核電機組高壓調節閥活動試驗失敗原因分析

蔡 熹

（福建福清核電有限公司，福建福清 350318）

0 引言

高壓調節閥隸屬汽輪機調節系統。其作用是接受汽輪機電液控制器（TGC）的指令，通過油動機調節蒸汽閥門開度，控制調節進入汽輪機的蒸汽流量；當需要甩負荷或者停機時，接受TGC 指令，快速關閉調節閥，防止機組超速，保護汽輪機組的安全。一旦閥門出現問題可能會對電廠功率運行造成影響。

1 高壓調節閥組成及工作原理

1.1 組成

高壓調節閥主要由閥門本體、油動機、操縱座組成。閥門本體含閥芯、閥桿、閥蓋、閥座、閥殼，高壓調節閥的閥殼與高壓主汽閥的閥殼焊接在一起、臥式布置，而閥芯、閥桿表面附有氮化層，確保活動部件具有較高的耐磨性。比例閥、伺服板、卸荷閥、電磁閥、位移傳感器和汽輪機電液控制系統，共同組成了調節閥閉環控制回路。油動機和操縱座是高壓調節閥的執行機構，用于開度的連續控制。

1.2 活動試驗工作原理

活動試驗工作原理：保持高壓主汽閥打開，高壓調節閥中試驗電磁閥失電（開啟），安全油從電磁閥進入，為CVS（DN16 卸荷閥）上部提供壓力（安全油壓加上彈簧力將閥芯壓向閥座），但不進入工作腔室直接從回油口排出。此時高壓調節閥處掛閘關閉狀態。

接著比例閥接收控制系統指令信號，并將指令信號轉換為油動機工作腔液壓信號，使來自汽輪機調節油系統的調節油從比例閥進入工作腔室，克服彈簧力將調節閥開啟。由于調節油油壓與安全油油壓一致，調節油無法從卸荷閥下部進入回油口。同時調節油也為CVP（DN50 卸荷閥）上部提供壓力，防止調節油從卸荷閥泄出。致使所有調節油全部參與閥門開啟過程，閥門打開。

當高壓調節閥開度至50%時，比例閥接收指令信號，關閉調節油進入通道，使工作腔室無調節油進入，CVP 上部失去壓力，導致工作腔室的殘油頂開CVP 從回油口排出。調節閥關閉。

當高壓調節閥關至開度3%左右時，給出信號，重復開啟過程，讓閥門再次打開。

當高壓調節閥開度超過20%時，調節閥的試驗電磁閥帶電（關閉），失去安全油，使調節油從CVS 排出，調節閥快速關閉。調節閥全關后試驗電池閥失電，安全油壓建立，調節閥在調節油壓作用下逐漸開啟至正常運行開度，閥門試驗完畢。

2 活動試驗失敗原因分析及驗證

現場根據試驗結果，結合油回路結構，分析出3 條導致活動試驗失敗的原因：①試驗電磁閥故障；②比例閥故障；③卸荷閥故障。

2.1 試驗電磁閥故障

試驗電磁閥導致該活動試驗失效的原因有2 個：①電磁閥無法接收信號或通道失效；②電磁閥內部節流孔板孔徑過小，進入異物造成堵塞。如果試驗電磁閥故障，安全油可能無法及時停止供應，調節閥無法快速關閉。

驗證電磁閥故障的方法有兩個。

（1）線下驗證。活動試驗第一次失敗后，維修人員更換了該閥門的試驗電磁閥，并對試驗電磁閥及相關通道進行檢查，試驗電磁閥能夠正常接收命令，證明試驗電磁閥及相關通道無問題。

（2）在線驗證。將故障閥門單獨隔離出來進行試驗。試驗電磁閥、比例閥初始狀態為關。強制比例閥指令為開，使調節閥打開至全開位。強制試驗電磁閥指令為關，調節閥能快速關閉，證明試驗電磁閥接收信號無問題。

2.2 比例閥故障

比例閥的故障因素有2 個：①比例閥卡澀導致動作不正常；②比例閥無法接收信號。如果是比例閥故障，則無法提供調節油對閥門進行供油。

驗證：將故障閥門單獨進行試驗。試驗電磁閥、比例閥初始狀態為關。強制比例閥指令為開，使調節閥打開。強制比例閥指令為關，調節閥能快速關閉。證明比例閥無卡澀，可以正常接收信號。

2.3 卸荷閥卡故障

卸荷閥的故障因素有2 個：①CVS 或CVP 卸荷閥閥芯卡澀；②彈簧失效。若卸荷閥故障則調節油通過時卸荷閥的流量減小，導致閥門關閉時時間較長。

驗證：將故障閥門單獨進行試驗。試驗電磁閥、比例閥初始狀態為關。強制比例閥指令為開，使調節閥至開度20%左右；強制試驗調節閥關閉，調節閥不能快速關閉。綜合前面兩個試驗，證明卸荷閥存在卡澀的可能。

將故障閥門隔離，拆卸CVS、CVP 卸荷閥進行檢查，發現CVS 卸荷閥閥芯上存在黑色油泥。清理后測量閥芯與閥套間隙為0.012 5 mm。而設計圖紙上寫明間隙應小于0.015 mm。咨詢廠家，廠家澄清建議間隙值在0.02～0.03 mm。按照廠家澄清更換合格新閥后重新進行活動試驗，試驗成功。

綜上所述，活動試驗失敗的促成原因為CVS 卸荷閥閥芯存在油泥，導致CVS 卸荷閥間隙過小。

3 處理改善

可以通過外加除油泥濾油機、大修期間油沖洗等方法，將調節油中殘留的油泥消除。但是管線中存在死角，并且正常情況下調節油系統需要長時間運行，運行過程中便會有油泥產生，無法根本消除。

CVS 卸荷閥原設計間隙尺寸不滿足現場使用需求。根據廠家澄清情況，同行電廠的CVS 卸荷閥間隙也出現過類似故障，經過設計澄清和驗證，CVS 卸荷閥間隙保持在0.02～0.03 mm 較為合適。在大修機組停運期間，更換了電廠所有的CVS 卸荷閥。

4 結論

該核電機組定期會實施一次活動試驗以驗證高壓調節閥的性能，幾乎沒出現過問題，可見高壓調節閥發生故障的可能性非常低。本次故障存在一定的偶然性，但也是設計上的一些必然條件導致的。目前僅解決了CVS 卸荷閥的間隙問題，油泥的產生原因尚沒有辦法根除，仍然需要在檢修過程中定期清除油動機、油回路、油箱中的油泥。