AP1000環吊電氣故障分析及檢修策略優化

廖 健

（中核檢修有限公司，浙江臺州 317109）

0 引言

AP1000核電廠是一個兩回路的百萬千瓦級的壓水堆核電堆型，具有非能動安全特性，其主要由包含反應堆冷卻劑系統、專設安全系統、核輔助系統、蒸汽動力轉換系統、儀控和控制系統、電氣系統等系統組成，這些系統絕大部分和二代壓水堆機組的系統相類似，在保留現有核電廠主要工藝技術的基礎上引入非能動設計理念，大幅度減少安全系統的設備和部件。AP1000核電廠環吊是電廠中一個重要的安全3級設備，主要用于核電廠安裝過程蒸發器、反應堆壓力容器等重要部件吊裝就位，以及停堆換料期間吊裝壓力容器一體化頂蓋、反應堆堆內構件等關鍵設備的吊裝作業。

1 故障分析

統計某核電廠2016—2021年核島廠房兩臺環吊的維修工單情況，發現電氣類工單總數及電氣故障類故障缺陷分別占全部工單50.6%、41.8%，電氣類工單及缺陷占了整個環吊檢修工單的絕大多數。通過對環吊電氣類故障進行分析，對比總結現有的檢修項目情況，提出優化其檢修策略的建議。

2 環吊結構特點

AP1000核電廠環吊是從美國某公司引進的核反應堆廠房的重要設備，安裝于核島CV4環的環型軌道上，是一個雙橋架、電機驅動的吊車。由安裝于環形軌道上的大車和安裝于大車橫梁軌道上的小車構成，主起升和副起升安裝在能夠沿著橫梁平行軌道運行的小車上，大車可以進行360°旋轉，小車在大車的兩根橫梁軌道上前后移動，屬于大型起重類機電一體化設備，其結構如圖1所示。其主要技術參數如下：總重464.932 t；跨距37.795 m，軌距為8.534 m；主起升設計額定負荷272 t，最大關鍵載荷215.5 t，起升高度41.758 m；副起升設計額定負荷及最大關鍵載荷22.7 t，起升高度43.282 m。

圖1 環吊結構

APl000核電廠環吊的功能與M310型核電廠類似，主要用于吊裝一體化頂蓋、反應堆堆內構件、反應堆主泵及其他部件。但APl000核電廠環吊還要求具備極端條件下參與燃料組件或者燃料運輸容器的吊裝運輸。因此AP1000核電廠對環吊的安全性提出了更高的要求，其承載部件劃為安全3級設備、抗震I類設備，其余部件劃為非核級設備、抗震II類設備。

3 環吊常見電氣故障分析

統計近5年對某核電廠環吊的維護經驗，常見的電氣故障主要集中在大車系統、小車以及主/副起升系統上，主要涉及載荷放大器、變頻器、限位及信號處理元件等電氣控制元件。針對環吊常見的電氣故障進行原因分析。

3.1 環吊定位坐標、重量信息顯示錯誤故障

某核電廠環吊使用期間，特別是吊裝反應堆一體化頂蓋、反應堆堆內構件期間，司機室或主梁顯示屏偶發性出現大小車定位坐標或重量信息等全部為零或者顯示一直無變化的故障，且顯示屏重啟后故障仍無法消除。在多次的故障排查中，均以環吊整體斷電重啟來進行故障消除。經核實分析，發現主要原因是通信網絡出現故障異常，導致顯示信號丟失。將前期發生的多次類似故障的原因和處理情況進行統計如下（表1）：

表1 環吊通信網絡故障統計

3.2 主起升載荷放大器故障

某核電廠1#、2#機組環吊在吊裝過程，均出現主起升載荷顯示不準確情況。有兩個現象：①主起升載荷處理單元假死導致載荷變化很小，在吊裝提升過程中，載荷顯示只有20 000 Lbs，但是實際吊物已離開地面，實際載荷可能已經達到200 000 Lbs；②主起升載荷處理單元在吊運過程或者在重新啟動環吊過程，主起升載荷傳感器司機，就地一直顯示“-SVS 2000”故障，此時環吊顯示屏出現故障報警或者無法操作啟動。主要原因是主起升載荷傳感器箱體內部溫度過高導致零部件損壞或者功能異常，之前未對該放大器進行功能性檢查。目前主要通過環吊使用期間將主起升載荷處理單元的箱體蓋板打開，增加通風散熱的方式進行故障處理。

另外，在機組小修期間，發現1#機組環吊載荷放大器出現主起升超載（MH Overload）故障，主起升載荷稱重系統的就地載荷處理單元恢復至初始狀態。故障排查時查閱載荷放大器處理單元內的各設定參數，發現主起升載荷放大器數據全部丟失，各個參數設定值均為0，該臨時數據設定值導致主起升載荷極不準確。故障處理時重新導入處理單元的參數值，并采用多點標定法進行配重標定，重新對主起升載荷進行標定，標定合格后環吊恢復正常。對該故障原因進行分析發現，該主起升載荷放大器在環吊閑置時從環吊上需拆下放置，在拆裝及保管過程中維護不當導致載荷放大器內部數據丟失。

3.3 主/副起升升、降速度異常故障

據統計，某電廠環吊主/副起升升、降速度異常故障經常性發生，主要體現在環吊在提升/下放吊物期間，控制室主/副起升失速報警故障，導致主/副起升無法進行動作，從而使環吊無法繼續工作。檢查發現其速度異常故障原因多為限位本體、限位位置參數等問題造成。對主/副起升機構故障發生的原因及處理情況統計見表2。

表2 主/副起升機構故障統計

3.4 控制回路總電源跳閘故障

某核電廠環吊控制回路總電源在首次裝料前，出現多次斷路器跳閘情況。其控制回路總電源為D型塑殼斷路器，主要為控制回路進行電流分合作用。為分析其跳閘故障，對該斷路器一次側和二次側進行14次測量，發現斷路器峰值電流持續時間小于0.01 s時，斷路器不對峰值電流進行監測；當峰值電流持續時間大于0.01 s，且一次側電流超過260 A時，該斷路器就會跳閘動作。因此判定該斷路器的基本功能沒有異常，但由于調試期間未對該斷路器進行標定，其斷路器定值依據為出廠值數據，未考慮實際使用時電流情況，且在安裝完成后未對該斷路器進行定值維護檢查，懷疑是額定電流整定值設置不滿足實際需求造成。使用電能質量分析儀對該斷路器工作電流進行錄波試驗，經過多次試驗驗證重新確定其電流整定值并調整（額定電流整定值調整為10.6 A），調整后故障消除。

3.5 環吊變頻器故障

AP1000核電廠環吊使用的是ABB壁裝式ACS800-U1型變頻器，分別安裝在環吊的橋架、小車、主起升機構和輔起升機構的驅動裝置上，根據位置不同由不同的參數設置。AP1000核電廠環吊安裝在核島內，其工作環境可以滿足變頻器的溫度條件要求。但在實際使用過程中，變頻器故障也是環吊頻發的故障之一，具體發生的故障問題統計見表3。

表3 變頻器故障統計

根據故障統計，大部分的故障問題是由于變頻器自身本體故障引起。最嚴重的一次故障為某核電廠大修期間，主起升變頻器黑屏故障，面板無顯示并且無法通信動作，故障處理小組在線上無法及時判斷故障原因及恢復環吊使用，最后決定使用更換備件的方式修復故障。隨后對拆下的故障變頻器進行檢查，發現變頻器內部DDCS通信模塊、光纖插口同時損壞，導致變頻器無法啟動工作。

4 環吊檢修策略優化建議

通過以上分析，環吊故障主要由環吊內部單體設備元件故障引起。因此環吊檢修策略應從提高單體設備元件的可靠性方面入手。目前環吊預防性維修策略，主要依據《AP1000環吊運行維護手冊》進行日常維護保養，涉及電氣方面的檢修主要是實施環吊定期維護檢查（電氣）方案。具體實施的檢查項目及周期見表4。

表4 環吊定期維護項目

從以上維護項目看出，預防性維護檢查項目以外觀檢查為主，沒有細分單個元件設備的定期保養項目，且沒有對元件進行設備功能性的檢查。同時由于環吊設備的特殊性，環吊設備檢修一般只能在核電廠停堆換料大修時進行，而作為大修主線工作，檢修窗口時間很有限，無法做到對全部環吊附件設備檢修，其定期維護項目偏重于環吊的整體維護保養，重點針對環吊閑置后的設備元件回裝及整體上電試驗方面，未對環吊單體設備元件的功能性進行檢查，導致在運行過程中，經常由于單體設備元件的故障問題影響環吊整體運行。目前，為提高環吊作業時整體運行的可靠性，減少對大修的工期影響，往往在其使用時，設立專職作業保駕人員，造成環吊使用的人力投入增加，同時由于不可預見的故障缺陷，發生故障時消缺工作較為被動，部分故障處理耗時較多，影響大修工期。因此結合環吊常見電氣故障情況及預防性維修檢查項目設置情況綜合考慮，建議從以下方面優化環吊檢修策略，進一步提高環吊的設備可靠性，減少故障率，降低故障影響。

（1）優化環吊預防性維修項目，對于易發故障的重要元件設備，制定單個環吊元件設備預防性維修程序，如針對主起升放大器、變頻器、大小車電機等設備進行必要的預防性功能檢查。

（2）減少環吊閑置時設備元件拆裝數量，以就地保護為主，減少拆裝過程產生設備損壞，同時減少設備元件在環吊設備接口中多次插拔，導致接口接觸不良等故障。

（3）針對必須閑置的元件，增加線下預防性檢修項目，在環吊閑置拆下時進行元件預防檢修保養，在不增加線上操作時間的同時增加重要設備元件的保養，確保設備的可用性，減少故障率。

另外，由于AP1000核電廠環吊設計原因，在維修便利性方面存在兩個問題，導致環吊的部分預防性維修項目檢查不完整，或者檢修環境不便利減少了設備檢查項目。①環吊大車軌道未設置檢修環廊和必要的安全設施。對大車軌道齒輪、螺栓等檢查方式，主要是在環吊大車上方進行目視檢查為主?，F已發現部分軌道定位螺栓有松動故障，需要安排人員使用生命繩牽引人員的方式站在軌道上進行檢修，存在較大安全風險；②AP1000核電廠環吊大車主梁未設置檢修過程備件吊裝的吊裝裝置，更換備件運輸依靠人員徒手拉繩傳遞的方式進行，環吊高度落差大約40 m，存在較大的安全風險，特別是運送大質量備件是尤為突出。并且隨著環吊使用年限增加，大件設備元件更換的可能性增加，增加便于備件吊裝的檢修通道非常有必要。因此建議制定增加完善環吊檢修通道的計劃方案，增加環吊環廊防護設施及備件吊裝裝置，并將該方案納入環吊檢修策略中。以預防性維修的方式，按計劃在核電廠每個換料周期中分期分批完成。

5 結語

設備的檢修策略應系統性地評估設備的風險，識別出設備檢修的高風險、關鍵項目，從而建立有針對性的檢修維護策略，以降低風險，從而提高系統使用的安全可靠性。AP1000核電廠環吊作為電廠的重要關鍵設備，通過分析環吊已發生的故障現象以及在處理過程存在的檢修困難問題，總結環吊目前預防性維修策略中存在的短板項目，針對性提出務實的檢修策略的優化建議，可以降低環吊使用時的故障率，減少環吊檢修占用的時間，為機組大修節省寶貴的檢修工期。