核電廠核級電源模塊返修質量提升研究

朱桂霞

（中核武漢核電運行技術股份有限公司 湖北省武漢市 430070）

1 引言

某核電站安全級電源模塊A 由國外B 公司設計供貨。電源模塊A 投運已超過14年，設備長時間運行，出現老化現象，缺陷逐年增多，近幾年設備故障率呈上升趨勢。使用方于2013年開展老化管理工作，計劃分十批完成296 塊電源模塊A 返原廠維修，截止2018年已完成4批，遇到的主要問題包括：返修周期長、返修范圍小、返修質量差以及國內代理公司維修能力有限等。

因此，本論文擬通過對電源A 返修質量提升研究，打消其“擔憂”思想，解決電源模塊A 原廠維修元器件更換范圍小、返修質量差以及國內代理公司維修能力有限等問題。擬通過此研究使得返修質量提高1 倍，從而更好的保障“心臟”安全、穩定、可靠性的運行。

2 返修質量提升研究

根據現狀調查分析發現，原廠返修質量差主要原因在于沒有科學合理的返修質量規范，如故障模式及影響分析報告、易損元器件清單、修后電源功能測試條目及具體指標等。

2.1 FMEA分析

由于電源A 是一個成熟的產品，作為非設計及生產廠商，這里分析屬于事后分析，主要針對元器件級的故障進行故障模式及其影響分析(Failure mode and effect analysis，FMEA)；通過對電源模塊短壽及關鍵元器件經行FMEA 分析，羅列并分析元器件的功能描述、潛在的失效模式及后果、潛在失效起因、現行控制方法和改善措施；并分析各個失效模式的嚴重度、頻度、探測度及最終RPN 值。梳理易損元器件清單，確定元器件的退化狀態或者失效原因，為模塊的預防性維修及糾正性維修提供理論依據。

以薄膜/瓷片電容C107 為例進行FMEA 分析，對于電源A，隔離驅動變壓器原副邊的隔直薄膜電容也是影響模塊壽命的重要因數；在長期運行后薄膜電容容值下降，阻抗減小，導致開關控制信號無法從控制板傳遞到開關管，進而整個模塊無輸出。對于電源A上其它的薄膜電容如X 電容、普通濾波電容和部分安規電容；這類電容在電源模塊正常工作中承受的交變分量相對小，壽命也相對長些，另外這類電容即使容值下降，大概率不會影響模塊的基本輸出功能，只會影響模塊的EMI 等性能。分析結果如表1 所示。

表1：為薄膜/瓷片電容C107 FMEA 分析

表2：第一次預防性維修元器件清單

表3：電源返廠維修情況表

圖1：核電廠電源A 返修后拷機故障率（%）現狀、目標及實際數據對比

2.2 梳理易損元器件清單

根據模塊的原理圖分析及現場維修的經驗分析，表2 給出了第一次和二次預防性維修的元器件清，首次預防性維修為投入運行后第8年,第二次預防性維修為首次預防性維修后第6年；第二次預防性維修增加輸出小板上電解電容的更換、輸入端EMI 薄膜電容C1、第二級EMI 薄膜電容C101/C102、功率管上并聯的電C2/C3/C4/C110/C111 和輸入繼電器K1 的更換。

從12 塊模塊的維修中發現，運行超過10年且經維修的模塊，功率電阻的焊盤及周邊的銅皮，都存在脫落現象，甚至整條銅皮脫落。建議對焊盤脫落嚴重，反復故障的模塊不進行第二次預防性維修，直接做報廢處理。

2.3 規定修后電源功能測試條目及具體指標

根據標準《NB/T 20197.3-2014 核電廠儀表和控制設備可靠性及老化檢測》第三部分電源部分和經驗研究適用于修后電源A 功能測試條目及指標，修后電源A 有7 項基本功能測試項目和修后拷機運行測試，確保電源模塊修后可靠性及穩定性。具體項目解析如下。

（1）第一項為模塊的基本功能測試，通過設置正常輸出電壓和高低壓報警點，確保模塊在故障模式下正常報警，操作員及時更換模塊并處理。

（2）第二項為模塊的帶載能力測試，確保模塊能夠滿足重載運行，有足夠的負載冗余。

（3）第三項為模塊的動態負載測試，動態負載是模塊的一個重要指標。

（4）第四項為模塊的功率因素測試，模塊第一級為功率因數校正電路，可以大大較小輸入諧波污染，減輕前端逆變器的負載應力。

（5）第五項為模塊的輸出文波測試，輸出文波是模塊的關鍵指標，文波超規格可能引起下游設備干擾或者異常。

（6）第六項為模塊的滿載效率測試，效率指標可以綜合體現模塊的狀態，元器件老化，焊接不良和散熱不良等異常都可能導致效率下降。

（7）第七項為24 小時老化拷機，通過老化拷機排除模塊的早期不良，特別是一些焊接不良或組裝上的不良。

3 效果檢驗

截至目前共完成4 批共96 塊電源的維修，4 批的維修數量修后拷機故障率統計如表3。對12 塊故障電源A 按照第2 章的方法進行運輸維修，維修數量和修后拷機故障率統計如表3。實踐證明，對策實施后是有效的，維修后拷機故障率從5.05%降至0%，超出既定目標，如圖1 所示。

4 結論

為保證重要電源模塊返修的質量，對電源模塊進行分析，制定一系列的返修規范是非常有必要的。事實證明，返修過程中根據規范進行操作，可大幅提高返修的質量及其一致性。