预测性维修用于重水堆保护及功率调节系统

徐清华

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

预测性维修用于重水堆保护及功率调节系统

徐清华

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

通过实例对CANDU-6型重水堆反应堆保护及调节系统设备的数据进行统计和分析，及时发现设备的漂移、内漏、性能下降和潜在的问题，预测设备的使用寿命，合理安排工期对其进行更换。同时优化现有的预防性维修工作，确保维修工作的有效性，优化设备维修管理，提高系统和电站的可靠性。

预测性维修；重水堆；反应堆；保护；调节系统

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.39

0 前言

秦山重水堆保护及功率调节系统仪控设备数量众多，种类多，技术含量较高，目前仪控设备维修一般采用缺陷维修及以时间为周期的预防性维修等方式。缺陷维修是当设备发生故障或失效时进行的维修，主要用于对系统及机组影响较小的、可以在线维修的设备。以时间为周期的预防性维修，事先确定维修周期、维修内容及备件材料等，定期进行维护或更换，重水堆保护及功率调节系统仪控设备绝大多数都采取这类维修方式进行。

由于各类仪控设备的特点不同，有些设备的故障与运行时间无直接关系，或个体差异导致提前出现故障，并不能简单通过对设备定期维修来避免设备失效。由于设备部件早期失效率较高，如果对设备进行过度维修，就会将原本运行在稳定期的设备重新返回到早期失效状态，反而增加了设备缺陷率。相反，利用定期检查、数据采集系统采集到的数据对仪控设备进行科学的状态监测和诊断，了解仪控设备运行状态，预测仪控设备状态发展趋势，在设备性能降低到出现缺陷前有计划地安排维修及更换，防止设备缺陷导致保护系统动作，或大大降低保护系统动作及机组停堆的概率，实际上这类维修方式称作预测性维修，是一种主动性的预防维修。[1]

1 预测性维修在反应堆保护及调节系统上的应用

1.1 应急堆芯冷却系统延时继电器的预测性维修

在应急堆芯冷却系统中的逻辑回路中，应用了100多个ETR4-70-A型延时继电器。目前延时继电器的预防性维修工作有在大修期间每2 a对延时继电器进行标定，检查延时时间及功能是否满足要求，如果不满足要求则进行标定。另外由于延时继电器的使用寿命要求，每14 a对延时继电器进行整体更换。虽然延时继电器有每2 a进行的大修期间，进行检查并调整延时时间的预防性维修，但是在运行期间的逻辑试验中还是多次出现了延时继电器延时时间超标的问题。

由于在逻辑试验中电站计算机采集了逻辑继电器的报警信息，及每个报警信息出现的时间，利用采集到的报警信息及报警时间可以计算延时继电器的延时时间。因此可以利用每个月一次的逻辑试验中采集到延时继电器的延时时间进行分析。如果采集到的延时时间连续漂移，到快接近允许的范围时，对延时继电器进行标定或直接更换新的延时继电器。

主蒸汽安全阀逻辑中的延时继电器的要求值为29.51 s到29.99 s之间，其误差范围小，要求高，如果延时继电器略微有漂移就会造成延时时间超标。在2016年1月到5月的监测中发现延时继电器的延时时间持续向偏高的方向漂移，延时时间从29.758 s变为29.875 s，29.868 s，29.871 s，29.916 s，通过采集数据，及时发现了延时继电器的漂移，在漂移到允许范围之外前对延时继电器进行了及时更换。

通过对延时继电器的预测性维修，减少了应急堆芯冷却系统逻辑试验中的缺陷，减少应急堆芯冷却系统进入TS限制的时间，提高了应急堆芯冷却系统的可靠性。

1.2 反应堆保护系统模拟指示表的预测性维修

在重水堆的反应堆保护系统应用了几百个模拟指示表。模拟指示表在每2 a一次的大修期间进行检查和标定，但是在运行期间由于指示表的个体差异会出现指示表指示超出允许范围的缺陷。

反应堆保护系统的指示回路，一般分成两路：一路送到数据采集系统中，一路送到主控室的模拟指示表中。数据采集系统中的指示精度高，模拟指示表的精度低，可以定期对照这两路的指示，判断模拟指示表的漂移量。如果一个模拟指示表持续漂移，快接近允许的限值前，及时对其进行标定，同时统计指示表在一个定期预防性维修的标定周期内漂移次数。如果多次漂移，则说明指示表存在异常，需要更换新的指示表。

1.3 反应堆保护系统的蓄压罐的预测性维修

反应堆保护系统的蓄压罐用在一号停堆及二号停堆系统的蒸汽发生器给水压力测量及试验回路中，蓄压罐内部有气囊，气囊内充有3 MPa的氮气，在每2 a一次的大修期间进行蓄压罐压力检查及氮气充装。机组运行期间，每个月要对蒸汽发生器给水压力测量回路进行试验，流程如图1所示。

图1 蒸汽发生器给水压力试验流程

试验前蓄压罐的气囊被压缩，气囊内的气体压力与水侧的系统压力相等，大概为4.8 MPa，试验时通过关闭工艺侧气动阀，打开试验气动阀，蓄压罐中水侧的水通过过滤器及手动调节阀逐渐疏掉，蓄压罐中的气囊逐渐膨胀，水侧的压力从4.8 MPa逐渐下降，下降到3 MPa左右后，由于蓄压罐的气囊膨胀被限制，水侧的压力迅速下降到0 MPa，典型的压力下降图如图2所示。试验期间，水侧压力下降到3.9 MPa左右时，蒸汽发生器给水压力参数会动作，同时运行人员要读取参数动作时的压力值。由于气囊的气体泄漏，导致压力下降过快，致使运行人员无法读取压力值。

从试验时压力的下降曲线可以看出，当压力下降到3 MPa左右后，压力下降迅速，这是因为蓄压罐的气囊膨胀被蓄压罐限制，无法再膨胀，此时水侧只要再排掉一点水压力就会迅速下降，从压力曲线的下降转折点，可以判断出蓄压罐中还有多少压力的气。由于每个月都要做一次试验，因此可以绘制每个月监测压力下降的曲线，了解蓄压罐内气囊内的压力大小和是否漏气，如果气囊内的压力过小，则可及时对气囊进行充气。连续多年的监测还可以发现蓄压罐性能是否下降，如果其性能下降则应适时更换。

图2 试验时变送器的压力下降波形

1.4 铂探测器的预测性维修

CANDU6型重水堆的保护系统及反应堆控制系统中应用了大量的铂探测器，其中一号停堆系统有34个铂探测器，二号停堆系统有24个铂探测器，反应堆调节系统有28个铂探测器，因此保证这些探测器的可靠运行是非常重要的事情。铂探测器安装在探测器组件中，组件中充有氦气（保护处于堆芯的探测器及其连接件不会被腐蚀），每2 a对探测器组件内的氦气压力进行检查：另外，还需要定期检查铂探测器的阻抗，从这些数据中可以分析出铂探测器阻抗的下降趋势。典型的铂探测器阻抗下降曲线见图3。从图3中可以看出，铂探测器的阻抗在初期下降很快，从129 MΩ下降到10 MΩ大约用了5 a时间，之后阻抗的下降速度变慢，大约5 a之后下降到3.5 MΩ左右。这样可以预测出铂探测器阻抗下降至1 MΩ需要的时间。如果探测器的阻抗＜1 MΩ，则应在下一次大修期间进行更换。定期收集铂探测器的阻抗值，可以预测铂探测器更换时间，提早做好准备。

图3 典型的铂探测器下降曲线

1.5 电离室的预测性维修

CANDU6型重水堆中共有9个电离室，并且都用在保护系统及反应堆控制系统，一号停堆系统有3个电离室，二号停堆系统有3个电离室，反应堆调节系统有3个电离室。这9个电离室的可靠运行，可以保证重水堆的正常运行。根据维修手册，这些电离室的设计寿命是40 a，能满足电站的寿期要求，但是在实际使用过程中，由于个体差异，或运输、安装等原因，会损伤电离室，无法达到预期的40 a使用寿命，因此需要收集电离室的运行数据，预测电离室性能下降、发生故障的时间，在电离室无法使用前选择合适的窗口进行更换。

目前主要收集电离室的阻抗、容抗数据和电离室的坪特性数据，以及电离室对功率变化的响应等数据，并对其进行分析。如果数据超出允许的范围，则评估电离室可否再使用一个大修周期，否则应在合适的窗口更换。

1.6 液体区域控制系统阀门的预测性维修

液体区域控制系统是重水堆的反应堆功率控制系统之一，其作用是通过改变14个区域控制隔舱内的轻水液位来改变反应性，从而改变反应堆的总功率和区域功率。液体区域控制系统的液位控制阀用于控制14个区域的液位。

液体区域控制系统液位控制阀采用直行程执行机构和截止阀配套组成。阀门配备电—气转换器、气动阀门定位器和流量放大器3项气动控制设备。阀门设计工作行程10 mm，阀门控制信号来自于电站计算机的模拟量输出信号。电站计算机经过计算通过模拟量输出卡件输出到阀门的电—气转换器，电—气转换器将4 m～20 mA型号转换为20 k～100 kPa的压力信号输出到气动阀门定位器作为控制信号，阀门的气动阀门定位器通过调节改变到执行机构的输出压力来改变阀门开度。为了提高阀门的响应速度，在阀门定位器输出到执行机构的回路中加装流量放大器。

运行期间，如果液位控制阀发生阀门关闭故障，则控制区域的液位则会变为0，区域功率上升，但区域功率过高则会导致降功率；如果发生阀门全开故障，则会导致区域溢满，进而使液体区域控制系统的气回路进水，导致整个液体区域控制系统失效，甚至导致停堆。因此利用自动阀门诊断装置可对14个控制阀进行诊断，收集相关的数据，判断阀门的性能。用AOV诊断装置诊断的典型的阀门整体动作性能测试曲线见图4。

图4 阀门整体动作性能测试曲线

由以上测试曲线可以看出，阀门开关过程中动作平稳，未出现明显卡滞现象，测试平均摩擦力合格。阀门实测行程距离合格。阀门关闭时阀瓣落座，密封力满足密封要求。如果诊断时发现异常，应及时对阀门的仪控部件及机械部件进行进一步的检查，甚至解体阀门进行检查。

1.7 保护系统主系统压力试验气动阀内漏的预测性维修

保护系统主系统压力参数试验回路中应用了气动阀，如果这些气动阀存在内漏，可能会导致试验无法执行，严重时可能导致测量参数波动、通道脱扣，甚至导致保护系统动作。对气动阀的试验曲线进行及时分析，分析气动阀是否内漏，对系统的正常运行有重要意义。

保护系统主系统压力试验流程如图5所示。正常时，工艺侧气动阀打开，试验侧气动阀关闭。试验时，首先关闭工艺侧气动阀，打开试验侧气动阀，在试验侧提供试验压力，试验压力变化，变送器的压力也随着变化。试验完成后，关闭试验侧气动阀，通过调节试验压力，变送器的压力应该保持不变，如果变送器的压力还是随着试验压力的变化而变化，则说明试验侧的气动阀有内漏。如果变送器的压力变得跟系统压力一致，则工艺侧气动阀可能存在内漏。典型的变送器输出压力曲线如图6所示。通过对试验曲线的分析，能够分析气动阀是否有漏，并能分析出泄漏的大小，如果泄漏超过允许的范围，则在合适的窗口更换气动阀。

图5 主系统压力试验流程

图6 试验时的变送器输出压力曲线

2 结束语

对电站数据采集系统采集到的数据或预防性维修工作采集到的数据进行合理、及时的分析，不仅可以发现设备的漂移、内漏、性能下降和潜在的缺陷，利用合适的窗口对问题进行及时解决，还可以找出设备的合理使用时间，预测设备的使用寿命，合理安排工期对其进行更换。同时，这项工作还有益于优化现有的预防性维修工作，确保维修工作的有效性，提高反应堆保护和调节系统和电站的可靠性。

［1］郁光廷.预测性维修在重水堆设备管理中的应用［J］.中国核电，2014（1）：66-69.

TM623.92

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〔编辑 吴建卿〕