一種蒸汽發生器水位波動故障分析與處理

孫萌

【摘 要】蒸汽發生器是核電廠的重要設備，核電廠正常運行時蒸汽發生器必須保持正常的水位，盡量避免蒸汽發生器水位波動的情況。本文對核電廠一種蒸汽發生器水位波動故障現象進行了分析，通過理論分析和現場測試定位到了故障設備為“蒸汽發生器水位控制選擇開關”，又通過實驗數據找到了根本原因是開關觸點偶發閉合不良，最后提出了整改措施。本文的整改措施可以有效地避免這種蒸汽發生器水位波動故障再次發生，為同類型的核電廠提供了寶貴的經驗。

【關鍵詞】核電廠;主控開關;開關切換;T1試驗

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）04-0255-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.100

0 引言

核電廠蒸汽發生器水位是核電廠的重要參數，關系到機組的安全穩定運行，如果蒸汽發生器水位產生大幅度的波動，可能會導致停堆。為保證蒸汽發生器水位測量控制的準確性，每2個月會對相關通道進行定期試驗，但是在試驗過程中，出現過蒸汽發生器水位異常的情況。

1 故障背景

某核電廠主控室操縱員某次執行“蒸汽發生器水位兩月周期試驗”（以下簡稱T1試驗）時，將主控的“蒸汽發生器水位控制選擇開關”切換后開始試驗，卻發現蒸汽發生器水位主調節閥迅速全開，蒸汽發生器水位大幅波動，并觸發蒸汽發生器水位不正常報警。 操縱員立刻停止T1試驗，并手動控制蒸汽發生器水位主調節閥，使蒸汽發生器水位穩定，然后恢復“蒸汽發生器水位控制選擇開關”的初始位置。

該故障導致了蒸汽發生器水位主調節閥異常開度，引起了蒸汽發生器水位大幅波動，如果干預不及時，蒸汽發生器水位可能達到停堆值而觸發停堆。

1.1 T1試驗原理分析

T1試驗為“蒸汽發生器水位兩月周期試驗”，是過程控制系統（KRG系統）的一個重要試驗。KRG系統是過程控制系統，它接收來自現場過程測量儀表的模擬信號（包括電流信號、熱電阻信號、熱電偶信號、頻率信號等），同時給現場二線制變送器配電，然后系統根據設計要求對現場模擬信號進行處理，再送到相關系統和設備進行顯示、記錄、處理，對核電廠起著控制和保護作用。

T1試驗臺是T1試驗專門的裝置，它提供盡可能接近實際的模擬信號送入需試驗的測量回路，通過檢查信號的轉換誤差、閾值繼電器是否動作、動作閾值誤差是否滿足設計要求等，來判斷KRG系統保護測量通道是否發生故障。

T1試驗相關開關有“正常”和“試驗”2種位置。正常運行時，開關在“正常”位置，即通道的信號來自現場變送器，該信號經過一系列運算處理后，輸出開關量信號，送往反應堆保護系統;進行T1試驗時，開關位置由“正常”位置轉換到“試驗”位置，現場變送器信號被切除，送往反應堆保護系統的信號通路被切斷。T1試驗臺注入試驗信號，該信號同樣經過通道中各模塊的運算處理，但此時的信號只是引起試驗燈亮、滅的狀態變化，實際的開關信號并沒有送到反應堆保護系統。

1.2 開關動作原理分析

“蒸汽發生器水位控制選擇開關”使用的是機械式轉動開關，靠轉動凸輪使觸點閉合或斷開，原理如圖1、圖2所示：

當帶彈簧的擋塊沒有進入凸輪的凹槽時，觸點A和B分離，接線端子1、2不通;

2 故障原因分析

2.1 故障點定位

正常運行時“蒸汽發生器水位控制選擇開關”置于“正常”位置，現場變送器送來的實際信號進行一系列的計算比較后，形成控制指令來控制蒸汽發生器水位主調節閥;在進行T1試驗時“蒸汽發生器水位控制選擇開關”置于“試驗”位置，切除來自T1試驗臺的測試信號，使T1試驗臺發出的測試信號不參與到通道回路中，即測試信號不會真正產生控制指令到反應堆保護系統。

故障時蒸汽發生器水位異常波動，蒸汽發生器水位主調節閥迅速全開，懷疑回路實際使用了T1試驗臺發出的試驗信號控制蒸汽發生器水位主調節閥，推測故障原因為“蒸汽發生器水位控制選擇開關”切換不成功。

在現場對“蒸汽發生器水位控制選擇開關”進行測量，具體的測試數據見表1。共測試2次，第一次測試結果正常，第二次測試結果異常，故障再現，可以判斷故障的直接原因為“蒸汽發生器水位控制選擇開關”切換不成功。

2.2 故障設備分析

在實驗室對故障開關進行測試，首先對開關觸點的材料進行了金相分析，分析數據表明，開關的接線端子和觸點表面為合金渡層含金量為18%，符合標注，目視檢查觸點表面光潔，無明顯氧化現象。然后測量開關在“試驗”位置的電阻值，共進行100次測試，電阻均為0.3-0.2Ω，小于10Ω標準，測試合格，故障未再現。模擬現場對開關進行了電纜接線，并對開關進行可靠性測試，對開關進行了10000次切換操作，測試觸點閉合時阻值均為0.2Ω，小于10Ω標準，測試合格，故障未再現。

該開關在每個大修都有預防性維修，大修時對開關在不同位置時的觸點阻值進行測試、對開關的操作性能進行檢查，如發現切換不成功則進行更換，該開關的預防性維修項目已較完善。十年來該開關從未出現過故障，排除重復故障的可能。

2.3 開關端子接不同線鼻子測試

現場電纜使用的是針型線鼻子，行業中常用的線鼻子有針型、U型、O型3種。為了測試不同線鼻子對開關切換的影響，在同一開關上接了3種線鼻子，使用伏安法對電阻進行測試，測試數據如表2。從測試結果來看，三種接線方式對觸點阻值沒有明顯影響，但從接觸面積來看，O型鼻子接觸面積最大。

2.4 開關接線/尾部電纜綁扎情況

參與控制T1試驗的同類開關共有12個，檢查現場的這些開關，電纜并線不受擠壓，尾部電纜全部與開關尾部角鐵綁扎一起，電纜無擠壓情況。排除電纜連接問題導致開關切換不成功。

繼續檢查這12個開關的端子接線情況，發現1個開關的接線端子有一根并線脫落，1個開關的端子松動，其它開關未發現異常。但是這種開關切換不成功故障不會是由于電纜接線松動導致，因為如開關電纜接線松動，那么開關在切換后，觸點電阻應保持不變，比如保持在1.7MΩ，而實際情況是觸點電阻緩慢變化，從1.7MΩ緩慢降至300KΩ左右穩定。

綜上所述，故障的直接原因是開關切換不成功，根本原因是開關觸點偶發閉合不良。

3 整改措施及效果

針對開關觸點偶發閉合不良的根本原因，開發整改措施。

1）在報警系統中增加T1試驗相關的12個開關是否切換到位的報警，在試驗時，操縱員在主控室可以通過該報警來判斷是否切換成功否;

2）將相關開關的線鼻子由針型換成O型，雖然試驗得出結論接線方式對觸點阻值沒有明顯影響，但O型線鼻子從理論上來說是接觸面積最大的，試驗數據也測得是阻值最小的，是三種接線方式中的最優選擇。

整改措施實施2年來，共進行T1試驗約50次，這12個開關都沒有出現切換不成功的故障，整改措施是切實有效的。

4 結束語

從本文的分析可以看出，核電廠對T1試驗相關開關的維修保養政策是可行的，但也會出現偶然故障導致蒸汽發生器水位波動的情況。本文分析了一種蒸汽發生器水位波動故障，找出根本原因是開關觸點偶發閉合不良。并提出在報警系統中增加開關是否切換到位的報警;將開關的線鼻子由針型換成O型2項整改措施。到目前為止，T1試驗相關開關未出現類似切換故障，說明了分析和整改措施取得了良好的效果。本文為本電廠及同型電廠的同類開關避免出現類似故障提供了借鑒，具有推廣意義。

【參考文獻】

[1]《儀控培訓之系統功能篇》，秦山核電聯營有限公司，2007.

[2]《集中模擬量控制系統（KRG）》，大亞灣核電營運管理有限責任公司，2005.