针对核电厂交流励磁机冷风控制丧失的故障改造和分析.docx

针对核电厂交流励磁机冷风控制丧失的故障改造和分析 王哲明刘信信杨帆摘 要：本文针对核电厂一次交流励磁机风温控制功能丧失的故障过程，对故障原因展开分析并介绍了故障处理的改造措施。在改造工作中通过更换损坏元件、完善DCS画面软报警信息、增加励磁机风温测温元件的冗余配置三个方面改善了励磁机冷风控制的可靠性，通过改造工作，加强了类似故障的情况下操纵员及系统的响应能力。关键词：DCS；核电；控制1 概述核电厂交流励磁机被封闭在一个金属罩内，通过罩内的空冷系统，形成一个密闭的以空气为冷却介质的热交换空间，确保励磁机在规定的温度下运行。而励磁机空气冷却器的冷却介质是来自常规岛闭式冷却水系统的冷却水。在空气冷却器的进水管路上设置有调节阀，调节冷却水流量使空冷系统的温度维持在一个恒定值。在M310压水堆核电励磁机风温控制设计中，利用DCS系统（分散控制系统）跟踪励磁机的整流轮位置的入口冷风温度变化的趋势，对上游的空冷器冷却水出口调节阀进行控制，通过调节冷却水流量使入口冷风温度保持恒定。2013年，某核电机组励磁机整流轮冷风风温信号出现异常抖动，在偶发工况下出现紧急事件。再此期间励磁机空冷器的冷却水出口调节阀自动关闭且切换为手动控制，励磁机冷却功能丧失，最终造成励磁机轴瓦温度异常上升。本文主要针对事件发生后开展的相关改造工作，故障产生过程和改造过程中已证实的故障原因进行较系统的论述。2 事件过程及分析2.1 事件过程某核电机组励磁机整流轮冷风风温信号首先出现较大范围的温度波动，同时主控室接收到闪发的“MCS IO BAD”报警，随后报警消失。几分钟后，励磁机轴瓦温度明显上升，操作人员核对后发现励磁机空冷器冷却水出口调节阀处于关闭位置，且已经自动切换为手动控制模式。在及时手动开启调节阀后，励磁机温度回复正常。此时由于信号仍然持续波动，因此采用临时措施方式，将该双支热电阻的另一路信号（原送DEH系统）送入DCS系统参与冷却水流量调节阀控制。2.2 响应处理过程励磁机整流轮冷风风温信号测温元件为三线制双支铂电阻，其电阻信号送至常规岛DCS系统。DCS系统内该热电阻设定的温度量程为0-150。在事件后分析过程中查询历史数据库发现，该温度信号短时间内在-20至130区间波动，最低曾达到-20，低于DCS系统设定的量程下限，因此出现了风温信号的“IO BAD”报警的闪发，并瞬间触发“MCS IO BAD”声光组合报警。根据该核电机组DCS系统设计特点，当调节阀控制输入信号出现“IO BAD”时，调节阀会自动切换至手动状态。从历史趋势上来看，调节阀先是受到波动的风温信号影响对阀门进行调节，在某一时间段内，由于整流轮冷风风温过冷，阀门自动调节至全关位置，停止供应冷却水，之后温度继续降低至系统默认下限之下，触发“IO BAD”报警，阀门恰好在全关位置切换为手动模式，导致冷却水流量不足，且调节阀丧失自动调节能力，励磁机冷风冷源丧失。在运行操纵员干预之前，这种状况得不到改善，致使交流励磁机轴瓦温度升高。而操纵员在接收到“MCS IO BAD”声光组合报警后，由于报警源在主控室光字牌及DCS系统画面中都没有详细的列出，因此无法第一时间确认故障来源，直至几分钟后，励磁机轴瓦温度高触发另一报警后，才引起操纵员的重视。此时已经错过了事件响应的第一时间。事件发生后，操纵员发现风温信号持续波动的故障存在。此时，该信号已经无法实现对调节阀的控制。因此只能将双支热电阻中原本送入DEH系统的另一支引入DCS进行控制。从此次事件的发生过程来看，励磁机整流轮冷风风温信号出现不明原因的波动是整个事件的主要原因，主控室的“MCS IO BAD”组合报警无法反映详细的故障来源是造成本次事件的次要原因。而测温元件备用测点数量的不足，限制了事件后期应急处理的能力。3 励磁机风温控制维修与改造3.1 风温测温元件的故障通过观察事件过程中的风温温度趋势记录可以发现，测温使用的热电阻出现了较大幅度的尖峰波动，阻值不稳定，热电阻信号几分钟内剧烈波动，而正常的设定温度是35，符合测量回路短路或断路导致的故障现象1。因此推论测温热电阻损坏或导线有虚接且正负极导线有间歇性接触。经分析可能的故障位置：热电阻内部接线；励磁机本体接线箱内的端子；DCS系统机柜端端子；电缆。在大修期间，对励磁机进行解体后，针对以上几个可疑位置分别进行检查，总结实际的故障来源于以下两个方面：热电阻阻值有波动：三线制热电阻自身的焊点或接线在长期振动下易发生老化损坏，使三线制热电阻中的一根或两根线电阻值不稳定，导致测量结果随震动出现波动误差。励磁机本体接线箱内的端子损坏导致三线制热电阻不同的线之间有短路：随励磁机交货自带的设备内部接线端子设计源自美国，是在上个世纪70年代励磁机生产技术引进期间设计的产品。在机组换料大修期间，维修人员发现该类端子部分被挤压碎裂，会导致接线端子脱出端子排结构，事件中产生波动的热电阻端子已经处于自由活动状态，易接触临近的端子造成端子间短路。由于励磁机的维护工作需要在汽轮机停机以及励磁机解体的条件下才可以开展，每一次处理的时间成本较高，因此对于励磁机内部的热电阻维护选择使用可靠性较高的整体更换方式处理。针对第一个故障点，更换了励磁机结构内包括整流轮冷风风温测温元件在内的全部四个热电阻组件，确保近期不会再次发生疲劳老化故障。针对第二个故障点，将励磁机内所有的仪控信号通道都用抗震端子排替换。从改造后6个月的观察结果来看，热电阻的波动现象已经消失，元器件再次发生故障的风险已经消除。3.2 DCS系统内软报警窗完善“MCS IO BAD”报警被设计在主控制室的声光报警处理系统中。它是协调控制系统（MCS系统，也称为闭环控制系统）内主要信号的输入输出故障、测量结果偏差大等一系列非常规状态的组合报警。在这次事件的过程中，从报警处理系统触发“MCS IO BAD”声光组合报警，至励磁机温度上升至触发励磁机轴瓦温度高报警的期间，运行人员无法通过报警系统获得足够的信息来确认组合报警的报警来源，反映出了报警信息反馈功能的不足。因此，为了进一步的满足相关设计标准2，在DCS系统工程师站及操作员站中，增加一份较为详细的“MCS IO BAD”报警源清单画面。其报警功能同其他常规报警一样，在报警触发时为快闪，确认报警存在则为常亮，报警消失时为慢闪，确认报警消失则熄灭。保证报警的信息的可追溯性，有利于操纵员快速定位故障位置，做出响应，提高对于紧急情况的应急响应速度。3.3 励磁机风温测温元件冗余布置针对励磁机内测温元件的安装条件，从维护便利和设备可靠性角度来考虑，在励磁机内的原测点位置增加一套风温测温元件，这样不但可以辅助监视励磁机整流盘冷风温度，而且还可以解决备用信号通道不足的问题。在出现类似故障的之后，可以及时将备用信号接入DCS逻辑控制，避免影响DEH系统的监视功能。考虑到同一测点的两支测温元件出现差异，每一支都会出现孤证问题，不利于运行人员的判断。因此在改造设计时人为的将新增的这支热电阻降级处理，将信号送入顺序控制系统中，仅作为辅助监视用，不参与逻辑控制，并在DCS画面中明确标注。4 总结通过对故障过程和故障原因的分析，我们对交流励磁机的相关测温元件以及主控室报警信息进行了适应性的修改，包括对励磁机整流盘冷风温度温度测量线的检查与替换、测温元件的冗余设计和DCS系统人机画面报警信息的补充设计。通过以上的改造设计工作，可以从根本上杜绝相同事件的发生并有效提升了设备的可靠性、改进同类事件发生后的应急响应条件。希望这类分析可以为其他电厂特别是核电厂的励磁机维护工作提供有益的参考，为后续的励磁机风温逻辑设计提供良好的反馈。参考文献：1宋德涛.热电阻测温系统的维护和故障处理J.江西煤炭科技，2011（1）：71-72.2DL/T 5423-2009，核电厂常规岛仪表与控制系统设计规程M.北京：中国电力出版社，2009. -全文完-