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

摘

要：針對三門核電1#機(jī)組廠用水泵在啟動時(shí)出口電動隔離閥多次開啟失敗的現(xiàn)象，從閥門與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)方面進(jìn)行分析，并通過模擬試驗(yàn)與現(xiàn)場實(shí)際診斷數(shù)據(jù)，得出了該現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因，并描述了最終選擇的現(xiàn)場處理方案。關(guān)鍵詞：電動隔離閥；開啟失??；電機(jī)；堵轉(zhuǎn)；閥門診斷0

引言三門核電1#機(jī)組廠用水泵出口電動隔離閥，在廠用水泵啟動時(shí)閥門打開向位于汽輪機(jī)廠房內(nèi)的設(shè)備冷卻水熱交換器提供冷卻用的海水；在對應(yīng)列內(nèi)設(shè)備故障時(shí)，閥門關(guān)閉實(shí)現(xiàn)隔離，以便于設(shè)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(xiàn)過7次故障，導(dǎo)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(jì)算閥門開啟/關(guān)閉所需最大力矩為3161Nm，安全系數(shù)定為120%，即3793Nm。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為常州SND-DQ400系列，其最大輸出扭矩為4000Nm，大于理論計(jì)算值，滿足閥門扭矩要求。根據(jù)此理論計(jì)算值，廠用水泵啟動時(shí)閥門應(yīng)能可靠自動開啟，但現(xiàn)場實(shí)際多次開啟失敗導(dǎo)致廠用水泵跳閘。2

故障分析及應(yīng)對措施2.1

故障時(shí)現(xiàn)場監(jiān)測在廠用水泵啟動時(shí)，使用電動閥診斷裝置監(jiān)測電流，得到的曲線如圖1所示。調(diào)取趨勢圖發(fā)現(xiàn)主控發(fā)出啟泵開閥指令后，閥門上游壓力與管道流量均未出現(xiàn)變化，即閥門未真正動作，仍停留在全關(guān)位。由圖1可知，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)已動作，但電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力不足以開啟閥門。電機(jī)在A處啟動（啟動電流約3A），至B處電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空行程走完（包括齒輪間隙、配合間隙等），電機(jī)開始堵轉(zhuǎn)，C處達(dá)到堵轉(zhuǎn)電流最大值4.5A，由于PLS一直未收到閥門反饋信號在D處觸發(fā)停止開閥信號，隨后在E處發(fā)出停泵關(guān)閥信號，F(xiàn)處閥門關(guān)閉到位。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求，該電動閥的開力矩開關(guān)在0%～50%開度范圍內(nèi)被旁路，以防止力矩開關(guān)誤動而造成閥門開啟失敗。但是，上游MCC配置的保護(hù)未識別出電動閥的電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障，致使電機(jī)堵轉(zhuǎn)長達(dá)15s，對電機(jī)性能及壽命都會產(chǎn)生不可逆的影響。2.2

現(xiàn)場檢查與電動閥診斷在廠用水泵停運(yùn)、管道內(nèi)無壓力的情況下，電動閥能正常開關(guān)操作，執(zhí)行診斷試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體輸出能力嚴(yán)重下降，最終輸出扭矩為2217Nm，與歷史數(shù)據(jù)3665Nm、計(jì)算數(shù)據(jù)3793Nm相比，均存在較大偏差。2.3

故障模擬復(fù)現(xiàn)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(shí)模擬電機(jī)堵轉(zhuǎn)情況，使用電動閥診斷裝置監(jiān)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(xiàn)場故障情況的電流曲線基本一致，電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流約4.52A，運(yùn)行過程中電動閥電機(jī)端子處的電壓約為AC390V，端電壓滿足要求，無明顯的電壓降。2.4

分析結(jié)果根據(jù)上述分析過程，該電動閥的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力沒有足夠的裕量，一直處于臨界運(yùn)行狀態(tài)，在上游壓力超過其臨界狀態(tài)或擾動過大時(shí)，電機(jī)堵轉(zhuǎn)仍不足以打開閥門，上游無法收到對應(yīng)的邏輯信號，致使廠用水泵跳閘。根據(jù)電動閥特性，此故障可能的原因?yàn)椋海?）執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力變?。弘姍C(jī)降質(zhì)、潤滑不良。（2）閥門開啟需要比理論數(shù)據(jù)更大的扭矩：內(nèi)部異物、密封面異常磨損。2.5

應(yīng)對措施電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)多次出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，電機(jī)性能下降，優(yōu)先整體替換電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并執(zhí)行電動閥診斷試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來判定是否對閥門進(jìn)行解體檢查。在替換電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)后，執(zhí)行診斷試驗(yàn)得到的曲線如圖5所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，電機(jī)停止時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出扭矩3894.9Nm，滿足閥門扭矩設(shè)計(jì)要求。此外，扭矩曲線與電流曲線平滑無異常，無須對閥門進(jìn)行進(jìn)一步的解體檢查。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)替換完成后，該電動閥未再次出現(xiàn)開啟失敗的故障。3

結(jié)語相比于管道無壓情況，管道有壓力時(shí)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)還需要克服管道壓差導(dǎo)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(guān)的動作而電機(jī)停止運(yùn)行，導(dǎo)致開閥失敗；（2）有開旁路情況下，由于潤滑不足或電機(jī)輸出能力下降，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體性能下降，電機(jī)堵轉(zhuǎn)仍不足以打開閥門，導(dǎo)致開閥失敗。因此，在管道無壓時(shí)電動閥能可靠動作，不足以保障電動閥在有壓情況下的運(yùn)行可靠性。通過閥門診斷技術(shù)，獲取電動閥的整體性能曲線，評估設(shè)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(jìn)行診斷試驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注的性能參數(shù)有：關(guān)閥時(shí)扭矩開關(guān)動作閥桿推力/扭矩；關(guān)閥時(shí)閥門關(guān)閉后的最終推力/扭矩；平均填料摩擦力；行程時(shí)間；開旁路時(shí)間；電機(jī)啟動電流/運(yùn)行電流/峰值關(guān)閥電流；電機(jī)端電壓。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力下降、潤滑不良，或者閥門狀態(tài)變差、閥門開啟