核电站大气释放阀调试故障浅析

付兴成

（三门核电有限公司，浙江 三门 317112）

0 引言

在先进的三代机组中，大气释放阀执行蒸汽发生器隔离和蒸汽发生器排放隔离的安全功能。当凝汽器、循环水泵或凝汽器蒸汽排放功能不可用时，通过大气释放阀排放来冷却电站。

三门核电站使用的大气释放阀是口径12in 的调节阀，仪控相关的附件包括定位器、气动阀放大器、1E 级电磁阀和限位开关。该阀门的失效位置是关闭位置，正常机组运行时阀门处于关闭状态，1E 级电磁阀处于常带电模式。该阀门阀芯设计较为特殊，带有先导阀，其中主阀行程6in，先导阀行程0.5in。该阀门的调试工作主要关注阀门的调节性能，同时保证阀门在运行工况下具备开启的功能[1]。

1 大气释放阀调试故障处理

该阀门的冷态调试包括机械检查、校线检查、仪控附件校验、诊断测试。其中，该阀门带有手轮且手轮机构较为特殊，操作时要严格按照操作手册执行，同时该阀门带有上下气缸平衡阀，手动操作时需要开启该平衡阀，操作完成后需要关闭该平衡阀。

1.1 冷态调试故障处理

该阀门的冷态调试项目如下：

1）机械检查：手动操作该阀门确认阀门手动操作正常，动作过程中没有明显的卡涩。检查各机械连接部件连接完好，没有明显松动或部件缺失。

表1 定位器线性度检查Table 1 Locator linearity check

2）校线检查：依据电气接线图纸对阀门的信号反馈接线进行查线，本阀门带有1E 级电磁阀，在进行校线检查时尤其要关注电磁阀接线的正负极问题，如果接线错误会导致电磁阀损坏。

3）仪控附件校验：主要包括定位器控制性能检查和限位开关调整。

4）诊断试验：通过采集阀门的供气压力、定位器压力、执行机构内部压力、阀门行程和阀杆推力来判断阀门的整体性能，如落座力、摩擦力和调节性能等。

在进行定位器线性度检查时，发现该阀门较大开度时的控制性能较差，定位器反馈的阀位和实际阀位偏差较大，以阀门V233A 为例，详细数据见表1。

通过表1 可以看出，阀门的实际阀位和定位器反馈阀位最大偏差10%，这已超出了阀门控制性能的验收标准。

该阀门使用的定位器是Fisher DVC6010 定位器，该系列数字式阀门控制器是基于微处理器的电气转换仪表，除了把电流信号转换成气压输出这一标准功能外，还可以通过HART 通讯协议获取控制阀的基本信息[2]。通过使用HART 手操器对定位器进行自动校验，在发现该定位器控制性能差后，通过定位器稳定/优化菜单对定位器进行了优化，以增加阀门的响应，同时尝试调整定位器反馈杆连接位置，通过多次调整，调整后重新进行定位器自动校验，但该问题仍无法解决。后通过仔细研究Fisher DVC6010 定位器说明书，发现该型号定位器适用于行程0in ～4in 的阀门，但是大气释放阀行程是6.5in，经再次与定位器厂家进行核实，确认是定位器选型错误。通过更换正确型号的定位器后，该阀门控制性能满足验收标准。

图1 大气释放阀气路控制图Fig.1 Atmosphere release valve gas route control chart

1.2 热态调试故障处理

核电站进行热态功能试验时需要验证大气释放阀的排放能力，因此需要操作大气释放阀全开，但是阀门在收到全开指令后无法全开，阀门阀位在65%左右的阀位上下波动，该阀门带有过滤减压阀、定位器、气动放大器和电磁阀，气路控制并不复杂，气路控制图如图1 所示。

从气源控制图上可以看出，过滤减压阀失效、定位器失效、气动放大器失效、电磁阀失效、执行机构泄漏或阀门本体故障都有可能导致阀门无法全开。为了确定根本原因，将阀门从系统中隔离处理，对阀门进行单体操作时发现，阀门在收到全开指令后可以完全打开，通过这个检查可以确定电磁阀和放大器功能正常，下面通过使用诊断试验逐一对导致阀门热态故障的原因进行排查。

1.2.1 热态诊断试验排查

通过使用诊断设备，在阀门上安装气压传感器测量执行机构压力，在定位器输出口安装气压传感器测量定位器输出压力，同时使用行程传感器监测阀门的行程，在热态情况下操作阀门全开，得到的诊断曲线如图2 所示。

图2 中阀门仍然无法全开，阀位在65%左右开度近40s。执行机构气压维持在50Psi 附近，没有饱和趋势，也没有明显上升趋势。定位器输出仅提供了2s 左右的饱和气压，然后降至50Psi 附近，并在该区域波动。

1.2.2 执行机构泄漏排查

通过热态功能测试，可以看出执行机构压力未能达到饱和压力，通过调整过滤减压阀的设定值到100psi，使用诊断设备监测执行机构的压力，全开操作阀门时，发现执行机构的内部压力可以达到100psi。根据这个试验可以看出执行机构不存在泄漏，需要排查其他的方面。

图2 热态诊断试验曲线图Fig.2 Thermal diagnostic test graph

1.2.3 阀门本体排查

阀门本体带有先导阀，如果先导阀工作异常，也可能导致阀门无法全开。基于这个考虑，需要验证阀门本体是否存在问题。通过更改气源管路，直接使用过滤减压阀输出压力作为气动放大器信号压力，将阀门改造为开关阀，通过操作电磁阀实现阀门的开关。

在带压情况下再次操作阀门，阀门可以正常打开，通过此次试验可以排除阀门本体、气动放大器和电磁阀的问题。

1.2.4 定位器问题排查

在完成热态诊断试验排查、阀门本体和执行机构排查后，基本可以判断定位器是导致阀门无法全开的根本原因。定位器在收到全开指令后，仅在前几秒输出了饱和气压，之后一直维持在50psi，导致阀门无法全开。

智能定位器具有精度高故障率低，检修方便的特点。主要组成是数据采集电路、电气转换器、气动功率转换、气动功率放大器、行程传感器几部分。来自4mA ～20mA电流控制信号，经过滤波、限压、差动放大器处理后，送入微处理器，作为采样输入信号。经过软件处理输出控制指令，定位器的CPU 处理器，产生不同的脉冲电流信号，经过功率放大电路，生成驱动电流，驱动线圈工作，电磁线圈推动电气转换器的部分挡板，产生微小位移。根据背压原理，喷嘴挡板产生微小位移通过喷嘴驱动放大器工作，产生响应的气体信号输出。该信号输出给调节阀，推动阀杆产生相应的位移，使调节阀工作。阀杆运行轨迹通过机械反馈连杆带动高灵敏阀位传感器旋转。该传感器输出电压变化量，经压差运动放大回路处理后，输入微处理器进行采样，经处理得到对应的阀位变量。阀位设定值与阀位变量经软件计算、比较，得到差值。根据差值的大小，实时修正阀杆的位移，完成气动阀的控制过程[3]。定位器在控制过程中容易受到高温的影响，导致控制异常。

在机组正常运行时，大气释放阀周围的温度很高，使用点温枪测量了定位器安装区域的问题，局部温度高达170℃，经查阅定位器手册，该定位器最高可以承受85℃，因此判断高温是导致定位器工作异常的原因。

为了降低高温对定位器的影响，更换了新的定位器，同时使用厂用压空系统给定位器进行降温。在降温后使用点温枪测量了定位器周边温度，温度在50℃左右，该温度满足定位器的工作范围。再次带压操作阀门，阀门仍然无法全开。通过这个试验可以看出，温度不是导致定位器异常的主要原因。

结合整个问题的排查过程再次梳理了阀门不能全开的异常现象，大气释放阀全开过程中整个管线存在一定的振动，智能定位器内部的电气转换器喷嘴可能在振动的影响下工作异常。基于此原因分析，在获得许可后，将定位器从阀门支架上拆下，使用软管替代原有的不锈钢气源管线。再次操作阀门全开，阀门动作正常，至此大气释放阀不能全开的故障原因也确定了。

大气释放阀热态操作时，共振引起定位器内部电气转换器工作异常导致阀门无法全开，在确定原因后制作了临时的聚四氟乙烯垫片，加装在定位器、安装板及支架上，以求改变共振频率，再次进行试验，阀门动作正常。

热态调试时阀门无法全开，定位器是导致该缺陷的重要因素，在后续选择定位器时要结合实际工况进行匹配，以便定位器更好的工作。

2 结语

气动阀故障在调试和运行过程中较为频繁，如果能及时查明故障原因并消除故障，可以使系统更快投入运行，极大地节约成本。本文结合大气释放阀调试过程中的缺陷该如何进行分析判断，对后续问题给出相对应的故障判断思路和解决方法，希望对国内在建的其他三代核电机组有参考意义。