穩壓器加熱器調功裝置閃發配電裝置故障分析

摘要：本文針對某核電廠穩壓器比例式加熱器在響應一回路壓力調節時。調功裝置上出現配電裝置故障報警，檢查發現穩壓器加熱器調功裝置上“相不平衡”故障燈亮，通過對該調功裝置內的功率控制電路、可控硅控制電路、故障監測電路、可控硅及供電回路逐步排查，找出故障報警出現的根本原因，從而保證了穩壓器加熱器調功裝置運行的可靠性。

關鍵詞：加熱器;調功裝置;故障報警;

0.引言

穩壓器是壓水堆核電站對一回路壓力控制和超壓保護的關鍵設備。穩壓器加熱器作用一是在反應堆啟動期間加熱一回路冷卻劑，使穩壓器內冷卻劑溫度對應于運行壓力下的飽和溫度;二是在反應堆運行期間當一回路壓力下降時自動投入以提升并維持一回路壓力。穩壓器加熱器調功裝置可以調節加熱器的功率輸出，控制穩壓器中冷卻劑的溫度，從而參與對一回路壓力的控制[1] 。某核電廠穩壓器加熱器調功裝置在響應一回路壓力調節時。主控出現配電裝置故障報警，現場檢查發現穩壓器加熱器調功裝置報警盤上“相不平衡”故障燈亮，在調功裝置上進行復位后，“相不平衡”報警消失。為提高穩壓器加熱器的運行可靠性，對出現此故障報警進行了根本原因分析。

1.穩壓器加熱器調功裝置介紹

1.1調功裝置基本原理

加熱器調控裝置主要由功率控制電路、可控硅控制電路、故障監測電路、可控硅及供電回路組成?？煽毓杩刂齐娐肥峭ㄟ^控制信號輸入，去控制串聯在主電源回路的可控硅，由此達到調節功率的目的。該裝置采用時間比例零位控制模式，通過控制負載電壓的周波通斷比來控制負載的功率。采用這種控制，即實現了溫度控制，又消除了相位控制帶來的高次諧波問題。

穩壓器加熱器調功裝置采用3組二極管和3組可控硅反相并聯的接線方式，每相控制單元由2只并聯的可控硅和一個反相并聯的二極管共同構成，相當于組成了一個軟開關，該軟開關的通斷和觸發脈沖完全同步。其比較信號采用鋸齒波，將4-20mA DC控制信號和鋸齒波的比較后，形成觸發脈沖信號，當電源電壓到自然換相點時通過觸發脈沖信號使可控硅導通若干個周波，當觸發脈沖截止時則可控硅關斷若干個周波，通過改變可控硅通斷的時間比的方式達到調節功率的目的[2] 。

1.2相不平衡報警工作原理

穩壓器加熱器調功裝置上的“相不平衡”報警是通過CT采集電流信號轉換為電壓信號送入相不平衡監測電路，三相電流對應的電壓信號通過相不平衡監測電路向量求和后，通過運算放大器將運算結果與相不平衡報警定值（設定值為2V）進行比較，若超出閾值，則觸發“相不平衡”報警。通過反推計算，相不平衡報警定值對應的負載電流不平衡度為8%，相間電流差約為30A。調功裝置內的“相不平衡”僅僅觸發報警，對穩壓器加熱器的運行不會產生影響。

2.原因分析

2.1相不平衡故障報警可能的原因分析

通過對穩壓器加熱器調功裝置主回路及可控硅進行檢查，排除了加熱器開路及可控硅擊穿的可能。對裝置內部相不平衡卡件及監測回路進行檢查未發現卡件損壞、報警定值漂移、采樣CT損壞等現象，調功裝置內部保險直阻正常。因此初步確認此次報警的原因為4-20mA控制信號大幅頻繁波動導致。

2.24-20mA控制信號大幅頻繁波動導致相不平衡報警原因分析

由于穩壓器一回路壓力大幅波動，控制調功裝置出力的4-20mA信號也隨之大幅波動或者跳變。已知三相交流電流之間有120°的相位差，且調功裝置屬于過零觸發，可控硅的通斷是以周波為單位，三相電流的過零點存在極短的時間差（約20/3 ms）。當一回路壓力變化不大的時候，觸發脈沖的變化較緩，該時間對調功裝置的調節無影響。如果控制信號變化過快，導致調節過程中三相相電流的導通觸發調節過程變化過快，此時可能導致某一相已導通而另外兩相尚未導通或兩相導通而另一相未導通的情況產生。如果同時調節信號變化很大，導致觸發脈沖的寬度變化超過了半個周波時間（10 ms），此時已導通相將通過一個周波后才能截止，從而出現瞬間的調節紊亂現象。調節信號如果在短時間內頻繁發生，相不平衡卡件可能檢測到三相電流的不平衡度超過8%，從而產生“相不平衡”報警。此次的報警出現在穩壓器一回路壓力波動期間，調節信號波動很大，因此可以確定報警出現的原因為調功裝置的調節信號大幅波動導致。

該報警屬于狀態報警，當相不平衡電路監測到主回路三相電流不平衡度達到8%后，發出該報警。該報警不參與加熱器調節和控制，不影響穩壓器加熱器的正常運行和調節控制功能。

3.歷史同類事件統計分析

查詢檢修歷史記錄，該電廠從商運至今，閃發此類“相不平衡”報警的共有14次。從統計數據上看，該報警的是隨機出現的，同一機組的“相不平衡”報警的出現也是不規律的。從報警機理對比分析可能和調功裝置的電源相位有關。從檢修歷史記錄中還可以發現該報警基本出現在機組升溫升壓或者GRE/RGL相關試驗會引起穩壓器一回路壓力大幅波動過程中。

同法國EDF專家核實國外核電站中也存在類似問題，EDF專家認為該報警的風險不高，他們并沒有從電站層面采取任何措施去解決該問題。同時，他們也提出可以通過修改設定值來限制，法國卡特農核電站（CATTENOM）已將該報警設定值值由2V調至3V。

4.結束語

在機組升溫升壓或者進行功率波動試驗期間，穩壓器一回路壓力波動較大時，穩壓器加熱器的調功裝置的4-20mA控制信號將會大幅波動，從而可能由于瞬態的調節擾動引發“相不平衡”報警。該報警不參與加熱器調節和控制，不影響穩壓器加熱器的正常運行和調節控制功能。由于該報警回路具有自保持功能，因此出現報警后需要在調功裝置上進行復位。法國EDF專家認為可以通過優化調功裝置“相不平衡”報警設定值，從而限制該報警在一回路瞬態過程中隨機產生。

參考文獻：

[1] 張志國.穩壓器電加熱器異常跳停故障分析[J].電工技術，2017（8）：87-88.

[2] 張中杰.加熱器功率調節器可控硅擊穿故障分析[J].電子測試，2016（9）：103-105.

作者簡介：

賀吉昌（1983-），男，廣東汕尾，工程師，從事核電電氣運維工作。

（作者單位：中廣核陸豐核電有限公司）