國內某核電廠汽機超速保護動作試驗故障與解決

付偉 劉光偉

摘要：本文通過對國內某核電廠汽機超速保護控制試驗（以下簡稱OPC試驗）過程中發生的問題進行了原因分析，通過深入了解OPC試驗的試驗機理，對主調節閥油動機各個部件進行了研究，最終找到故障根本原因并予以解決。

關鍵詞：汽機超速；OPC；油動機；卸荷閥

前言

本文針對國內某核電廠汽機OPC試驗過程中產生的故障進行了根本原因分析，并敘述通過深入了解OPC試驗的試驗機理，最終找到根本原因并予以解決。

1.汽輪機OPC轉速控制試驗介紹

1.1 OPC試驗方法簡介

1.1 靜態試驗

設定一個目標轉速以及升速率，設定一個調門開度，執行OPC試驗，試驗動作時，OPC電磁閥得電打開，同時主調節閥伺服閥（MOOG）至關閉位，主調節閥迅速關閉。5秒后，OPC電磁閥失電復位，同時伺服閥自動復位，調門恢復到關閉前的開度，并根據閥位反饋信號控制伺服閥的開度。

1.2 動態試驗

汽機轉子轉速為3000rpm時進行升速，至3090rpm時OPC動作，電磁閥打開，調門伺服閥關閉，調門關閉，此時轉速在3090rpm基礎上略上升，當轉速降回到3090rpm時，OPC電磁閥復位，OPC油壓建立，當轉速降至3000rpm時，伺服閥打開，并根據轉速信號自動調節調門的開度。

1.3 汽機甩負荷時OPC的動作

汽機帶滿功率運行時，由于某種原因突然甩負荷，轉速將會飛升，設計超速范圍不高于額定轉速的7%，即飛升后最高轉速為3210rpm。而實際運行中，轉速飛升至3090rpm時，OPC電磁閥動作，轉速繼續攀升至大約3110rpm時開始回落（某國內核電數據）。轉速落至3090rpm時OPC電磁閥復位，此后的動作與動態試驗時相同。

2. 汽輪機OPC轉速控制試驗故障描述

在執行汽輪機OPC轉速控制試驗時，3090rpm時OPC動作，主控因無法切換至操縱員自動控制模式而無法輸入3000rpm的目標轉速，汽機轉速持續下降，轉速降到800rpm后打閘然后重新掛閘。期間OPC動作后調節油壓力低備用泵自啟，壓力12.5MPa，流量達到160L/min，遠遠高于安裝期間OPC、AST未建立壓力時的油動機泄漏量112L/min，主調節閥在OPC動作后關閉到接近0然后一直未開啟。分析原因，認為主調節閥油動機下油腔油壓未正常建立，壓力油通過卸荷閥泄油。

之后進行了多次靜態試驗，都因某個調門無法開啟導致母管油壓下降而跳機。

3.汽輪機OPC轉速控制試驗故障問題的解決

通過試驗人員對試驗過程的反復試驗和對主調節閥門結構的驗證，導致汽輪機OPC轉速控制試驗故障的主要原因為快速卸荷閥（見圖1示）裝配尺寸不合理，上行程（A）大于下行程（B），壓力油密封面先密封，先導油密封壓力無法正常建立。

3.1 快速卸荷閥結構說明

快速卸荷閥有兩個密封面，如圖5所示。A面的作用是隔斷高壓油與油壓回油母管，以建立工作油壓。B面的作用是隔斷OPC油與油壓回油母管，以建立卸荷閥上腔油壓，進而關閉卸荷閥。OPC油壓與工作油壓相等，都是14MPa，但是OPC油壓作用的面——圖中活動環的上表面面積大于A面的閥芯面積，因此可以克服彈簧力將卸荷閥關閉。最重要的一點，B面的行程略小于A面的行程，行程差約0.5～1mm之間。

正常工作時，高壓油和OPC油同時進入卸荷閥，高壓油進入A面所在的下腔室，OPC油進入活動環上表面所在的上腔室，此時，高壓油與油壓回油管導通，OPC油也通過活動環周圍的縫隙與油壓回油導通，由于縫隙較小，OPC油能夠建立一定的油壓，在此油壓的作用下，彈簧被壓縮，閥芯整體向下移動，B面首先被密封，這是OPC油與油壓回油隔斷，卸荷閥上腔油壓升高至14MPa，活動環繼續帶動閥芯向下移動，將A面密封，高壓油與油壓回油隔斷，工作油壓建立，并上升至14MPa，調門打開。

3.2 故障原因分析

通過現場拆解1號主調節閥的卸荷閥，結合圖紙測量相關尺寸發現，快速卸荷閥裝配尺寸與設計圖紙尺寸不符，圖紙中尺寸AB，但是實際測量尺寸A>B。A、B兩個尺寸分別對應上下工作行程，上行程的密封面是先導密封面，下行程的密封面是主密封面，C尺寸是密封導向套與隔離板之間的尺寸，也是之間的O型圈的可壓縮尺寸。

通過對四個主調節閥的快速卸荷閥的解體，發現只有4#主調節閥的快速卸荷閥其活動環與調整環之間有足夠的間隙，活動環可以自由的活動，而其他三個主調節閥的卸荷閥活動環與調整環之間間隙很小，甚至頂死，導致兩環之間少了應有的0.5——1mm的間隙，使得B面密封后A面無法密封，甚至B面本身都無法密封。

隨后，通過檢查四個主調節閥的快速卸荷閥，測量計算四個主調節閥的快速卸荷閥A、B、C尺寸以及將彈簧上支撐環下調的尺寸如下表1所示。現場通過向下調整彈簧支環，尺寸見上表中的下調尺寸，最后現場試驗驗證OPC動作后，再恢復OPC油壓，油動機壓力正常，四個主調節閥動作正常。

4.試驗驗證

經上述檢查發現，快速卸荷閥彈簧座沒有向下旋到底，導致調整環沒有旋到底，所以調整環頂在活動環上。將彈簧座和調整環向下旋轉到位之后，留出了活動環與調整環之間的間隙，再次進行靜態試驗，一次成功，并且連續5次OPC動作，OPC恢復時油壓都在13MPa以上，而且沒有下降，四個調門都順利開啟。

分析認為，彈簧座與調整環在裝配到位后，應該有一個固定裝置，防止其旋轉，事實上，在閥桿上是有防轉銷孔的，只是沒有安裝防轉銷，因此，應該是在廠家試驗或者運輸過程中調整環與彈簧座發生旋轉，破壞了調整環與活動環間應有的間隙所致。如何在結構上避免此類事件的發生，制造廠還應該采取相應的措施。

參考文獻

[1]趙冬冬 秦山二核3#汽輪機組OPC試驗問題與解決[J] 自動化儀器儀表，2015（8）

（作者單位：中國核電工程有限公司華東分公司）