核電站大氣釋放閥調試故障淺析

付興成

（三門核電有限公司，浙江 三門 317112）

0 引言

在先進的三代機組中，大氣釋放閥執行蒸汽發生器隔離和蒸汽發生器排放隔離的安全功能。當凝汽器、循環水泵或凝汽器蒸汽排放功能不可用時，通過大氣釋放閥排放來冷卻電站。

三門核電站使用的大氣釋放閥是口徑12in 的調節閥，儀控相關的附件包括定位器、氣動閥放大器、1E 級電磁閥和限位開關。該閥門的失效位置是關閉位置，正常機組運行時閥門處于關閉狀態，1E 級電磁閥處于常帶電模式。該閥門閥芯設計較為特殊，帶有先導閥，其中主閥行程6in，先導閥行程0.5in。該閥門的調試工作主要關注閥門的調節性能，同時保證閥門在運行工況下具備開啟的功能[1]。

1 大氣釋放閥調試故障處理

該閥門的冷態調試包括機械檢查、校線檢查、儀控附件校驗、診斷測試。其中，該閥門帶有手輪且手輪機構較為特殊，操作時要嚴格按照操作手冊執行，同時該閥門帶有上下氣缸平衡閥，手動操作時需要開啟該平衡閥，操作完成后需要關閉該平衡閥。

1.1 冷態調試故障處理

該閥門的冷態調試項目如下：

1）機械檢查：手動操作該閥門確認閥門手動操作正常，動作過程中沒有明顯的卡澀。檢查各機械連接部件連接完好，沒有明顯松動或部件缺失。

表1 定位器線性度檢查Table 1 Locator linearity check

2）校線檢查：依據電氣接線圖紙對閥門的信號反饋接線進行查線，本閥門帶有1E 級電磁閥，在進行校線檢查時尤其要關注電磁閥接線的正負極問題，如果接線錯誤會導致電磁閥損壞。

3）儀控附件校驗：主要包括定位器控制性能檢查和限位開關調整。

4）診斷試驗：通過采集閥門的供氣壓力、定位器壓力、執行機構內部壓力、閥門行程和閥桿推力來判斷閥門的整體性能，如落座力、摩擦力和調節性能等。

在進行定位器線性度檢查時，發現該閥門較大開度時的控制性能較差，定位器反饋的閥位和實際閥位偏差較大，以閥門V233A 為例，詳細數據見表1。

通過表1 可以看出，閥門的實際閥位和定位器反饋閥位最大偏差10%，這已超出了閥門控制性能的驗收標準。

該閥門使用的定位器是Fisher DVC6010 定位器，該系列數字式閥門控制器是基于微處理器的電氣轉換儀表，除了把電流信號轉換成氣壓輸出這一標準功能外，還可以通過HART 通訊協議獲取控制閥的基本信息[2]。通過使用HART 手操器對定位器進行自動校驗，在發現該定位器控制性能差后，通過定位器穩定/優化菜單對定位器進行了優化，以增加閥門的響應，同時嘗試調整定位器反饋桿連接位置，通過多次調整，調整后重新進行定位器自動校驗，但該問題仍無法解決。后通過仔細研究Fisher DVC6010 定位器說明書，發現該型號定位器適用于行程0in ～4in 的閥門，但是大氣釋放閥行程是6.5in，經再次與定位器廠家進行核實，確認是定位器選型錯誤。通過更換正確型號的定位器后，該閥門控制性能滿足驗收標準。

圖1 大氣釋放閥氣路控制圖Fig.1 Atmosphere release valve gas route control chart

1.2 熱態調試故障處理

核電站進行熱態功能試驗時需要驗證大氣釋放閥的排放能力，因此需要操作大氣釋放閥全開，但是閥門在收到全開指令后無法全開，閥門閥位在65%左右的閥位上下波動，該閥門帶有過濾減壓閥、定位器、氣動放大器和電磁閥，氣路控制并不復雜，氣路控制圖如圖1 所示。

從氣源控制圖上可以看出，過濾減壓閥失效、定位器失效、氣動放大器失效、電磁閥失效、執行機構泄漏或閥門本體故障都有可能導致閥門無法全開。為了確定根本原因，將閥門從系統中隔離處理，對閥門進行單體操作時發現，閥門在收到全開指令后可以完全打開，通過這個檢查可以確定電磁閥和放大器功能正常，下面通過使用診斷試驗逐一對導致閥門熱態故障的原因進行排查。

1.2.1 熱態診斷試驗排查

通過使用診斷設備，在閥門上安裝氣壓傳感器測量執行機構壓力，在定位器輸出口安裝氣壓傳感器測量定位器輸出壓力，同時使用行程傳感器監測閥門的行程，在熱態情況下操作閥門全開，得到的診斷曲線如圖2 所示。

圖2 中閥門仍然無法全開，閥位在65%左右開度近40s。執行機構氣壓維持在50Psi 附近，沒有飽和趨勢，也沒有明顯上升趨勢。定位器輸出僅提供了2s 左右的飽和氣壓，然后降至50Psi 附近，并在該區域波動。

1.2.2 執行機構泄漏排查

通過熱態功能測試，可以看出執行機構壓力未能達到飽和壓力，通過調整過濾減壓閥的設定值到100psi，使用診斷設備監測執行機構的壓力，全開操作閥門時，發現執行機構的內部壓力可以達到100psi。根據這個試驗可以看出執行機構不存在泄漏，需要排查其他的方面。

圖2 熱態診斷試驗曲線圖Fig.2 Thermal diagnostic test graph

1.2.3 閥門本體排查

閥門本體帶有先導閥，如果先導閥工作異常，也可能導致閥門無法全開。基于這個考慮，需要驗證閥門本體是否存在問題。通過更改氣源管路，直接使用過濾減壓閥輸出壓力作為氣動放大器信號壓力，將閥門改造為開關閥，通過操作電磁閥實現閥門的開關。

在帶壓情況下再次操作閥門，閥門可以正常打開，通過此次試驗可以排除閥門本體、氣動放大器和電磁閥的問題。

1.2.4 定位器問題排查

在完成熱態診斷試驗排查、閥門本體和執行機構排查后，基本可以判斷定位器是導致閥門無法全開的根本原因。定位器在收到全開指令后，僅在前幾秒輸出了飽和氣壓，之后一直維持在50psi，導致閥門無法全開。

智能定位器具有精度高故障率低，檢修方便的特點。主要組成是數據采集電路、電氣轉換器、氣動功率轉換、氣動功率放大器、行程傳感器幾部分。來自4mA ～20mA電流控制信號，經過濾波、限壓、差動放大器處理后，送入微處理器，作為采樣輸入信號。經過軟件處理輸出控制指令，定位器的CPU 處理器，產生不同的脈沖電流信號，經過功率放大電路，生成驅動電流，驅動線圈工作，電磁線圈推動電氣轉換器的部分擋板，產生微小位移。根據背壓原理，噴嘴擋板產生微小位移通過噴嘴驅動放大器工作，產生響應的氣體信號輸出。該信號輸出給調節閥，推動閥桿產生相應的位移，使調節閥工作。閥桿運行軌跡通過機械反饋連桿帶動高靈敏閥位傳感器旋轉。該傳感器輸出電壓變化量，經壓差運動放大回路處理后，輸入微處理器進行采樣，經處理得到對應的閥位變量。閥位設定值與閥位變量經軟件計算、比較，得到差值。根據差值的大小，實時修正閥桿的位移，完成氣動閥的控制過程[3]。定位器在控制過程中容易受到高溫的影響，導致控制異常。

在機組正常運行時，大氣釋放閥周圍的溫度很高，使用點溫槍測量了定位器安裝區域的問題，局部溫度高達170℃，經查閱定位器手冊，該定位器最高可以承受85℃，因此判斷高溫是導致定位器工作異常的原因。

為了降低高溫對定位器的影響，更換了新的定位器，同時使用廠用壓空系統給定位器進行降溫。在降溫后使用點溫槍測量了定位器周邊溫度，溫度在50℃左右，該溫度滿足定位器的工作范圍。再次帶壓操作閥門，閥門仍然無法全開。通過這個試驗可以看出，溫度不是導致定位器異常的主要原因。

結合整個問題的排查過程再次梳理了閥門不能全開的異常現象，大氣釋放閥全開過程中整個管線存在一定的振動，智能定位器內部的電氣轉換器噴嘴可能在振動的影響下工作異常。基于此原因分析，在獲得許可后，將定位器從閥門支架上拆下，使用軟管替代原有的不銹鋼氣源管線。再次操作閥門全開，閥門動作正常，至此大氣釋放閥不能全開的故障原因也確定了。

大氣釋放閥熱態操作時，共振引起定位器內部電氣轉換器工作異常導致閥門無法全開，在確定原因后制作了臨時的聚四氟乙烯墊片，加裝在定位器、安裝板及支架上，以求改變共振頻率，再次進行試驗，閥門動作正常。

熱態調試時閥門無法全開，定位器是導致該缺陷的重要因素，在后續選擇定位器時要結合實際工況進行匹配，以便定位器更好的工作。

2 結語

氣動閥故障在調試和運行過程中較為頻繁，如果能及時查明故障原因并消除故障，可以使系統更快投入運行，極大地節約成本。本文結合大氣釋放閥調試過程中的缺陷該如何進行分析判斷，對后續問題給出相對應的故障判斷思路和解決方法，希望對國內在建的其他三代核電機組有參考意義。