稳压器加热器调功装置闪发配电装置故障分析

摘要：本文针对某核电厂稳压器比例式加热器在响应一回路压力调节时。调功装置上出现配电装置故障报警，检查发现稳压器加热器调功装置上“相不平衡”故障灯亮，通过对该调功装置内的功率控制电路、可控硅控制电路、故障监测电路、可控硅及供电回路逐步排查，找出故障报警出现的根本原因，从而保证了稳压器加热器调功装置运行的可靠性。

关键词：加热器;调功装置;故障报警;

0.引言

稳压器是压水堆核电站对一回路压力控制和超压保护的关键设备。稳压器加热器作用一是在反应堆启动期间加热一回路冷却剂，使稳压器内冷却剂温度对应于运行压力下的饱和温度;二是在反应堆运行期间当一回路压力下降时自动投入以提升并维持一回路压力。稳压器加热器调功装置可以调节加热器的功率输出，控制稳压器中冷却剂的温度，从而参与对一回路压力的控制[1] 。某核电厂稳压器加热器调功装置在响应一回路压力调节时。主控出现配电装置故障报警，现场检查发现稳压器加热器调功装置报警盘上“相不平衡”故障灯亮，在调功装置上进行复位后，“相不平衡”报警消失。为提高稳压器加热器的运行可靠性，对出现此故障报警进行了根本原因分析。

1.稳压器加热器调功装置介绍

1.1调功装置基本原理

加热器调控装置主要由功率控制电路、可控硅控制电路、故障监测电路、可控硅及供电回路组成。可控硅控制电路是通过控制信号输入，去控制串联在主电源回路的可控硅，由此达到调节功率的目的。该装置采用时间比例零位控制模式，通过控制负载电压的周波通断比来控制负载的功率。采用这种控制，即实现了温度控制，又消除了相位控制带来的高次谐波问题。

稳压器加热器调功装置采用3组二极管和3组可控硅反相并联的接线方式，每相控制单元由2只并联的可控硅和一个反相并联的二极管共同构成，相当于组成了一个软开关，该软开关的通断和触发脉冲完全同步。其比较信号采用锯齿波，将4-20mA DC控制信号和锯齿波的比较后，形成触发脉冲信号，当电源电压到自然换相点时通过触发脉冲信号使可控硅导通若干个周波，当触发脉冲截止时则可控硅关断若干个周波，通过改变可控硅通断的时间比的方式达到调节功率的目的[2] 。

1.2相不平衡报警工作原理

稳压器加热器调功装置上的“相不平衡”报警是通过CT采集电流信号转换为电压信号送入相不平衡监测电路，三相电流对应的电压信号通过相不平衡监测电路向量求和后，通过运算放大器将运算结果与相不平衡报警定值（设定值为2V）进行比较，若超出阈值，则触发“相不平衡”报警。通过反推计算，相不平衡报警定值对应的负载电流不平衡度为8%，相间电流差约为30A。调功装置内的“相不平衡”仅仅触发报警，对稳压器加热器的运行不会产生影响。

2.原因分析

2.1相不平衡故障報警可能的原因分析

通过对稳压器加热器调功装置主回路及可控硅进行检查，排除了加热器开路及可控硅击穿的可能。对装置内部相不平衡卡件及监测回路进行检查未发现卡件损坏、报警定值漂移、采样CT损坏等现象，调功装置内部保险直阻正常。因此初步确认此次报警的原因为4-20mA控制信号大幅频繁波动导致。

2.24-20mA控制信号大幅频繁波动导致相不平衡报警原因分析

由于稳压器一回路压力大幅波动，控制调功装置出力的4-20mA信号也随之大幅波动或者跳变。已知三相交流电流之间有120°的相位差，且调功装置属于过零触发，可控硅的通断是以周波为单位，三相电流的过零点存在极短的时间差（约20/3 ms）。当一回路压力变化不大的时候，触发脉冲的变化较缓，该时间对调功装置的调节无影响。如果控制信号变化过快，导致调节过程中三相相电流的导通触发调节过程变化过快，此时可能导致某一相已导通而另外两相尚未导通或两相导通而另一相未导通的情况产生。如果同时调节信号变化很大，导致触发脉冲的宽度变化超过了半个周波时间（10 ms），此时已导通相将通过一个周波后才能截止，从而出现瞬间的调节紊乱现象。调节信号如果在短时间内频繁发生，相不平衡卡件可能检测到三相电流的不平衡度超过8%，从而产生“相不平衡”报警。此次的报警出现在稳压器一回路压力波动期间，调节信号波动很大，因此可以确定报警出现的原因为调功装置的调节信号大幅波动导致。

该报警属于状态报警，当相不平衡电路监测到主回路三相电流不平衡度达到8%后，发出该报警。该报警不参与加热器调节和控制，不影响稳压器加热器的正常运行和调节控制功能。

3.历史同类事件统计分析

查询检修历史记录，该电厂从商运至今，闪发此类“相不平衡”报警的共有14次。从统计数据上看，该报警的是随机出现的，同一机组的“相不平衡”报警的出现也是不规律的。从报警机理对比分析可能和调功装置的电源相位有关。从检修历史记录中还可以发现该报警基本出现在机组升温升压或者GRE/RGL相关试验会引起稳压器一回路压力大幅波动过程中。

同法国EDF专家核实国外核电站中也存在类似问题，EDF专家认为该报警的风险不高，他们并没有从电站层面采取任何措施去解决该问题。同时，他们也提出可以通过修改设定值来限制，法国卡特农核电站（CATTENOM）已将该报警设定值值由2V调至3V。

4.结束语

在机组升温升压或者进行功率波动试验期间，稳压器一回路压力波动较大时，稳压器加热器的调功装置的4-20mA控制信号将会大幅波动，从而可能由于瞬态的调节扰动引发“相不平衡”报警。该报警不参与加热器调节和控制，不影响稳压器加热器的正常运行和调节控制功能。由于该报警回路具有自保持功能，因此出现报警后需要在调功装置上进行复位。法国EDF专家认为可以通过优化调功装置“相不平衡”报警设定值，从而限制该报警在一回路瞬态过程中随机产生。

参考文献：

[1] 张志国.稳压器电加热器异常跳停故障分析[J].电工技术，2017（8）：87-88.

[2] 张中杰.加热器功率调节器可控硅击穿故障分析[J].电子测试，2016（9）：103-105.

作者简介：

贺吉昌（1983-），男，广东汕尾，工程师，从事核电电气运维工作。

（作者单位：中广核陆丰核电有限公司）