一种蒸汽发生器水位波动故障分析与处理

【摘 要】蒸汽发生器是核电厂的重要设备，核电厂正常运行时蒸汽发生器必须保持正常的水位，尽量避免蒸汽发生器水位波动的情况。本文对核电厂一种蒸汽发生器水位波动故障现象进行了分析，通过理论分析和现场测试定位到了故障设备为“蒸汽发生器水位控制选择开关”，又通过实验数据找到了根本原因是开关触点偶发闭合不良，最后提出了整改措施。本文的整改措施可以有效地避免这种蒸汽发生器水位波动故障再次发生，为同类型的核电厂提供了宝贵的经验。

【关键词】核电厂;主控开关;开关切换;T1试验

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）04-0255-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.100

0 引言

核电厂蒸汽发生器水位是核电厂的重要参数，关系到机组的安全稳定运行，如果蒸汽发生器水位产生大幅度的波动，可能会导致停堆。为保证蒸汽发生器水位测量控制的准确性，每2个月会对相关通道进行定期试验，但是在试验过程中，出现过蒸汽发生器水位异常的情况。

1 故障背景

某核电厂主控室操纵员某次执行“蒸汽发生器水位两月周期试验”（以下简称T1试验）时，将主控的“蒸汽发生器水位控制选择开关”切换后开始试验，却发现蒸汽发生器水位主调节阀迅速全开，蒸汽发生器水位大幅波动，并触发蒸汽发生器水位不正常报警。 操纵员立刻停止T1试验，并手动控制蒸汽发生器水位主调节阀，使蒸汽发生器水位稳定，然后恢复“蒸汽发生器水位控制选择开关”的初始位置。

该故障导致了蒸汽发生器水位主调节阀异常开度，引起了蒸汽发生器水位大幅波动，如果干预不及时，蒸汽发生器水位可能达到停堆值而触发停堆。

1.1 T1试验原理分析

T1试验为“蒸汽发生器水位两月周期试验”，是过程控制系统（KRG系统）的一个重要试验。KRG系统是过程控制系统，它接收来自现场过程测量仪表的模拟信号（包括电流信号、热电阻信号、热电偶信号、频率信号等），同时给现场二线制变送器配电，然后系统根据设计要求对现场模拟信号进行处理，再送到相关系统和设备进行显示、记录、处理，对核电厂起着控制和保护作用。

T1试验台是T1试验专门的装置，它提供尽可能接近实际的模拟信号送入需试验的测量回路，通过检查信号的转换误差、阈值继电器是否动作、动作阈值误差是否满足设计要求等，来判断KRG系统保护测量通道是否发生故障。

T1试验相关开关有“正常”和“试验”2种位置。正常运行时，开关在“正常”位置，即通道的信号来自现场变送器，该信号经过一系列运算处理后，输出开关量信号，送往反应堆保护系统;进行T1试验时，开关位置由“正常”位置转换到“试验”位置，现场变送器信号被切除，送往反应堆保护系统的信号通路被切断。T1试验台注入试验信号，该信号同样经过通道中各模块的运算处理，但此时的信号只是引起试验灯亮、灭的状态变化，实际的开关信号并没有送到反应堆保护系统。

1.2 开关动作原理分析

“蒸汽发生器水位控制选择开关”使用的是机械式转动开关，靠转动凸轮使触点闭合或断开，原理如图1、图2所示：

当带弹簧的挡块没有进入凸轮的凹槽时，触点A和B分离，接线端子1、2不通;

2 故障原因分析

2.1 故障点定位

正常运行时“蒸汽发生器水位控制选择开关”置于“正常”位置，现场变送器送来的实际信号进行一系列的计算比较后，形成控制指令来控制蒸汽发生器水位主调节阀;在进行T1试验时“蒸汽发生器水位控制选择开关”置于“试验”位置，切除来自T1试验台的测试信号，使T1试验台发出的测试信号不参与到通道回路中，即测试信号不会真正产生控制指令到反应堆保护系统。

故障时蒸汽发生器水位异常波动，蒸汽发生器水位主调节阀迅速全开，怀疑回路实际使用了T1试验台发出的试验信号控制蒸汽发生器水位主调节阀，推测故障原因为“蒸汽发生器水位控制选择开关”切换不成功。

在现场对“蒸汽发生器水位控制选择开关”进行测量，具体的测试数据见表1。共测试2次，第一次测试结果正常，第二次测试结果异常，故障再现，可以判断故障的直接原因为“蒸汽发生器水位控制选择开关”切换不成功。

2.2 故障设备分析

在实验室对故障开关进行测试，首先对开关触点的材料进行了金相分析，分析数据表明，开关的接线端子和触点表面为合金渡层含金量为18%，符合标注，目视检查触点表面光洁，无明显氧化现象。然后测量开关在“试验”位置的电阻值，共进行100次测试，电阻均为0.3-0.2Ω，小于10Ω标准，测试合格，故障未再现。模拟现场对开关进行了电缆接线，并对开关进行可靠性测试，对开关进行了10000次切换操作，测试触点闭合时阻值均为0.2Ω，小于10Ω标准，测试合格，故障未再现。

该开关在每个大修都有预防性维修，大修时对开关在不同位置时的触点阻值进行测试、对开关的操作性能进行检查，如发现切换不成功则进行更换，该开关的预防性维修项目已较完善。十年来该开关从未出现过故障，排除重复故障的可能。

2.3 开关端子接不同线鼻子测试

现场电缆使用的是针型线鼻子，行业中常用的线鼻子有针型、U型、O型3种。为了测试不同线鼻子对开关切换的影响，在同一开关上接了3种线鼻子，使用伏安法对电阻进行测试，测试数据如表2。从测试结果来看，三种接线方式对触点阻值没有明显影响，但从接触面积来看，O型鼻子接触面积最大。

2.4 开关接线/尾部电缆绑扎情况

参与控制T1试验的同类开关共有12个，检查现场的这些开关，电缆并线不受挤压，尾部电缆全部与开关尾部角铁绑扎一起，电缆无挤压情况。排除电缆连接问题导致开关切换不成功。

继续检查这12个开关的端子接线情况，发现1个开关的接线端子有一根并线脱落，1个开关的端子松动，其它开关未发现异常。但是这种开关切换不成功故障不会是由于电缆接线松动导致，因为如开关电缆接线松动，那么开关在切换后，触点电阻应保持不变，比如保持在1.7MΩ，而实际情况是触点电阻缓慢变化，从1.7MΩ缓慢降至300KΩ左右稳定。

综上所述，故障的直接原因是开关切换不成功，根本原因是开关触点偶发闭合不良。

3 整改措施及效果

针对开关触点偶发闭合不良的根本原因，开发整改措施。

1）在报警系统中增加T1试验相关的12个开关是否切换到位的报警，在试验时，操纵员在主控室可以通过该报警来判断是否切换成功否;

2）将相关开关的线鼻子由针型换成O型，虽然试验得出结论接线方式对触点阻值没有明显影响，但O型线鼻子从理论上来说是接触面积最大的，试验数据也测得是阻值最小的，是三种接线方式中的最优选择。

整改措施实施2年来，共进行T1试验约50次，这12个开关都没有出现切换不成功的故障，整改措施是切实有效的。

4 结束語

从本文的分析可以看出，核电厂对T1试验相关开关的维修保养政策是可行的，但也会出现偶然故障导致蒸汽发生器水位波动的情况。本文分析了一种蒸汽发生器水位波动故障，找出根本原因是开关触点偶发闭合不良。并提出在报警系统中增加开关是否切换到位的报警;将开关的线鼻子由针型换成O型2项整改措施。到目前为止，T1试验相关开关未出现类似切换故障，说明了分析和整改措施取得了良好的效果。本文为本电厂及同型电厂的同类开关避免出现类似故障提供了借鉴，具有推广意义。

【参考文献】

[1]《仪控培训之系统功能篇》，秦山核电联营有限公司，2007.

[2]《集中模拟量控制系统（KRG）》，大亚湾核电营运管理有限责任公司，2005.

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