個(gè)故障點(diǎn)，將勵(lì)磁機(jī)內(nèi)所有的儀控信號(hào)通道都用抗震端子排替換。從改造后6個(gè)月的觀(guān)察結(jié)果來(lái)看，熱電阻的波動(dòng)現(xiàn)象已經(jīng)消失，元器件再次發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)消除。

3.2 DCS系統(tǒng)內(nèi)軟報(bào)警窗完善

“MCS IO BAD”報(bào)警被設(shè)計(jì)在主控制室的聲光報(bào)警處理系統(tǒng)中。它是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（MCS系統(tǒng)，也稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)）內(nèi)主要信號(hào)的輸入輸出故障、測(cè)量結(jié)果偏差大等一系列非常規(guī)狀態(tài)的組合報(bào)警。在這次事件的過(guò)程中，從報(bào)警處理系統(tǒng)觸發(fā)“MCS IO BAD”聲光組合報(bào)警，至勵(lì)磁機(jī)溫度上升至觸發(fā)勵(lì)磁機(jī)軸瓦溫度高報(bào)警的期間，運(yùn)行人員無(wú)法通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)獲得足夠的信息來(lái)確認(rèn)組合報(bào)警的報(bào)警來(lái)源，反映出了報(bào)警信息反饋功能的不足。

因此，為了進(jìn)一步的滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[2]，在DCS系統(tǒng)工程師站及操作員站中，增加一份較為詳細(xì)的“MCS IO BAD”報(bào)警源清單畫(huà)面。其報(bào)警功能同其他常規(guī)報(bào)警一樣，在報(bào)警觸發(fā)時(shí)為快閃，確認(rèn)報(bào)警存在則為常亮，報(bào)警消失時(shí)為慢閃，確認(rèn)報(bào)警消失則熄滅。保證報(bào)警的信息的可追溯性，有利于操縱員快速定位故障位置，做出響應(yīng)，提高對(duì)于緊急情況的應(yīng)急響應(yīng)速度。

3.3 勵(lì)磁機(jī)風(fēng)溫測(cè)溫元件冗余布置

針對(duì)勵(lì)磁機(jī)內(nèi)測(cè)溫元件的安裝條件，從維護(hù)便利和設(shè)備可靠性角度來(lái)考慮，在勵(lì)磁機(jī)內(nèi)的原測(cè)點(diǎn)位置增加一套風(fēng)溫測(cè)溫元件，這樣不但可以輔助監(jiān)視勵(lì)磁機(jī)整流盤(pán)冷風(fēng)溫度，而且還可以解決備用信號(hào)通道不足的問(wèn)題。在出現(xiàn)類(lèi)似故障的之后，可以及時(shí)將備用信號(hào)接入DCS邏輯控制，避免影響DEH系統(tǒng)的監(jiān)視功能。

考慮到同一測(cè)點(diǎn)的兩支測(cè)溫元件出現(xiàn)差異，每一支都會(huì)出現(xiàn)孤證問(wèn)題，不利于運(yùn)行人員的判斷。因此在改造設(shè)計(jì)時(shí)人為的將新增的這支熱電阻降級(jí)處理，將信號(hào)送入順序控制系統(tǒng)中，僅作為輔助監(jiān)視用，不參與邏輯控制，并在DCS畫(huà)面中明確標(biāo)注。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)故障過(guò)程和故障原因的分析，我們對(duì)交流勵(lì)磁機(jī)的相關(guān)測(cè)溫元件以及主控室報(bào)警信息進(jìn)行了適應(yīng)性的修改，包括對(duì)勵(lì)磁機(jī)整流盤(pán)冷風(fēng)溫度溫度測(cè)量線(xiàn)的檢查與替換、測(cè)溫元件的冗余設(shè)計(jì)和DCS系統(tǒng)人機(jī)畫(huà)面報(bào)警信息的補(bǔ)充設(shè)計(jì)。通過(guò)以上的改造設(shè)計(jì)工作，可以從根本上杜絕相同事件的發(fā)生并有效提升了設(shè)備的可靠性、改進(jìn)同類(lèi)事件發(fā)生后的應(yīng)急響應(yīng)條件。希望這類(lèi)分析可以為其他電廠(chǎng)特別是核電廠(chǎng)的勵(lì)磁機(jī)維護(hù)工作提供有益的參考，為后續(xù)的勵(lì)磁機(jī)風(fēng)溫邏輯設(shè)計(jì)提供良好的反饋。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋德濤.熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的維護(hù)和故障處理[J].江西煤炭科技，2011（1）：71-72.

[2]DL/T 5423-2009，核電廠(chǎng)常規(guī)島儀表與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.