数字化核电厂阀门新故障模式分析

赵二

【摘 要】岭澳核电厂二期采用DCS数字化控制技术，现场控制设备大量采用智能化控制器，提高了电站运行的稳定性和可靠性。但智能化调节阀的投入使用，引入了调节阀反复开关波动的新故障模式。本文对这一新的故障模拟式进行了分析，为电站运行人员正确处理故障提供参考。

【关键词】数字化；智能化；调节阀；新故障模式

【Abstract】In the two phase of Ling Ao nuclear power plant， the DCS digital control technology is adopted， the intelligent controller is adopted in the field control equipment， which improves the stability and reliability of the operation of the power station. But the intelligent control valve is put into use， and introduces the new failure mode of regulating valve repeatedly switch fluctuation. In this paper， the new fault simulation model is analyzed， which provides reference for the operators to correctly handle the fault.

【Key words】Digital； Intelligent； Control valve； New fault mode

1 背景介绍

岭澳核电厂二期机组采用数字化控制技术，自投产以来，控制系统稳定运行，运行业绩良好。采用数字化控制技术后，为现场使用智能化设备提供条件，部分现场执行机构使用智能化设备，如调节阀采用带有智能化控制定位器的调节阀，2011年岭澳4号机组出现了旁路调节阀L4GCT121VV反复开关波动的故障模式，运行人员快速成功处理了这一故障。这之前采用模拟技术的核电厂从未出现过类似的故障模式，之前的阀门故障模式一般是故障开、故障关、或者不响应，从没有出现阀门反复开关的这一新故障模式。本文就阀门反复开关的故障模式进行了分析，找到了根本原因。

2 智能化调节阀工作原理

GCT-C是汽机旁路系统，用于在汽机停运或大幅度甩负荷情况下，阀门开启带走一回路热量，维持一回路和二回路之间的能量平衡。GCT-C压力模式下的控制原理是通过蒸汽母管压力来控制GCT121VV阀门开度，压力测量值超过整定值，则阀门开度增大，排到CEX冷凝器的蒸汽增多，导致蒸汽母管压力下降，最终使母管压力维持在整定值压力。

从上述压力控制原理上是无法解释GCT121VV阀门反复开关波动的故障现象，岭澳二期核电厂机组采用数字化控制技术，大量执行机构采用智能化控制设备，L4GCT121VV阀门使用的定位器是智能定位器SVI，定位器本身还带有PID控制功能，相当于多了一个层级的控制，将原有的压力控制回路变成串级控制回路。

SVI智能定位器上的POSITON FEEBACK是阀门反馈的开度信号，在主控室可以看到显示。如果反馈信号故障，则定位器将无法接受到阀门真实的开度反馈，阀门将异常动作。

GCT-C压力模式下，GCT121VV的控制全部过程是VVP024MP压力实测值和压力整定值比较，产生偏差信号，偏差信号经过PI调节器后生成GCT阀门总需求开度信号，该总需求开度信号作用于GCT-C所有阀门，阀门总需求开度信号经过函数发生器405GD生成GCT121VV的需求开度信号，也就是阀门需求开度值，阀门需求开度值与阀门反馈开度值进行比较，形成偏差在SVI智能化定位器中进行PID调节后控制阀门开度，最终使阀门调节到和需求开度一致，完成整个调节过程。上述环节中有任何一个环节有故障，都可能导致阀门异常。

3 阀门故障模式原因分析：

采用数字化控制技术后，只有蒸汽压力信号和阀门反馈开度信号出现故障的可能性较大，其它环节经过调试合格后可靠性非常高，如果上游的蒸汽压力信号故障，则下游的控制阀门只能全开或全关，不会出现反复开关的现象。

如果出现阀门反馈开度信号故障保持不变，导致送到阀门定位器的阀门反馈开度信号GCT121VVP不能随阀门真实开度变化，如果此时阀门需求开度值大于反馈开度值，阀门定位器的PID输出不断增加，导致阀门全开，VVP压力下降，引发GCT401KM降低，当GCT401KM降低使阀门需求开度值低于反馈开度值时，智能化SVI定位器的PID输出不断降低，导致阀门全关，VVP蒸汽压力又开始回升，GCT401KM开始增加，如此反复。GCT121VV不断开关，GCT401KM不断波动，蒸汽压力也不断波动变化。

GCT121VV反复开关的根本原因是阀门定位器反馈阀门开度信号故障，并保持不变，该信号通过阀门反馈杆驱动定位器内部的滑动变阻器获取。变阻器也可以认为是一个特殊的传感器，存在上漂，下漂，冻结的故障模式。变阻器上漂，下漂，冻结的故障，本质上都是阀门定位器本体调节系统的需求开度信号和阀门反馈信号不一致，在智能化SVI定位器的PID功能作用下，阀门将异常动作，引发VVP母管压力变化，导致阀门需求开度变化，从而引起阀门波动。由于故障出现在调节阀本体上，而操纵员在主控室只能改变阀门需求开度信号，不能直接干预阀门本体的动作，故障处理有一定难度。

分析清楚这类故障模式的产生机理和根本原因后，就可以采取诊对性的措施预防和响应同类型故障，实际上类似故障发生几率很低，通过分析和制定故障响应预案，可以做到有备无患。

4 总结

岭澳核电厂二期机组采用数字化控制技术，部分现场控制阀门也具有数字化和智能化的功能，相关于在阀门本体多了一个层级的调节，在特定的位置反馈器故障情况下，会产生阀门反复开关的这一新故障模式，这类故障是原先模拟技术核电厂所没有的。但通过对故障机理的分析，是可以采取有效措施降低故障发生的几率和制定完善的故障干预方案来减低对电厂系统的影响。核电厂在发现问题后已经立即实施了这些措施。

【参考文献】

[1]广东核电培训中心 900MW压水堆核电站系统与设备[M].原子能出版社，2007.

[2]CPR1000机组GCT系统设计手册[S].

[3]MASONEILAN SVI使用手册[S].

[责任编辑：杨玉洁]