預測性維修用于重水堆保護及功率調節系統

徐清華

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

預測性維修用于重水堆保護及功率調節系統

徐清華

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

通過實例對CANDU-6型重水堆反應堆保護及調節系統設備的數據進行統計和分析，及時發現設備的漂移、內漏、性能下降和潛在的問題，預測設備的使用壽命，合理安排工期對其進行更換。同時優化現有的預防性維修工作，確保維修工作的有效性，優化設備維修管理，提高系統和電站的可靠性。

預測性維修；重水堆；反應堆；保護；調節系統

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.39

0 前言

秦山重水堆保護及功率調節系統儀控設備數量眾多，種類多，技術含量較高，目前儀控設備維修一般采用缺陷維修及以時間為周期的預防性維修等方式。缺陷維修是當設備發生故障或失效時進行的維修，主要用于對系統及機組影響較小的、可以在線維修的設備。以時間為周期的預防性維修，事先確定維修周期、維修內容及備件材料等，定期進行維護或更換，重水堆保護及功率調節系統儀控設備絕大多數都采取這類維修方式進行。

由于各類儀控設備的特點不同，有些設備的故障與運行時間無直接關系，或個體差異導致提前出現故障，并不能簡單通過對設備定期維修來避免設備失效。由于設備部件早期失效率較高，如果對設備進行過度維修，就會將原本運行在穩定期的設備重新返回到早期失效狀態，反而增加了設備缺陷率。相反，利用定期檢查、數據采集系統采集到的數據對儀控設備進行科學的狀態監測和診斷，了解儀控設備運行狀態，預測儀控設備狀態發展趨勢，在設備性能降低到出現缺陷前有計劃地安排維修及更換，防止設備缺陷導致保護系統動作，或大大降低保護系統動作及機組停堆的概率，實際上這類維修方式稱作預測性維修，是一種主動性的預防維修。[1]

1 預測性維修在反應堆保護及調節系統上的應用

1.1 應急堆芯冷卻系統延時繼電器的預測性維修

在應急堆芯冷卻系統中的邏輯回路中，應用了100多個ETR4-70-A型延時繼電器。目前延時繼電器的預防性維修工作有在大修期間每2 a對延時繼電器進行標定，檢查延時時間及功能是否滿足要求，如果不滿足要求則進行標定。另外由于延時繼電器的使用壽命要求，每14 a對延時繼電器進行整體更換。雖然延時繼電器有每2 a進行的大修期間，進行檢查并調整延時時間的預防性維修，但是在運行期間的邏輯試驗中還是多次出現了延時繼電器延時時間超標的問題。

由于在邏輯試驗中電站計算機采集了邏輯繼電器的報警信息，及每個報警信息出現的時間，利用采集到的報警信息及報警時間可以計算延時繼電器的延時時間。因此可以利用每個月一次的邏輯試驗中采集到延時繼電器的延時時間進行分析。如果采集到的延時時間連續漂移，到快接近允許的范圍時，對延時繼電器進行標定或直接更換新的延時繼電器。

主蒸汽安全閥邏輯中的延時繼電器的要求值為29.51 s到29.99 s之間，其誤差范圍小，要求高，如果延時繼電器略微有漂移就會造成延時時間超標。在2016年1月到5月的監測中發現延時繼電器的延時時間持續向偏高的方向漂移，延時時間從29.758 s變為29.875 s，29.868 s，29.871 s，29.916 s，通過采集數據，及時發現了延時繼電器的漂移，在漂移到允許范圍之外前對延時繼電器進行了及時更換。

通過對延時繼電器的預測性維修，減少了應急堆芯冷卻系統邏輯試驗中的缺陷，減少應急堆芯冷卻系統進入TS限制的時間，提高了應急堆芯冷卻系統的可靠性。

1.2 反應堆保護系統模擬指示表的預測性維修

在重水堆的反應堆保護系統應用了幾百個模擬指示表。模擬指示表在每2 a一次的大修期間進行檢查和標定，但是在運行期間由于指示表的個體差異會出現指示表指示超出允許范圍的缺陷。

反應堆保護系統的指示回路，一般分成兩路：一路送到數據采集系統中，一路送到主控室的模擬指示表中。數據采集系統中的指示精度高，模擬指示表的精度低，可以定期對照這兩路的指示，判斷模擬指示表的漂移量。如果一個模擬指示表持續漂移，快接近允許的限值前，及時對其進行標定，同時統計指示表在一個定期預防性維修的標定周期內漂移次數。如果多次漂移，則說明指示表存在異常，需要更換新的指示表。

1.3 反應堆保護系統的蓄壓罐的預測性維修

反應堆保護系統的蓄壓罐用在一號停堆及二號停堆系統的蒸汽發生器給水壓力測量及試驗回路中，蓄壓罐內部有氣囊，氣囊內充有3 MPa的氮氣，在每2 a一次的大修期間進行蓄壓罐壓力檢查及氮氣充裝。機組運行期間，每個月要對蒸汽發生器給水壓力測量回路進行試驗，流程如圖1所示。

圖1 蒸汽發生器給水壓力試驗流程

試驗前蓄壓罐的氣囊被壓縮，氣囊內的氣體壓力與水側的系統壓力相等，大概為4.8 MPa，試驗時通過關閉工藝側氣動閥，打開試驗氣動閥，蓄壓罐中水側的水通過過濾器及手動調節閥逐漸疏掉，蓄壓罐中的氣囊逐漸膨脹，水側的壓力從4.8 MPa逐漸下降，下降到3 MPa左右后，由于蓄壓罐的氣囊膨脹被限制，水側的壓力迅速下降到0 MPa，典型的壓力下降圖如圖2所示。試驗期間，水側壓力下降到3.9 MPa左右時，蒸汽發生器給水壓力參數會動作，同時運行人員要讀取參數動作時的壓力值。由于氣囊的氣體泄漏，導致壓力下降過快，致使運行人員無法讀取壓力值。

從試驗時壓力的下降曲線可以看出，當壓力下降到3 MPa左右后，壓力下降迅速，這是因為蓄壓罐的氣囊膨脹被蓄壓罐限制，無法再膨脹，此時水側只要再排掉一點水壓力就會迅速下降，從壓力曲線的下降轉折點，可以判斷出蓄壓罐中還有多少壓力的氣。由于每個月都要做一次試驗，因此可以繪制每個月監測壓力下降的曲線，了解蓄壓罐內氣囊內的壓力大小和是否漏氣，如果氣囊內的壓力過小，則可及時對氣囊進行充氣。連續多年的監測還可以發現蓄壓罐性能是否下降，如果其性能下降則應適時更換。

圖2 試驗時變送器的壓力下降波形

1.4 鉑探測器的預測性維修

CANDU6型重水堆的保護系統及反應堆控制系統中應用了大量的鉑探測器，其中一號停堆系統有34個鉑探測器，二號停堆系統有24個鉑探測器，反應堆調節系統有28個鉑探測器，因此保證這些探測器的可靠運行是非常重要的事情。鉑探測器安裝在探測器組件中，組件中充有氦氣（保護處于堆芯的探測器及其連接件不會被腐蝕），每2 a對探測器組件內的氦氣壓力進行檢查：另外，還需要定期檢查鉑探測器的阻抗，從這些數據中可以分析出鉑探測器阻抗的下降趨勢。典型的鉑探測器阻抗下降曲線見圖3。從圖3中可以看出，鉑探測器的阻抗在初期下降很快，從129 MΩ下降到10 MΩ大約用了5 a時間，之后阻抗的下降速度變慢，大約5 a之后下降到3.5 MΩ左右。這樣可以預測出鉑探測器阻抗下降至1 MΩ需要的時間。如果探測器的阻抗＜1 MΩ，則應在下一次大修期間進行更換。定期收集鉑探測器的阻抗值，可以預測鉑探測器更換時間，提早做好準備。

圖3 典型的鉑探測器下降曲線

1.5 電離室的預測性維修

CANDU6型重水堆中共有9個電離室，并且都用在保護系統及反應堆控制系統，一號停堆系統有3個電離室，二號停堆系統有3個電離室，反應堆調節系統有3個電離室。這9個電離室的可靠運行，可以保證重水堆的正常運行。根據維修手冊，這些電離室的設計壽命是40 a，能滿足電站的壽期要求，但是在實際使用過程中，由于個體差異，或運輸、安裝等原因，會損傷電離室，無法達到預期的40 a使用壽命，因此需要收集電離室的運行數據，預測電離室性能下降、發生故障的時間，在電離室無法使用前選擇合適的窗口進行更換。

目前主要收集電離室的阻抗、容抗數據和電離室的坪特性數據，以及電離室對功率變化的響應等數據，并對其進行分析。如果數據超出允許的范圍，則評估電離室可否再使用一個大修周期，否則應在合適的窗口更換。

1.6 液體區域控制系統閥門的預測性維修

液體區域控制系統是重水堆的反應堆功率控制系統之一，其作用是通過改變14個區域控制隔艙內的輕水液位來改變反應性，從而改變反應堆的總功率和區域功率。液體區域控制系統的液位控制閥用于控制14個區域的液位。

液體區域控制系統液位控制閥采用直行程執行機構和截止閥配套組成。閥門配備電—氣轉換器、氣動閥門定位器和流量放大器3項氣動控制設備。閥門設計工作行程10 mm，閥門控制信號來自于電站計算機的模擬量輸出信號。電站計算機經過計算通過模擬量輸出卡件輸出到閥門的電—氣轉換器，電—氣轉換器將4 m～20 mA型號轉換為20 k～100 kPa的壓力信號輸出到氣動閥門定位器作為控制信號，閥門的氣動閥門定位器通過調節改變到執行機構的輸出壓力來改變閥門開度。為了提高閥門的響應速度，在閥門定位器輸出到執行機構的回路中加裝流量放大器。

運行期間，如果液位控制閥發生閥門關閉故障，則控制區域的液位則會變為0，區域功率上升，但區域功率過高則會導致降功率；如果發生閥門全開故障，則會導致區域溢滿，進而使液體區域控制系統的氣回路進水，導致整個液體區域控制系統失效，甚至導致停堆。因此利用自動閥門診斷裝置可對14個控制閥進行診斷，收集相關的數據，判斷閥門的性能。用AOV診斷裝置診斷的典型的閥門整體動作性能測試曲線見圖4。

圖4 閥門整體動作性能測試曲線

由以上測試曲線可以看出，閥門開關過程中動作平穩，未出現明顯卡滯現象，測試平均摩擦力合格。閥門實測行程距離合格。閥門關閉時閥瓣落座，密封力滿足密封要求。如果診斷時發現異常，應及時對閥門的儀控部件及機械部件進行進一步的檢查，甚至解體閥門進行檢查。

1.7 保護系統主系統壓力試驗氣動閥內漏的預測性維修

保護系統主系統壓力參數試驗回路中應用了氣動閥，如果這些氣動閥存在內漏，可能會導致試驗無法執行，嚴重時可能導致測量參數波動、通道脫扣，甚至導致保護系統動作。對氣動閥的試驗曲線進行及時分析，分析氣動閥是否內漏，對系統的正常運行有重要意義。

保護系統主系統壓力試驗流程如圖5所示。正常時，工藝側氣動閥打開，試驗側氣動閥關閉。試驗時，首先關閉工藝側氣動閥，打開試驗側氣動閥，在試驗側提供試驗壓力，試驗壓力變化，變送器的壓力也隨著變化。試驗完成后，關閉試驗側氣動閥，通過調節試驗壓力，變送器的壓力應該保持不變，如果變送器的壓力還是隨著試驗壓力的變化而變化，則說明試驗側的氣動閥有內漏。如果變送器的壓力變得跟系統壓力一致，則工藝側氣動閥可能存在內漏。典型的變送器輸出壓力曲線如圖6所示。通過對試驗曲線的分析，能夠分析氣動閥是否有漏，并能分析出泄漏的大小，如果泄漏超過允許的范圍，則在合適的窗口更換氣動閥。

圖5 主系統壓力試驗流程

圖6 試驗時的變送器輸出壓力曲線

2 結束語

對電站數據采集系統采集到的數據或預防性維修工作采集到的數據進行合理、及時的分析，不僅可以發現設備的漂移、內漏、性能下降和潛在的缺陷，利用合適的窗口對問題進行及時解決，還可以找出設備的合理使用時間，預測設備的使用壽命，合理安排工期對其進行更換。同時，這項工作還有益于優化現有的預防性維修工作，確保維修工作的有效性，提高反應堆保護和調節系統和電站的可靠性。

［1］郁光廷.預測性維修在重水堆設備管理中的應用［J］.中國核電，2014（1）：66-69.

TM623.92

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〔編輯 吳建卿〕