CANDU-6 型重水堆停堆棒卡棒故障原因分析及處理

于群利，韓 鵬，曾韻韜，吳 浩，周靄琳

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

CANDU-6 型重水堆有28 根停堆棒，停堆棒是1#停堆系統(tǒng)的一部分，系統(tǒng)的功能是在機(jī)組發(fā)生緊急事故情況下，所有停堆棒在2 s 內(nèi)落入反應(yīng)堆，以終止反應(yīng)堆的自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，迅速關(guān)閉反應(yīng)堆。在機(jī)組正常運(yùn)行期間，每31 d 需執(zhí)行1 次停堆棒部分落棒試驗(yàn)，每一個(gè)運(yùn)行循環(huán)周期需執(zhí)行1 次停堆棒全落棒試驗(yàn)，以驗(yàn)證停堆棒落棒功能的可用性和可靠性。CANDU-6 型重水堆停堆棒分為2 組：奇系列和偶系列。停堆棒的提升和下降是由儀控控制邏輯、電氣回路和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)控制。1#停堆系統(tǒng)正常運(yùn)行限值為至少26 根停堆棒能夠在2 s 內(nèi)全部插入堆芯，所以在機(jī)組正常運(yùn)行期間，保障停堆棒功能的可用性尤為重要。本文從停堆棒發(fā)生“卡棒”故障后的缺陷表象進(jìn)行分析，并從儀控控制邏輯、電氣回路和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)3 個(gè)方面剖析故障產(chǎn)生的原因及處理方法，以指導(dǎo)停堆棒“卡棒”故障后的現(xiàn)場(chǎng)檢修，保證停堆棒在出現(xiàn)“卡棒”故障后能夠快速準(zhǔn)確的定位處理。

1 故障分析方法

電站控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（DCC 系統(tǒng)）自動(dòng)或操縱員手動(dòng)控制，發(fā)出停堆棒提棒信號(hào)給電機(jī)啟動(dòng)控制回路，然后電機(jī)啟動(dòng)并順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（面向電機(jī)頂部），帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)減速齒輪減速，將鋼絲繩逆時(shí)針卷繞到滑輪上，使停堆棒提升；同時(shí)棒位指示器將停堆棒的位置信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到停堆棒位置顯示回路及電氣限位回路，當(dāng)停堆棒到達(dá)頂部位置后，限位回路將停堆棒到達(dá)頂部的信號(hào)傳遞給電機(jī)啟動(dòng)控制回路，然后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)裝置停止傳動(dòng)，停堆棒停止提升。

DCC 系統(tǒng)自動(dòng)或操縱員手動(dòng)控制發(fā)出停堆棒落棒信號(hào)時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（面向電機(jī)頂部），帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，使停堆棒下降；同時(shí)棒位指示器將停堆棒的位置信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到停堆棒位置顯示回路及電氣限位回路，當(dāng)停堆棒到達(dá)底部位置后，限位回路將停堆棒到達(dá)底部的信號(hào)傳遞給電機(jī)啟動(dòng)器控制回路，然后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)裝置停止傳動(dòng)，停堆棒停止落棒。

停堆棒棒位顯示回路用于實(shí)時(shí)顯示停堆棒位置狀態(tài)，當(dāng)停堆棒位置出現(xiàn)異常，即出現(xiàn)“卡棒”故障時(shí)，停堆棒就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。針對(duì)停堆棒“卡棒”故障，本文從儀控控制邏輯、電氣回路和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)等方面進(jìn)行分析。

2 停堆棒儀控控制邏輯故障分析及處理

停堆棒儀控控制邏輯是指停堆棒棒位控制回路和棒位顯示回路，其回路如圖1 所示。“卡棒”故障通常表現(xiàn)為停堆棒棒位顯示漂移和棒到頂信號(hào)與棒位指示不一致。

圖1 停堆棒棒位控制和顯示回路

2.1 停堆棒棒位漂移

歷史缺陷統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，靜電和接線不牢固均會(huì)導(dǎo)致停堆棒棒位漂移。

2.1.1 靜電影響

（1）故障原因分析：在干燥的冬季，停堆棒發(fā)生棒位漂移現(xiàn)象的頻率明顯上升。缺陷處理過(guò)程中，只需要斷開(kāi)棒位電位計(jì)和棒位卡件的接線，用多用表測(cè)量棒位電位計(jì)的電阻值，然后恢復(fù)接線，棒位信號(hào)就恢復(fù)正常，這是因?yàn)樵陔娮柚禍y(cè)量的過(guò)程中，多用表將回路中的靜電釋放。

（2）處理方式：控制靜電產(chǎn)生。調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，提高反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)的濕度，將廠房?jī)?nèi)的濕度從以往冬季的20%提高至55%左右，該措施消除了因廠房干燥產(chǎn)生靜電導(dǎo)致停堆棒棒位漂移的問(wèn)題。確保棒位卡件的良好接地，在卡件檢修時(shí)做好各部件在拆裝、標(biāo)定等各環(huán)節(jié)的防靜電措施，該措施已固化到維修作業(yè)指導(dǎo)書(shū)中的電子卡件拆裝操作規(guī)范。操作規(guī)范中規(guī)定若設(shè)備操作前沒(méi)有接地，接觸前必須進(jìn)行放電；拆裝敏感元件電路板前必須先放出人體靜電；卡件拆除后必須放置在防靜電袋中存放；卡件拆裝時(shí)佩戴防靜電手鏈和防靜電手套等。以上措施基本消除了因靜電導(dǎo)致的棒位漂移問(wèn)題。

2.1.2 接線不牢固

（1）故障原因分析：停堆棒棒位電位計(jì)和棒位卡件之間的接線不牢固，接點(diǎn)電阻值會(huì)發(fā)生變化，由于棒位卡件檢測(cè)的是電位計(jì)的電阻值，因此若接線中的電阻發(fā)生變化，就會(huì)導(dǎo)致棒位漂移。同時(shí)棒位卡件到DCC 系統(tǒng)的接線不牢固，也會(huì)造成棒位漂移。

（2）處理方式：定期緊固停堆棒控制邏輯的接線端子。調(diào)試期間由于不規(guī)范的接線，端子接線存在許多問(wèn)題，如緊固力矩不足、導(dǎo)線的絕緣層剝得過(guò)短、絕緣層壓入接線端子，導(dǎo)致導(dǎo)線和端子的接觸電阻變大。全面清理停堆棒的控制邏輯接線端子，對(duì)于剝線過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)的導(dǎo)線，按照接線規(guī)范進(jìn)行重新剝線，重新端接，并用力矩螺絲刀對(duì)所有的端子進(jìn)行緊固。以上措施基本消除了因接線不牢固導(dǎo)致的棒位漂移問(wèn)題。

2.2 停堆棒到頂信號(hào)與棒位指示不一致

在機(jī)組正常運(yùn)行期間，執(zhí)行停堆棒部分落棒試驗(yàn)是將停堆棒下降8%左右，然后進(jìn)行提棒，當(dāng)停堆棒提棒到達(dá)頂部±130 mm，棒位指示回路中的紅色發(fā)光二極管指示燈亮，如果偏離該范圍，則指示燈不亮。歷史缺陷統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，棒位卡件中的頂部參考電壓漂移會(huì)導(dǎo)致停堆棒到頂信號(hào)與棒位指示不一致。

（1）故障原因分析：棒位卡件中的電氣頂部參考電壓漂移。頂部參考電壓低于正常值，停堆棒顯示未到達(dá)電氣頂部±130 mm，棒位指示燈不亮。

（2）處理方式：通過(guò)調(diào)整電氣限位電位計(jì)，可以消除頂部參考電壓漂移問(wèn)題。電站每個(gè)運(yùn)行周期均有對(duì)棒位卡件進(jìn)行標(biāo)定的預(yù)防性維修項(xiàng)目，預(yù)維由停堆棒邏輯單元校驗(yàn)規(guī)程指導(dǎo)。棒位卡件中的頂部參考電壓漂移故障屬于原設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，無(wú)法徹底解決，若出現(xiàn)頂部參考電壓漂移，只需調(diào)整頂部電氣限位電位計(jì)并重新試驗(yàn)后消除，該缺陷處理方法在機(jī)組正常運(yùn)行期間可以執(zhí)行，不影響停堆棒的功能。經(jīng)過(guò)多次缺陷處理驗(yàn)證，該處理措施和方法是有效的。

3 停堆棒電氣回路故障分析及處理

停堆棒電氣回路是由停堆棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)及其控制回路組成，故障通常表現(xiàn)為電機(jī)動(dòng)作異常。

3.1 電氣回路故障

（1）故障原因分析：停堆棒電氣回路故障主要原因?yàn)殡娫撮_(kāi)關(guān)間隔內(nèi)各電氣元器件故障。歷史缺陷統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，多次出現(xiàn)因繼電器缺陷導(dǎo)致的停堆棒電氣回路故障。

（2）處理方式：檢查電源開(kāi)關(guān)間隔內(nèi)各電氣元器件，若有異常則直接更換。對(duì)于停堆棒電氣回路的預(yù)維是兩個(gè)運(yùn)行周期的電源開(kāi)關(guān)間隔清理檢查，對(duì)檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有異常的元器件則直接更換，而不解體檢修，以防止異物進(jìn)入開(kāi)關(guān)間隔，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)間隔失效。

3.2 電機(jī)本體故障

（1）故障原因分析：停堆棒電機(jī)故障通常表現(xiàn)為電氣開(kāi)關(guān)的熱跳和磁跳。

（2）處理方式：測(cè)量電機(jī)繞組的絕緣電阻、直流電阻等參數(shù)，如有異常，則需對(duì)電機(jī)進(jìn)行解體，更換有缺陷的部件。對(duì)停堆棒電機(jī)執(zhí)行周期性預(yù)維，測(cè)量電機(jī)繞組的絕緣電阻和直流電阻。執(zhí)行電機(jī)預(yù)維以來(lái)，未出現(xiàn)因電機(jī)本體故障導(dǎo)致停堆棒卡棒的故障，說(shuō)明該預(yù)維策略合理，設(shè)備可靠性高。

4 停堆棒機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障分析及處理

停堆棒出現(xiàn)卡棒故障后，可以使用力矩扳手在停堆棒電機(jī)頂部盤(pán)動(dòng)電機(jī)軸，通過(guò)停堆棒提升和下降的盤(pán)動(dòng)力矩，來(lái)判斷停堆棒機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是否故障：若盤(pán)動(dòng)力矩不超過(guò)5 N·m，說(shuō)明機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)故障；若盤(pán)動(dòng)力矩超過(guò)5 N·m，說(shuō)明機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)可能存在故障。

停堆棒機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障的可能原因，包括齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障、機(jī)械限位故障、鋼絲繩組件故障、停堆棒與套筒管之間有異物卡澀等：①齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障的可能原因，包括齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑不足、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油變質(zhì)、齒輪本體斷裂或變形、齒輪相對(duì)位置偏移等；②停堆棒機(jī)械限位故障的可能原因?yàn)闄C(jī)械限位漂移；③停堆棒鋼絲繩組件故障的可能原因，包括鋼絲繩從滑輪槽中脫出、滑輪固定失效等。

為防止驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑因潤(rùn)滑油異常導(dǎo)致齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障，對(duì)停堆棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的預(yù)維項(xiàng)目有：①定期檢查停堆棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油油位，補(bǔ)充油位不足腔室的潤(rùn)滑油，對(duì)于有氧化變色、渾濁等異常情況的腔室直接更換潤(rùn)滑油；②定期更換潤(rùn)滑油和油封；③加強(qiáng)日常巡檢監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油的數(shù)據(jù)。通過(guò)執(zhí)行以上停堆棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的預(yù)維項(xiàng)目，機(jī)組自運(yùn)行以來(lái)未出現(xiàn)過(guò)因潤(rùn)滑油不足或潤(rùn)滑油變質(zhì)導(dǎo)致停堆棒齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效的情況。

對(duì)于停堆棒與套管之間可能存的異物卡澀，停堆棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在拆裝過(guò)程中嚴(yán)格做好防異物措施，建立檢修隔離區(qū)，制作專用的防異物蓋板。經(jīng)停堆棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)檢修工作驗(yàn)證，該防異物措施是有效的。機(jī)組運(yùn)行以來(lái)，未出現(xiàn)因停堆棒機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障導(dǎo)致停堆棒卡棒故障的缺陷，說(shuō)明機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性較高，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障率較低，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的預(yù)維項(xiàng)目是有效的。

5 結(jié)論

本文以停堆棒出現(xiàn)卡棒故障后的表象為基礎(chǔ)，從儀控控制邏輯、電氣回路和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，梳理和制定了停堆棒故障原因分析和處理的方法。在停堆棒出現(xiàn)卡棒故障后，可以快速、準(zhǔn)確地定位故障原因，并對(duì)故障部件進(jìn)行檢修，故障定位時(shí)間明顯降低，減少了因停堆棒不可用導(dǎo)致機(jī)組檢修的時(shí)間。