三門核電廠用水泵出口電動隔離閥開啟失敗原因分析與處理

王海

摘要：針對三門核電1#機組廠用水泵在啟動時出口電動隔離閥多次開啟失敗的現象，從閥門與電動執行機構的結構特點方面進行分析，并通過模擬試驗與現場實際診斷數據，得出了該現象出現的根本原因，并描述了最終選擇的現場處理方案。

關鍵詞：電動隔離閥;開啟失敗;電機;堵轉;閥門診斷

0? ? 引言

三門核電1#機組廠用水泵出口電動隔離閥，在廠用水泵啟動時閥門打開向位于汽輪機廠房內的設備冷卻水熱交換器提供冷卻用的海水;在對應列內設備故障時，閥門關閉實現隔離，以便于設備檢修。從2016年8月至2018年8月，該電動閥在啟泵開閥中出現過7次故障，導致廠用水泵7次啟動失敗。

1? ? 背景介紹

廠用水泵出口電動隔離閥為江蘇神通20英寸三偏心蝶閥，通過計算閥門開啟/關閉所需最大力矩為3 161 Nm，安全系數定為120%，即3 793 Nm。電動執行機構為常州SND-DQ400系列，其最大輸出扭矩為4 000 Nm，大于理論計算值，滿足閥門扭矩要求。根據此理論計算值，廠用水泵啟動時閥門應能可靠自動開啟，但現場實際多次開啟失敗導致廠用水泵跳閘。

2? ? 故障分析及應對措施

2.1? ? 故障時現場監測

在廠用水泵啟動時，使用電動閥診斷裝置監測電流，得到的曲線如圖1所示。調取趨勢圖發現主控發出啟泵開閥指令后，閥門上游壓力與管道流量均未出現變化，即閥門未真正動作，仍停留在全關位。

由圖1可知，電動執行機構已動作，但電機出現堵轉，執行機構輸出能力不足以開啟閥門。電機在A處啟動（啟動電流約3 A），至B處電動執行機構的空行程走完（包括齒輪間隙、配合間隙等），電機開始堵轉，C處達到堵轉電流最大值4.5 A，由于PLS一直未收到閥門反饋信號，因此在D處觸發停止開閥信號，隨后在E處發出停泵關閥信號，F處閥門關閉到位。根據技術規格書要求，該電動閥的開力矩開關在0%～50%開度范圍內被旁路，以防止力矩開關誤動造成閥門開啟失敗。但是，上游MCC配置的保護未識別出電動閥的電機堵轉故障，致使電機堵轉長達15 s，對電機性能及壽命都會產生不可逆的影響。

2.2? ? 現場檢查與電動閥診斷

在廠用水泵停運、管道內無壓力的情況下，電動閥能正常開關操作，執行診斷試驗結果，如圖2所示。

由圖2可知，電動執行機構整體輸出能力嚴重下降，最終輸出扭矩為2 217 Nm，與歷史數據3 665 Nm、計算數據3 793 Nm相比，均存在較大偏差。

2.3? ? 故障模擬復現

將電動閥手動操作至接近全開位，將開控制回路短接（即圖3中的端子17與端子21），在MCC處電動開閥，短時模擬電機堵轉情況，使用電動閥診斷裝置監測電壓與電流。

診斷得到的曲線如圖4所示，由圖可知，其曲線與現場故障情況的電流曲線基本一致，電機堵轉電流約4.52 A，運行過程中電動閥電機端子處的電壓約為AC390 V，端電壓滿足要求，無明顯的電壓降。

2.4? ? 分析結果

根據上述分析過程，該電動閥的電動執行機構輸出能力沒有足夠的裕量，一直處于臨界運行狀態，在上游壓力超過其臨界狀態或擾動過大時，電機堵轉仍不足以打開閥門，上游無法收到對應的邏輯信號，致使廠用水泵跳閘。根據電動閥特性，此故障可能的原因為：

（1）執行機構輸出能力變小：電機降質、潤滑不良。

（2）閥門開啟需要比理論數據更大的扭矩：內部異物、密封面異常磨損。

2.5? ? 應對措施

電動執行機構的電機多次出現堵轉，電機性能下降，優先整體替換電動執行機構，并執行電動閥診斷試驗，根據試驗結果來判定是否對閥門進行解體檢查。

在替換電動執行機構后，執行診斷試驗得到的曲線如圖5所示。根據試驗結果，電機停止時執行機構輸出扭矩3 894.9 Nm，滿足閥門扭矩設計要求。此外，扭矩曲線與電流曲線平滑無異常，無須對閥門進行進一步的解體檢查。在執行機構替換完成后，該電動閥未再次出現開啟失敗的故障現象。

3? ? 結語

相比于管道無壓情況，管道有壓力時電動執行機構還需要克服管道壓差導致的壓力，而增加的這部分壓力可能引起：（1）無開旁路情況下，開力矩開關的動作而電機停止運行，導致開閥失敗;（2）有開旁路情況下，潤滑不足或電機輸出能力下降，造成電動執行機構整體性能下降，電機堵轉仍不足以打開閥門，導致開閥失敗。因此，在管道無壓時電動閥能可靠動作，不足以保障電動閥在有壓情況下的運行可靠性。

通過閥門診斷技術，獲取電動閥的整體性能曲線，評估設備的健康度，可有效減少工作量、避免過度檢修。通常對閥門進行診斷試驗，重點關注的性能參數有：關閥時扭矩開關動作閥桿推力/扭矩，關閥時閥門關閉后的最終推力/扭矩，平均填料摩擦力，行程時間，開旁路時間，電機啟動電流/運行電流/峰值關閥電流，電機端電壓。

電動執行機構輸出能力下降、潤滑不良，或者閥門狀態變差、閥門開啟需要更大的扭矩，均可能導致電動閥開啟失敗。電動閥的缺陷消除、預防性維修工作，均可充分運用閥門診斷技術，確認電動閥的當前狀態，發現電動閥的隱性缺陷，判斷其運行性能、可靠性與降質趨勢，以保證電廠的可靠運行。

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