劉 洋，舒芝鋒，黃 萍，楊津瑞

（核動力運行研究所，湖北武漢 430070）

0 引言

核電廠用電動隔離閥分布在電廠的各大系統(tǒng)中，如PWR（Pressurized Water Reactor，壓水堆）的RCP（Reactor Coolant System，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)）和RCV（Chemical and Volume Control System，化學和容積控制系統(tǒng)）等，一般起隔離邊界作用，與系統(tǒng)安全息息相關(guān)。為確保核電廠安全運行，電動隔離閥門開啟和關(guān)閉必須準確到位，來保證系統(tǒng)通斷，防止放射性外泄。如果開關(guān)失效，核電廠可能會產(chǎn)生嚴重的核安全事故和經(jīng)濟損失。對新電廠而言，雖然役前調(diào)試沒有放射性，但其時間緊、任務(wù)重，如果電動隔離閥出現(xiàn)故障，將直接影響后續(xù)水壓實驗的開展，導(dǎo)致整個時間節(jié)點推遲；另外，電動隔離閥的驗收和調(diào)試工作缺乏完整的數(shù)據(jù)支撐，一些故障和隱患不能及時發(fā)現(xiàn)，對今后的運行和維護造成巨大隱患。為解決目前核電廠役前調(diào)試中電動隔離閥存在的諸多問題，應(yīng)用先進的電動隔離閥診斷測試技術(shù)是較可行的方案。

1 電動隔離閥診斷測試技術(shù)介紹

1.1 技術(shù)簡介

電動隔離閥診斷測試技術(shù)是一項“從實踐中來，到實踐中去”的實用技術(shù)，它主要包括4個方面內(nèi)容。

（1）在線測試。以閥門不拆卸、不解體為前提，借助傳感器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等軟硬件技術(shù)，在系統(tǒng)回路上開關(guān)閥門過程中測量實時的機械、電氣特性參數(shù)及趨勢曲線，如閥桿推力、填料摩擦力、電機電流/電壓、閥門控制（限位、力矩）開關(guān)與行程指示開關(guān)動作邏輯等。

（2）診斷分析。根據(jù)測量的特性參數(shù)及趨勢曲線來判斷電動隔離閥的密封性能和動作性能，如閥瓣與閥座密封力不夠時就會發(fā)生內(nèi)漏、填料摩擦力不夠則會發(fā)生外漏、控制開關(guān)失效會引起閥門操作風險甚至損壞控制柜或電機、行程指示開關(guān)故障會引起閥門誤操作等，并識別真正需要維修的閥門。

（3）閥門調(diào)整。在閥門機械和電氣部件正常工作的情況下，調(diào)整閥門實際行程、密封力、填料摩擦力、控制/指示開關(guān)動作邏輯等。

（4）維修建議。根據(jù)診斷分析結(jié)果對真正需要維修的閥門提出維修方案，包括更換閥門部件、解體檢修等。

1.2 診斷測試內(nèi)容

對電動隔離閥而言，密封性能和動作性能是核電廠關(guān)注的重點，如表1所示。在診斷測試中必須對不符合標準的閥門做適當?shù)恼{(diào)整或提出維修建議，并在調(diào)整或維修后重新對其進行診斷測試，直至其性能參數(shù)合格。

表1 診斷測試內(nèi)容

2 閥門診斷技術(shù)在核電廠役前調(diào)試中的應(yīng)用情況

2.1 項目概況

以某核電廠2臺機組役前調(diào)試期間的30多臺、50多臺關(guān)鍵電動隔離閥診斷測試項目為例。項目所涉電動隔離閥主要分布在RIS（Safety Injection System，安全注入系統(tǒng)），EAS（Containment Spray System，安全殼噴淋系統(tǒng)），RCP，RCV等水壓實驗相關(guān)系統(tǒng)。為保證后續(xù)水壓試驗順利通過，考慮到閥門僅僅初步安裝和調(diào)試，并未實際使用，于是在整個項目過程中除重點解決表1所述問題外，還特別關(guān)注閥門控制回路接線、電機供電相序、電機選型、手輪嚙合等方面存在的問題。

2.2 測試結(jié)果統(tǒng)計

為方便直觀地考察2臺機組電動隔離閥的測試情況，將測試結(jié)果概括為6類。

（1）電控回路接線錯誤，包括力矩開關(guān)、限位開關(guān)、bypass、指示燈及相關(guān)觸點之間的連接線錯誤、控制邏輯設(shè)置錯誤等。

（2）電機供電或選型不當。

（3）閥門性能調(diào)整性問題，包括行程、密封力、填料摩擦力、指示燈、bypass開關(guān)等對應(yīng)部件的設(shè)置和調(diào)整。

（4）一般性維修，包括除塵、閥桿部件除銹及潤滑、連接部位機械松動等。

（5）建議解體維修，包括解體電動頭（控制及顯示開關(guān)機械故障、手輪結(jié)構(gòu)損壞、渦輪蝸桿裝配故障等）、解體閥體（結(jié)合打壓實驗結(jié)果確定是否解體，包括閥瓣密封面與閥座密封面受損或彼此貼合不嚴、閥桿劃傷等）、解體遠傳機構(gòu)（機械摩擦力偏大、間隙過大等）。

（6）各項性能參數(shù)合格。

圖1 某核電廠2臺機組電動閥測試結(jié)果

電動閥測試結(jié)果如圖1所示，在2臺機組中存在第一～第五類故障的閥門分別有27臺、48臺，占被測閥門總數(shù)的87.1%和81.4%，其中有些閥門同時存在多類故障；第三類故障即閥門性能調(diào)整性問題都最為普遍，表明初步安裝調(diào)試時對閥門關(guān)鍵參數(shù)（安全控制、密封性能參數(shù)）設(shè)置缺乏依據(jù)和標準；第2臺機組甚至在電控回路接線、電機供電相序等基本調(diào)試要求方面出現(xiàn)較多錯誤，第1臺機組相對較好。

2.3 典型故障舉例分析

2.3.1 APA201VL內(nèi)漏

APA201VL是楔形閘板閥，為DN500 mm閥體，配國產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)。采用開限位開閥、關(guān)力矩關(guān)閥的控制方式。

現(xiàn)場測試曲線如圖2所示，閥門關(guān)閉時落座電流無明顯峰值，閥門開啟時拔出力明顯偏小，同時無對應(yīng)的電流尖峰，實際行程較相同閥門小30 mm，據(jù)此判定雖然閥門關(guān)閉時最終密封力合格，但閥瓣未能正常楔入閥座，閥門存在內(nèi)漏風險。在隨后的打壓試驗中，閥門出現(xiàn)內(nèi)漏，診斷測試結(jié)論得到驗證，需要對閥體進行解體檢修。

圖2 APA201VL閥門診斷測試曲線

對APA201VL進行解體檢修時，發(fā)現(xiàn)位于閥體上的閥瓣導(dǎo)向板底端有一凸臺，導(dǎo)向板出現(xiàn)明顯刮痕（圖3），結(jié)合凸臺與閥瓣相互作用的痕跡，可判定該閥瓣未能正確楔入閥座底部，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏，凸臺和刮痕還表明其加工非常粗糙。維修時，對導(dǎo)向板進行切削和打磨，消除了缺陷，回裝閥門各部件后，閥門工作正常，且打壓實驗中未出現(xiàn)內(nèi)漏。

2.3.2 RIS012VP卡澀

RIS012VP為1臺裝有遠傳機構(gòu)的穿墻閥門，是國內(nèi)某閥門廠生產(chǎn)的楔形單閘板閘閥，配國產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)。

圖3 APA201VL閥瓣導(dǎo)向板

現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，RIS012VP運行不平穩(wěn)，電機啟動和停止時最為明顯，中間軸傳動出現(xiàn)卡澀，開關(guān)行程中平均摩擦力達12 000 N，遠高于（5337～6672）N的計算標準，開力矩開關(guān)在閥門開啟時連續(xù)動作并回彈3次，如圖4所示，而且未切斷電機電源，這給閥門控制帶來一定風險。對卡滯現(xiàn)象進行分析，判斷電動執(zhí)行機構(gòu)與閥體連接座之間存在過度磨擦情況，需進行改造。

圖4 RIS012VP閥門診斷測試曲線

現(xiàn)場測試結(jié)果經(jīng)過進一步討論，確認該類電動遠傳閥門過渡段與遠傳機構(gòu)連接沒有考慮中間軸連接部分存在間隙，中間軸存在上下左右運動與外套摩擦損傷的問題，直接導(dǎo)致了機械摩擦力偏大。一致同意采用一個球軸承及一個圓錐滾子軸承來改造電動執(zhí)行機構(gòu)與閥體連接組件，如圖5所示，利用圓錐滾子軸承承受了軸向力和徑向力，同時給中間軸進行定位，徹底解決過渡段中間軸上下及左右運動的問題，而且裝配和檢修都較簡單。

加裝軸承后，閥門運行非常平穩(wěn)，閥門開關(guān)行程平均摩擦力明顯減小，只有5500 N 左右，表明中間軸的機械摩擦基本消除，測試值主要是填料摩擦力。同時開力矩開關(guān)動作及回彈現(xiàn)象消失，避免了控制風險。改造后的測試曲線如圖6所示。

圖5 連接組件改造示意

圖6 RIS012VP閥門加裝軸承后測試曲線

2.4 項目成效

2臺機組役前電動閥診斷測試項目過程中，對不同的電動閘閥和電動截止閥采取不同的診斷測試、調(diào)整、維修方法，使各種電動隔離閥都能在正確的邏輯控制下可靠地運行。經(jīng)過實驗和運行驗證，項目主要取得以下成效。

（1）2臺機組機水壓實驗一次性通過，為機組投運發(fā)電奠定了良好基礎(chǔ)。

（2）建立了閥門初始性能和狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，保存了各種測試數(shù)據(jù)，為后續(xù)測試和檢修提供有力依據(jù)。

（3）除診斷出閥門的各類“顯性”故障外，也準確地推斷了一些“隱性”故障，并在2臺機組商運后得到驗證。

2.5 項目特點及意義

2.5.1 系統(tǒng)化的在線測試

該項目對電動隔離閥進行了系統(tǒng)化的在線測試，在電動隔離閥開關(guān)過程中實時檢測閥桿軸向推力、電機電流、閥門控制（限位、力矩）開關(guān)設(shè)置點等關(guān)鍵參數(shù)，以及執(zhí)行機構(gòu)力矩、閥門行程（取決于現(xiàn)場測試條件）、盤根摩擦力、電機功率等重要參數(shù)。所測參數(shù)可全面反映電動隔離閥控制邏輯、密封性能和動作性能，較傳統(tǒng)的單項參數(shù)測試有絕對優(yōu)勢，表現(xiàn)在2個方面。

（1）參數(shù)實時測試，既可以定點或定值分析，又可以進行閥門全行程曲線分析。

（2）各項參數(shù)同步測試，閥門全行程參數(shù)可進行綜合對比分析。

2.5.2 統(tǒng)一的評判標準

核電廠用電動隔離閥涉及國內(nèi)外多家閥門廠，除本身設(shè)計和加工水平有差異外，各閥門廠還可能遵照不同的制造驗收規(guī)范，如俄羅斯OTT-87、法國RCC-M、美國ASME、中國能源行業(yè)標準NB/T 20010.9-2010和核島閥門通用技術(shù)條件0401T331等，這就使得不同閥門廠的同規(guī)格電動閥的出廠設(shè)置參數(shù)（如密封力）也不盡相同，對實際運行造成諸多隱患。對此，在診斷測試項目中依據(jù)美國電力研究院EPRI的閥門參數(shù)計算導(dǎo)則，在充分考慮閥門實際運行參數(shù)及不確定性的前提下，對不同類型電動隔離閥參數(shù)進行合理設(shè)置，保證其在正常工況及緊急情況下可靠地運行。

2.5.3 先進的閥門狀態(tài)管理

IAEA相關(guān)文件[1]已明確表示，核電廠設(shè)備維修策略由基于時間的預(yù)防性維修轉(zhuǎn)向基于狀態(tài)維修（Condition-based Maintenance，CBM）的趨勢越來越明顯。在建的三代核電AP1000機組對電動閥進行專項大綱管理，閥門從出廠就開始嚴格實施狀態(tài)管理。

電動隔離閥診斷技術(shù)的應(yīng)用有效地降低了檢修過程中由人因?qū)е碌脑O(shè)備降質(zhì)，避免了閥門誤修、漏修、過修，降低了維修成本，真正體現(xiàn)了CBM優(yōu)勢。同時役前調(diào)試期間建立了電動隔離閥初始狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和維修記錄，加上已有的閥門原始設(shè)計資料和后續(xù)的運行經(jīng)驗反饋，為新電廠推行閥門狀態(tài)管理做了良好的開局，與先進的三代核電AP1000機組保持基本一致。

3 結(jié)束語

電動隔離閥診斷測試技術(shù)是一項多學科綜合的實用技術(shù)，應(yīng)用于核電廠役前調(diào)試可以準確地診斷出電動隔離閥的各類“顯性”和“隱性”故障，建立電動隔離閥的初始性能狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。一方面驗證其運行性能參數(shù)符合原始實際、滿足系統(tǒng)運行需求；另一方面是為今后定期監(jiān)測閥門性能狀態(tài)變化提供參考依據(jù)，以便更有效地指導(dǎo)和管理閥門的各項維修活動，優(yōu)化電廠閥門維修策略，使閥門檢修工作真正成為CBM維修，同時這也符合美國核管會NRC要求運營核電廠必須執(zhí)行電動閥定期測試的規(guī)定。實踐證明，電動隔離閥診斷測試技術(shù)在核電廠役前調(diào)試中應(yīng)用效果明顯，為核電廠的安全調(diào)試及后續(xù)運行奠定了堅實基礎(chǔ)，值得全面推廣。

［1］ IAEA，Implementation Strategies and Tools for Condition Based Maintenance at Nuclear Power Plants.IAEA-TECDOC-1551，May，2007.