安全注入系統(tǒng)電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)原因分析

任 滈

(中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司，廣東 深圳 518124)

核電廠安全注入系統(tǒng)(RIS)的主要功能是在事故工況下為堆芯提供應(yīng)急冷卻，在一回路失水事故下，直接向堆芯注入冷卻水淹沒(méi)堆芯，冷卻燃料組件，從而防止燃料包殼熔化，確保堆芯的幾何形狀和完整性。當(dāng)中壓安注箱、安注罐的水耗盡時(shí)，水匯流到地坑被收集，直接注入冷卻水轉(zhuǎn)為再循環(huán)注入(從地坑吸水)冷卻水，此時(shí)低壓安注泵啟動(dòng)從地坑吸水，安全殼地坑水出口閥RIS051/052 VP打開(kāi)，將冷卻水送到高壓安注泵入口，以實(shí)現(xiàn)一回路冷卻水的持續(xù)注入和循環(huán)冷卻。在直接注入冷卻水階段，安全殼的地坑內(nèi)無(wú)水，RIS051/052 VP先行關(guān)閉，保證直接注入階段的壓力，防止泵葉輪氣蝕損壞[1]。

RIS051/052 VP也是反應(yīng)堆安全殼的貫穿件邊界，為保證邊界的密封性，閥門(mén)被罩在一個(gè)密封鋼筒內(nèi)，閥門(mén)損壞需維修時(shí)，拆裝密封鋼筒的空間狹小，且現(xiàn)場(chǎng)不允許帶閥門(mén)進(jìn)行電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)操作，這也制約了故障原因的探尋。本文對(duì)多方收集的信息進(jìn)行分析，故障原因最終得以明確。

1 故障描述

多個(gè)核電廠自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，在檢修和定期試驗(yàn)操作過(guò)程中，RIS051/052 VP在關(guān)閉時(shí)屢次出現(xiàn)電動(dòng)頭關(guān)閉力矩開(kāi)關(guān)不動(dòng)作、電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)、熱偶跳閘導(dǎo)致的電動(dòng)閥不可用故障。

2013年5月12日，A電廠3號(hào)機(jī)組3RIS051 VP電動(dòng)頭解體檢修后調(diào)試時(shí)，電動(dòng)頭關(guān)閉到位后電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，上游開(kāi)關(guān)熱偶動(dòng)作。檢查故障電動(dòng)頭力矩設(shè)置為580 N·m，更換同型號(hào)的新電動(dòng)頭后，電動(dòng)頭運(yùn)轉(zhuǎn)正常；2015年1月5日，該電廠3號(hào)機(jī)組3RIS051 VP-1電動(dòng)頭力矩設(shè)定值從608 N·m調(diào)高到700 N·m，電動(dòng)頭關(guān)閉到位后再次出現(xiàn)電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)，上游開(kāi)關(guān)熱偶動(dòng)作故障，將電動(dòng)頭力矩設(shè)定值降到638 N·m后關(guān)閥正常。

2016年8月5日，B電廠1號(hào)機(jī)組1RIS051 VP電動(dòng)頭關(guān)力矩設(shè)置值從593 N·m調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)力矩設(shè)定值662 N·m，電動(dòng)頭關(guān)閉后出現(xiàn)電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)，上游開(kāi)關(guān)熱偶動(dòng)作故障，更換新電動(dòng)頭后關(guān)閥正常。電流波形對(duì)比如圖1所示。

2016年5月21日，C電廠4號(hào)機(jī)組4RIS052 VP電動(dòng)頭關(guān)力矩設(shè)置值從580 N·m調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)力矩設(shè)定值662 N·m。8月17日，執(zhí)行定期試驗(yàn)時(shí)電動(dòng)頭關(guān)閉后出現(xiàn)電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)，上游開(kāi)關(guān)熱偶動(dòng)作故障，更換新電動(dòng)頭后關(guān)閥正常。

2019年7月8日，B電廠5號(hào)機(jī)組5RIS051 VP電動(dòng)頭關(guān)力矩設(shè)置值從590 N·m調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)力矩設(shè)定值662 N·m，執(zhí)行定期試驗(yàn)時(shí)電動(dòng)頭關(guān)閉后出現(xiàn)電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)，上游開(kāi)關(guān)熱偶動(dòng)作故障，更換電動(dòng)頭新力矩機(jī)構(gòu)組件后關(guān)閥正常。

圖1 B電廠電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)電流波形與正常電動(dòng)頭電流波形示意圖Fig.1 Actuator stall current and normal actuatorcurrent waveforms of power plant B

2 電動(dòng)頭結(jié)構(gòu)原理

上述核電廠所使用的堵轉(zhuǎn)電動(dòng)頭型號(hào)均為BERNARD ST70/23/K3，額定電流為7.2 A，額定力矩700 N·m[2]?，F(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)頭為側(cè)裝，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。電動(dòng)頭開(kāi)閥時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪箱內(nèi)的蝸輪和蝸桿帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)主軸，主軸與閥桿聯(lián)軸；電動(dòng)頭驅(qū)動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉到位保證密封性所需的關(guān)閉力矩值達(dá)到設(shè)定力矩值，主軸受到閥桿的阻力作用，電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)力矩機(jī)構(gòu)克服力矩彈簧壓縮力，使力矩機(jī)構(gòu)內(nèi)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，電機(jī)停電。通過(guò)調(diào)節(jié)力矩機(jī)構(gòu)內(nèi)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)位置可改變力矩彈簧壓縮位移，從而改變電動(dòng)頭力矩設(shè)置值。

圖2 ST70型電動(dòng)頭結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of ST70 actuator

3 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障現(xiàn)象，從電動(dòng)頭力矩設(shè)置值、電動(dòng)頭出力及力矩機(jī)構(gòu)動(dòng)作3個(gè)方面對(duì)故障原因進(jìn)行分析。

3.1 力矩設(shè)置值

如果電動(dòng)頭力矩設(shè)置值較大，將導(dǎo)致力矩開(kāi)關(guān)無(wú)法動(dòng)作而使電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)，在檢修間對(duì)故障電動(dòng)頭力矩設(shè)置值進(jìn)行校驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，A、B電廠故障電動(dòng)頭校驗(yàn)力矩設(shè)置值均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；C電廠故障電動(dòng)頭校驗(yàn)力矩設(shè)置值滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但10次會(huì)偶發(fā)2次堵轉(zhuǎn)的情況(詳見(jiàn)3.3分析)。

3.2 電動(dòng)頭出力

電動(dòng)頭出力不足將導(dǎo)致達(dá)不到力矩設(shè)置值而發(fā)生堵轉(zhuǎn)。下面從電機(jī)、電源回路、機(jī)械傳動(dòng)等方面進(jìn)行分析。

3.2.1 電機(jī)

實(shí)測(cè)3臺(tái)故障電動(dòng)頭電機(jī)三相直流電阻都約為5.2 Ω且三相平衡，電機(jī)絕緣電阻均大于100 MΩ，運(yùn)行電流均為4.1 A左右，小于額定電流(7.2 A)且三相平衡，與更換后同型號(hào)無(wú)堵轉(zhuǎn)電動(dòng)頭對(duì)比，運(yùn)行電流電壓等電機(jī)參數(shù)正常，未見(jiàn)明顯差異。

在檢修間對(duì)A電廠3RIS051 VP故障電動(dòng)頭進(jìn)行堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，校驗(yàn)力矩為 971 N·m時(shí)電機(jī)未堵轉(zhuǎn)；對(duì)B電廠1RIS051 VP故障電動(dòng)頭進(jìn)行堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，校驗(yàn)力矩為1 250 N·m時(shí)電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)，堵轉(zhuǎn)電流為37.8 A，與現(xiàn)場(chǎng)錄波的堵轉(zhuǎn)電流相同。

表1 電廠故障電動(dòng)頭力矩校驗(yàn)數(shù)據(jù)

電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)表明，電機(jī)最大出力可達(dá)971～1 250 N·m，完全能滿足力矩設(shè)定值(700 N·m)的要求。

3.2.2 電源回路

電源開(kāi)關(guān)檢查：測(cè)量3個(gè)上游電源開(kāi)關(guān)的接觸器觸頭電阻均小于1 Ω且觸頭表面未見(jiàn)打弧痕跡。

電纜檢查：A電廠3RIS051 VP 電纜線芯截面積為2.5 mm2；B、C電廠電纜線芯截面積均為6 mm2，A廠電纜線芯截面積小于其他電廠，檢查數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

對(duì)A電廠電纜線芯截面積偏小是否會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)進(jìn)行試驗(yàn)：用三相調(diào)壓器降低電源電壓后，對(duì)A電廠3RIS051 VP-1電動(dòng)頭力矩設(shè)置值(700 N·m)進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)電氣盤(pán)柜正常供電為385 V；降低三相電壓至280 V以下時(shí)，電機(jī)出力下降，力矩機(jī)構(gòu)凸輪不能觸碰到微動(dòng)開(kāi)關(guān)，電動(dòng)頭出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 A電廠3RIS051 VP-1電動(dòng)頭電壓降低力矩動(dòng)作試驗(yàn)數(shù)據(jù)

電源壓降公式為：

U電機(jī)側(cè)=U盤(pán)柜側(cè)-I堵轉(zhuǎn)×R電纜線阻

式中：U電機(jī)側(cè)為電機(jī)端電壓；U盤(pán)柜側(cè)為盤(pán)柜實(shí)測(cè)輸出電壓，385 V；I堵轉(zhuǎn)為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)堵轉(zhuǎn)電流，37 A；R電纜線阻為實(shí)測(cè)電纜兩相芯線電阻，2.02 Ω。由此可計(jì)算出U電機(jī)側(cè)=309 V，與現(xiàn)場(chǎng)堵轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)測(cè)電機(jī)端電壓相符。

通過(guò)檢修間試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)堵轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)采用線芯截面積為2.5 mm2的電纜即使出現(xiàn)電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)，使電壓降到了309 V，其電動(dòng)頭供電電壓也遠(yuǎn)大于電動(dòng)頭的堵轉(zhuǎn)電壓(280 V)，電動(dòng)頭現(xiàn)場(chǎng)供電壓降能保證電動(dòng)頭出力及力矩開(kāi)關(guān)可靠動(dòng)作。

電動(dòng)頭電機(jī)為短時(shí)工作制，根據(jù)電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[3]標(biāo)準(zhǔn)，10 kV及以下電力電纜(線芯截面積為2.5 mm2)三芯線允許持續(xù)電流載流量為15 A，相對(duì)于7.2 A額定電流有充分的設(shè)計(jì)裕量。

查詢A電廠3RIS051 VP電氣設(shè)計(jì)系統(tǒng)手冊(cè)[4]得知，所選用電機(jī)電纜線芯截面積為2.5 mm2，長(zhǎng)度為158.7 m，而長(zhǎng)200 m的2.5 mm2電纜線芯壓降為11 V，壓降為2.9%Un(Un為額定電壓)，滿足民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中“電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)時(shí)，不低于額定電壓的90%，電動(dòng)機(jī)不頻繁啟動(dòng)時(shí)，不低于額定電壓的85%”(即不頻繁啟動(dòng)電機(jī)壓降不大于15%Un)的要求[5]，故電纜長(zhǎng)度對(duì)電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)無(wú)影響，電纜線芯截面積設(shè)計(jì)選型滿足標(biāo)準(zhǔn)。

因?yàn)锽、C電廠電纜線芯截面積為6 mm2，均大于A電廠的電纜線芯截面積，所以其堵轉(zhuǎn)電動(dòng)頭電纜容量滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 機(jī)械傳動(dòng)

電動(dòng)頭內(nèi)部機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障卡澀將導(dǎo)致力矩?zé)o法傳輸，電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)。

在檢修期間校驗(yàn)力矩，實(shí)測(cè)力矩輸出達(dá)到971～1 250 N·m，均超過(guò)力矩設(shè)置值要求，未出現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀導(dǎo)致電動(dòng)頭力矩輸出不足現(xiàn)象；解體故障電動(dòng)頭，檢查其齒輪、離合器、電機(jī)軸承等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，均未發(fā)現(xiàn)磨損、變形、斷裂、卡澀等機(jī)械故障。這表明機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)正常。

3.3 力矩機(jī)構(gòu)動(dòng)作

3.3.1 對(duì)電動(dòng)頭力矩機(jī)構(gòu)檢查

上述試驗(yàn)和檢查表明：電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際輸出力矩值已達(dá)到設(shè)置值要求，說(shuō)明應(yīng)執(zhí)行力矩動(dòng)作的力矩機(jī)構(gòu)存在異常。電動(dòng)頭力矩機(jī)構(gòu)是力矩加載到設(shè)置值后力矩凸輪壓住微動(dòng)開(kāi)關(guān)執(zhí)行力矩動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，如果故障將導(dǎo)致電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)。

在檢修間對(duì)B電廠1RIS051 VP電動(dòng)頭進(jìn)行關(guān)力矩操作試驗(yàn)(671 N·m)，電動(dòng)頭力矩開(kāi)、關(guān)均可正常動(dòng)作。模擬現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)頭側(cè)裝方式進(jìn)行力矩動(dòng)作試驗(yàn)，5次試驗(yàn)中2次出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)且堵轉(zhuǎn)力矩超過(guò)力矩設(shè)置值(671 N·m)。將力矩設(shè)置值調(diào)回初始的593 N·m后電動(dòng)頭力矩開(kāi)、關(guān)均可正常動(dòng)作。

對(duì)C電廠4RIS052 VP電動(dòng)頭在檢修間進(jìn)行力矩動(dòng)作試驗(yàn)，力矩初始設(shè)置值為580 N·m，10次試驗(yàn)出現(xiàn)2次堵轉(zhuǎn)且堵轉(zhuǎn)時(shí)力矩達(dá)到580 N·m。模擬現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)頭側(cè)裝方式進(jìn)行力矩動(dòng)作試驗(yàn)，電動(dòng)頭力矩機(jī)構(gòu)均正常動(dòng)作。

圖3 力矩機(jī)構(gòu)及其短彈簧動(dòng)作示意圖Fig.3 The schematic of torque unitand its short spring action

力矩機(jī)構(gòu)如圖3a所示，包括力矩彈簧、力矩凸輪、力矩桿和微動(dòng)開(kāi)關(guān)。電動(dòng)頭關(guān)閥后主軸帶動(dòng)離合器加載力矩時(shí)，離合器逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，力矩桿水平向左移動(dòng)，通過(guò)鎖緊背帽帶動(dòng)關(guān)力矩凸輪，關(guān)力矩凸輪帶動(dòng)力矩彈簧受力壓縮向左移動(dòng)，并觸碰斷開(kāi)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，使電動(dòng)頭達(dá)到力矩值斷電停運(yùn)，調(diào)整微動(dòng)開(kāi)關(guān)位置可設(shè)定電動(dòng)頭關(guān)閉力矩值。

在設(shè)計(jì)上力矩凸輪未直接固定，僅靠力矩彈簧壓縮反作用力和力矩桿臺(tái)階面背帽之間的相互頂力使之穩(wěn)固。檢查電動(dòng)頭力矩機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，力矩機(jī)構(gòu)上的凸輪和力矩桿存在徑向間隙，凸輪有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，如圖3(b)所示，凸輪孔徑12.3 mm，力矩桿軸徑12 mm，有約0.15 mm徑向間隙，彈簧變短低于力矩桿臺(tái)階面，加載力矩后，力矩機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程中電動(dòng)頭的振動(dòng)或力矩機(jī)構(gòu)的振動(dòng)會(huì)使固定不穩(wěn)的凸輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)位置時(shí)，凸輪無(wú)法壓到微動(dòng)開(kāi)關(guān)。

解體力矩機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，力矩彈簧長(zhǎng)度僅74 mm，不足76 mm，短彈簧使力矩凸輪的高度比力矩桿臺(tái)階面低1 mm，如圖3(a)所示，緊固背帽時(shí)短彈簧不能頂緊力矩凸輪使其超過(guò)臺(tái)階面，力矩凸輪無(wú)法被背帽緊固而松動(dòng)。當(dāng)把力矩彈簧更換成長(zhǎng)度為76 mm的彈簧后，螺帽依靠力矩彈簧的反作用力可以緊固力矩凸輪，如圖3(b)所示。

調(diào)高電動(dòng)頭力矩設(shè)置值后，力矩凸輪遠(yuǎn)離微動(dòng)開(kāi)關(guān)，短彈簧傳送力矩能力下降，當(dāng)大力矩關(guān)閥凸輪壓縮力矩彈簧時(shí)穩(wěn)固性明顯下降，凸輪位移時(shí)會(huì)發(fā)生自由偏轉(zhuǎn)，存在一定的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，導(dǎo)致其無(wú)法壓到微動(dòng)開(kāi)關(guān)，如圖3(c)所示。

對(duì)各電廠抽查解體12臺(tái)ST70系列型號(hào)電動(dòng)頭，檢查力矩機(jī)構(gòu)彈簧，實(shí)測(cè)力矩彈簧長(zhǎng)度在73～76 mm不等。對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理歸類，按73 mm、74 mm、75 mm、76 mm 4種長(zhǎng)度分類：

2009—2011年投運(yùn)的4臺(tái)電動(dòng)頭力矩彈簧長(zhǎng)度實(shí)測(cè)為73 mm；2011—2012年投運(yùn)的4臺(tái)電動(dòng)頭彈簧長(zhǎng)度實(shí)測(cè)為74 mm；2013—2015年投運(yùn)的2臺(tái)電動(dòng)頭力矩彈簧長(zhǎng)度實(shí)測(cè)為75 mm；2013年和2016年采購(gòu)的2臺(tái)未使用備件電動(dòng)頭力矩彈簧長(zhǎng)度實(shí)測(cè)均為76 mm。

檢查結(jié)果表明：現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)的ST70型電動(dòng)頭從2009—2015年隨著使用年限的增加，彈簧長(zhǎng)度有一定變化。根據(jù)通用彈簧特性，彈簧工作在力矩上限值區(qū)間內(nèi)被長(zhǎng)期壓縮，彈簧自由長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生一定變化。

選2個(gè)使用過(guò)的長(zhǎng)度變短的彈簧進(jìn)行分析，如圖4。

S71： B電廠5RIS051 VP堵轉(zhuǎn)故障的力矩彈簧，彈簧長(zhǎng)度74.40 mm

S72： 未出現(xiàn)故障的力矩彈簧，彈簧長(zhǎng)度74.14 mm

圖4 S71，S72彈簧圖Fig.4 S71,S72 springs

對(duì)彈簧化學(xué)成分分析：檢測(cè)結(jié)果如表4，根據(jù)DIN EN10132-4的C75S和C85S彈簧鋼和國(guó)標(biāo)的80彈簧鋼(GB/T 1222—2016彈簧鋼)，2個(gè)彈簧都滿足C75S但C含量超標(biāo)，相對(duì)于C85S，Mn含量超標(biāo)，2個(gè)彈簧均滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)80彈簧鋼的成分要求。Mn是對(duì)彈簧鋼而言是強(qiáng)化元素。

表4 彈簧的化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果

彈簧的微觀組織，如圖5所示，2個(gè)彈簧均為細(xì)小的珠光體，珠光體沿著塑性加工方向呈纖維狀組織，S72的纖維特征最明顯。如表5所示，S71的硬度低約為44.3 HRC；S72硬度高，約為46.2 HRC。 結(jié)合組織分析，S72與S71的硬度差可能是冷拉變形稍小或退火溫度稍高所致，結(jié)合成分可知，S71的硬度比S72稍低的原因是Mn的含量較低。

表5 彈簧的維氏硬度以及轉(zhuǎn)換的洛式硬度

圖5 樣品的縱向微觀組織圖(100x，200x，500x，1000x)Fig.5 Longitudinal microstructure ofthe sample(100x,200x,500x,1000x)

綜合分析：彈簧長(zhǎng)期處于壓縮，彈簧的變形時(shí)屬于蠕變失效，蠕變和應(yīng)力松弛是靜載彈簧常見(jiàn)的失效模式。

蠕變是固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)失效的彈簧，即是由于彈簧長(zhǎng)期處于壓縮狀態(tài)，發(fā)生塑性變形(縮短)，具體的機(jī)理為在應(yīng)力(以及溫度)的作用下，通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使彈性變形逐步變成微塑性變形，當(dāng)微塑性變形積累到一定程度時(shí)，就變成宏觀可見(jiàn)的殘留變形。

從組織和硬度分析可知，S71彈簧組織的纖維特征較S72弱，硬度也相應(yīng)的低于S72，這應(yīng)該與彈簧的形成工藝相關(guān)(冷拉變形量稍小或溫度稍高)。S71和S72彈簧變形均為蠕變失效。

通過(guò)梳理2009—2017年期間所有電廠的ST70型電動(dòng)頭的運(yùn)行信息發(fā)現(xiàn)，當(dāng)力矩設(shè)置值在580 N·m以下時(shí)未發(fā)生過(guò)電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)事件，堵轉(zhuǎn)故障均發(fā)生在電動(dòng)頭力矩設(shè)置值大于等于580 N·m的情況下，且力矩設(shè)置值越高發(fā)生電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)的概率越大，說(shuō)明力矩設(shè)置值越高力矩凸輪位移越長(zhǎng)，發(fā)生偏轉(zhuǎn)的程度也越大。根據(jù)目前多年運(yùn)行信息表明，力矩彈簧長(zhǎng)期壓縮雖然會(huì)出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，彈簧長(zhǎng)度隨使用年限的增加在一定范圍發(fā)生變化，但只有當(dāng)電動(dòng)頭力矩設(shè)置超過(guò)580 N·m時(shí)才會(huì)出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障，即電動(dòng)頭力矩設(shè)置值在580 N·m以下可不考慮因彈簧蠕變長(zhǎng)度不足導(dǎo)致的電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障。

3.3.2 對(duì)B電廠5RIS051 VP電動(dòng)頭力矩機(jī)構(gòu)檢查

B電廠5RIS051 VP電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)2個(gè)凸輪已互相頂緊且力矩桿有向上偏移現(xiàn)象。因電動(dòng)頭力矩關(guān)閥后受齒輪斜面影響力矩桿存在向左和向上的分力，如圖6所示。

圖6 力矩桿動(dòng)作示意圖Fig.6 Schematic of torque rod action

測(cè)量力矩桿偏移量d1與d2差值，該差值可反映出力矩偏移量即反映出凸輪遠(yuǎn)離微動(dòng)開(kāi)關(guān)的距離。測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 B電廠5RIS051 VP電動(dòng)頭力矩桿偏移量與其他同類型電動(dòng)頭數(shù)據(jù)對(duì)比

表6說(shuō)明隨著電動(dòng)頭關(guān)力矩值的增加，當(dāng)接近額定值上限時(shí)，力矩桿受力增加，分力F2增加，力矩桿偏移量(遠(yuǎn)離微動(dòng)開(kāi)關(guān)距離)增加。電動(dòng)頭力矩設(shè)定值為662 N·m時(shí)偏移約0.2 mm；而電動(dòng)頭力矩設(shè)定值486 N·m時(shí)偏移量較小，為0.05 mm，甚至可能與不同心疊加后為負(fù)偏差，對(duì)比檢查同類型力矩桿同心度，力矩桿同心度偏差為 0.05～0.20 mm。

3.3.3 對(duì)B電廠Y5RIS051 VP電動(dòng)頭力矩機(jī)構(gòu)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢查

微動(dòng)開(kāi)關(guān)外觀無(wú)異常，手壓滾輪，微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作正常，實(shí)測(cè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作后壓板剩約1 mm的自由空間，說(shuō)明凸輪運(yùn)行的軌跡精度要求高。對(duì)比測(cè)量同類力矩組件力矩微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作所需行程。因制造差異，微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作行程在9.9～10.6 mm范圍內(nèi)波動(dòng)為0.7 mm(見(jiàn)圖7)，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

由表7可見(jiàn)，通常力矩機(jī)構(gòu)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)在10.2 mm動(dòng)作，而B(niǎo)電廠5RIS051 VP微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作行程裕度最小為9.9 mm才動(dòng)作，比其他行程低0.3 mm。說(shuō)明關(guān)凸輪行程需要更多位移才能觸發(fā)微動(dòng)開(kāi)關(guān)。

測(cè)量B電廠5RIS051 VP力矩組件微動(dòng)開(kāi)關(guān)力矩設(shè)置值為662 N·m時(shí)d3的距離并與B電廠其他RIS051 VP電動(dòng)頭微動(dòng)開(kāi)關(guān)d3距離對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表8，2個(gè)凸輪互相頂緊極限50 mm位置(見(jiàn)圖6)。

表7 力矩微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作行程數(shù)據(jù)對(duì)比

表8 力矩微動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)置位置對(duì)比

圖7 力矩機(jī)構(gòu)微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作示意圖Fig.7 Schematic of the micro-switchaction of torque mechanism

表8說(shuō)明B電廠5RIS051 VP關(guān)力矩微動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)置位置比其他電動(dòng)頭更接近凸輪極限距離，是該微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作行程裕度偏小導(dǎo)致，隨著電動(dòng)頭關(guān)力矩值增加接近額定值上限時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)位置將更加接近凸輪極限位置。

4 結(jié)論

綜上所述，RIS051/052 VP電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)故障屬同型號(hào)設(shè)備多電廠共模故障，與電纜設(shè)計(jì)、電源配置、電機(jī)出力等無(wú)關(guān)，與電動(dòng)頭關(guān)力矩設(shè)定值接近額定值有關(guān)。電動(dòng)頭力矩設(shè)定值接近額定值時(shí)無(wú)法徹底消除力矩機(jī)構(gòu)的以下風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致電動(dòng)頭容易發(fā)生堵轉(zhuǎn)故障。

(1)隨著電動(dòng)頭力矩設(shè)定值接近額定值上限，力矩機(jī)構(gòu)的力矩彈簧短2 mm情況下，大力矩關(guān)閥，凸輪壓縮力矩彈簧的穩(wěn)固性明顯下降，凸輪會(huì)發(fā)生自由偏轉(zhuǎn)壓不到微動(dòng)開(kāi)關(guān)。

(2)隨著電動(dòng)頭力矩設(shè)定值接近額定值上限，力矩機(jī)構(gòu)的力矩桿受力增加，力矩桿遠(yuǎn)離微動(dòng)開(kāi)關(guān)的偏移量也增加，壓不到微動(dòng)開(kāi)關(guān)。

(3)隨著電動(dòng)頭力矩設(shè)定值接近額定值上限，力矩機(jī)構(gòu)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)置更接近與凸輪頂緊的極限位置。當(dāng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)個(gè)體制造差異使動(dòng)作行程裕度偏小的微動(dòng)開(kāi)關(guān)更加接近于凸輪頂緊極限位置，緩沖行程小，使凸輪還沒(méi)壓到微動(dòng)開(kāi)關(guān)就被頂緊到位。

各電廠已完成所有RIS051/052 VP電動(dòng)頭的長(zhǎng)彈簧更換及整體力矩機(jī)構(gòu)更換工作，電動(dòng)頭堵轉(zhuǎn)故障未再出現(xiàn)。

根據(jù)以上故障原因分析，各電廠逐步發(fā)起降低RIS051/052 VP設(shè)定力矩值的申請(qǐng)流程，A電廠在2019年1月重新計(jì)算在最高的動(dòng)作壓差下閥門(mén)3/4RIS051/052 VP所需力矩值為346 N·m，并依此計(jì)算值評(píng)估通過(guò)將電動(dòng)頭設(shè)定力矩值降到561 N·m，目前A電廠3RIS051/052 VP降力矩值改造已實(shí)施完成。