核電廠發電機定子冷卻水泵主備切換失靈分析及處理

潘曉輝，張軍強

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116003）

核電廠發電機定子冷卻水泵主備切換失靈分析及處理

潘曉輝，張軍強

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116003）

對紅沿河核電廠定子冷卻水系統的功能、流程和運行方式進行說明，對定子冷卻水泵無法切換至備用泵運行問題進行原因分析，并介紹了在維修和技術改進方面采取的處理措施，為其他電廠提供參考。

定期試驗；設計缺陷；彈簧斷裂

紅沿河核電廠發電機定子冷卻水系統利用低電導率的水經過發電機定子繞組及其它帶電體（如出線和中性點套管）內部的閉式循環，以帶走電流產生的熱量。在特殊情況下，還可以對定子繞組進行干燥，以提高其絕緣電阻值。定子冷卻水系統是按照發電機最大連續出力設計的，將從定子繞組和端子排出的熱量排出，在各種運行工況下，系統水的壓力應低于氫氣的壓力0.5×105Pa。系統設置2臺泵，均100%容量，正常運行時1臺運行1臺備用。當運行泵出力不足時，備用泵接到系統流量低信號自動啟動，雙泵運行維持系統流量190 m3／h。日常運行期間，每月2臺泵定期切換1次，以此驗證2臺泵的可用性，提高泵的使用壽命。

1 故障過程

紅沿河1號機組第一次大修后，2014年6月13日和8月1日運行人員進行了2次泵定期切換，準備將1號泵切換至2號泵運行，切換過程中，在2號泵啟動、1號泵停運后出現系統流量低報警（流量低于150 m3／h），導致1號泵自動啟動，運行人員手動停運2號泵，切換失敗。

定子冷卻水系統2臺泵在正常運行時1臺運行1臺備用，如果運行泵出現故障停泵，同時無法切換備用泵運行，將會導致發電機失去定子冷卻水，機組非計劃停機，并存在反應堆跳堆和設備損壞的潛在風險［1］。

2 原因分析

2014年8月19日及8月26日，進行了多次雙泵運行試驗。模擬系統流量低，2號泵自動啟動，試驗的過程和結果基本一致，試驗進行的5 min時間內，采用超聲波流量計測量2號泵管路流量為0，電氣盤顯示2號泵電流為70 A，而1號泵電流為130 A。試驗數據如表1所示。

表1 2014年8月19日定期試驗數據

根據試驗現象，2號泵運行電流基本為空載電流，且雙泵并聯運行期間，泵電流基本不變，同時結合多次試驗記錄的數據和趨勢，對1號泵無法切換至2號泵運行的可能故障原因進行了分析，分析結果如表2所示［2－4］。

表2 1號泵無法切換至2號泵運行的原因分析

經分析認為1號泵出口逆止閥卡澀導致關閉緩慢或無法關閉的可能性最高，主要依據以下幾點。

a.1號泵停運，2號泵單獨運行時出現2號泵電流150 A持續2 s，超過額定電流（130 A）是不正常的。在額定電壓一定的情況下，電流越大說明泵的出力越大，流量應該更大。但實際上2號泵單獨運行發電機流量低于150 m3／h。很有可能由于1號泵出口逆止閥在停運后未回座而分流。

b.根據2、3號機切換過程中現場觀察情況，切換成功時，逆止閥回座會有很大的撞擊聲，而現場多次切換過程中，未聽到逆止閥回座的撞擊聲。

c.該型號逆止閥在1號機組第1次大修期間檢查曾發現彈簧斷裂，若逆止閥彈簧斷裂，很有可能導致閥門卡澀無法回座。

為確認并消除故障，提出緩慢關閉1號泵出口蝶閥，直至切換到1號泵運行，以便隔離1號泵出口逆止閥，并進行檢修的方案。

a.強制雙泵運行，關小1號泵出口蝶閥，逐步減小開度至全關，系統流量無變化，停運1號泵（說明2號泵出力無問題）；若關閉1號泵出口蝶閥過程中系統流量不能維持下降至170 m3／h，則恢復出口蝶閥全開，停運2號泵（說明2號泵出力有問題）。

b.1號泵停運后，再緩慢開啟1號泵出口蝶閥，若開啟過程中系統流量無變化則恢復至蝶閥全開（說明1號泵逆止閥已全關）。若開啟過程中系統流量逐漸下降，則停止開啟，全關1號泵入口蝶閥（說明1號泵逆止閥內漏）。

c.若成功切至2號泵運行，進行1號泵出口逆止閥的檢修。

3 試驗過程及缺陷處理

2014年10月24日，項目組在3號機進行關閥切泵操作。試驗過程中的數據如表3所示。

試驗過程中，按照預定方案，逐步關閉1號泵出口蝶閥觀察發現系統流量穩定，沒有出現大幅波動的情況。1號泵出口蝶閥關閉約5／8時，1號泵電流開始減小，2號泵電流開始增大，此時1號泵出口蝶閥關閉開始對1號泵流量產生影響，全關后停運1號泵，2號泵單獨運行，整個過程系統流量穩定。說明此方案可以在線不影響發電機冷卻的情況下通過手動關閉1號泵出口蝶閥，停運1號泵切換至2號泵運行。

表3 關閥切泵操作試驗數據

2014年11月，經各專業多次討論并向電廠匯報同意后，決定在2014年11月6日執行手動關閥切泵方案，11月6日，根據在3號機驗證過的方案進行手動切泵，成功將1號泵切至2號泵運行。解體檢查1號泵出口逆止閥發現閥門彈簧斷裂，逆止閥失去回座力導致無法回座。確定閥門故障后，更換了新的逆止閥。后經過運行充水排氣后，逐步恢復隔離，啟動1號泵。1號泵啟動后系統雙泵運行，按照定期切泵的程序一鍵停運1號泵，成功切至2號泵，再鑒定合格。整個過程持續8 h，最終成功消除了機組隱患。彈簧斷裂的逆止閥如圖1所示。

圖1 彈簧斷裂的逆止閥

該逆止閥在1號機第1次大修期間就曾發現有彈簧斷裂問題，后來更換了新逆止閥。根據此故障可知，該型號閥門彈簧斷裂屬于閥門設計問題，對于后續機組的逆止閥會根據1號機的反饋進行檢查。遺留在系統內的斷裂彈簧計劃在下次大修期間進行檢查。

4 設計改進

根據紅沿河多次發生彈簧斷裂問題，逆止閥廠家將逆止閥的彈簧取消，消除了彈簧斷裂進入系統的可能。并在閥板背面的中心點上增加一塊金屬重物，目的在于讓金屬重物的自身重力來代替彈簧的彈力，增加的重物自身重量為1 kg，作用于密封面上的重力與原來彈簧的彈力大致相等，所以止回閥的效果沒有發生任何改變［5］。

整改完畢后，廠家對逆止閥的效果進行測試。試壓臺提供105Pa的氣源壓力，止回閥密封效果為零泄漏，證明增加的重物達到了原來彈簧等同的效果。然后將止回閥反轉過來測試，再測試止回閥的開啟情況，在105Pa的氣源壓力下，止回閥很快就將閥板推起，氣源從導流管排出，止回閥開啟情況正常。

以上測試證明了對止回閥彈簧的改造非常成功，試驗結果完全達到現場的使用要求，同時避免了采用彈簧時造成異物掉落的風險。

5 結束語

由于該系統為發電機提供冷卻水，設備十分敏感，不能進行過多的試驗，經過對試驗數據的深入分析，判斷出系統內部故障點，制定了針對性的檢修方案。經各專業協力，現場執行手動切泵方案成功切至2號泵，并確認了逆止閥故障點，在線更換逆止閥后使得系統雙泵自動切換的功能恢復，整個處理過程包括關閥操作、隔離檢修、充水排氣、恢復在線都經過充分準備，有效地消除了機組存在的重大隱患。該問題發生后，集團其他電廠也發生了類似情況，紅沿河的成功經驗為其解決該問題提供了思路和方案。根據發現的問題，廠家也通過技術改造消除了該閥門在設計上的缺陷，現場更換完成后，系統、設備的可靠性將進一步提高。

［1］ 劉海青.發電機定子冷卻水出入口壓差異常原因及處理［J］.東北電力技術，2010，31（6）：22－24.

［2］ 吳興偉，單 超.泵并聯運行時流量最優分配方案的探討［J］.東北電力技術，1997，18（5）：49－52.

［3］ 張 劍，唐芳軒.秦山第二核電廠發電機定子冷卻水流量降低問題研究［J］.電氣應用，2013，32（6）：63－65.

［4］ 楊 挺，雷水雄，許兆洋.核電廠發電機定子冷卻水處理技術探討［J］.中國科技信息，2013，24（7）：48－49.

［5］ 何 鵬.300 MW機組發電機定子冷卻水系統改造［J］.中國科技信息，2009，21（5）：123－126.

Cause Analysis and Treatment on Failure of Switch to Standby Pump of Generator Stator Cooling Water in Hongyanhe Nuclear Power Station

PAN Xiao?hui，ZHANG Jun?qiang
（Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co.，Ltd.，Dalian，Liaoning 116003，China）

The function，procedure and operation mode of generator stator cooling water system in Hongyanhe nuclear power station is introduced，the reason that stator cooling water pump do not work is analyzed，the treatment and modification for this defect is intro?duced，it provides some references for other plants.

Periodic test；Design defect；Spring fracture

TM623

A

1004－7913（2016）04－0039－03

潘曉輝（1980—），男，碩士，主要從事核電站設備可靠性管理工作。

2015－12－08）