核电厂核级电源模块返修质量提升研究

朱桂霞

（中核武汉核电运行技术股份有限公司 湖北省武汉市 430070）

1 引言

某核电站安全级电源模块A 由国外B 公司设计供货。电源模块A 投运已超过14年，设备长时间运行，出现老化现象，缺陷逐年增多，近几年设备故障率呈上升趋势。使用方于2013年开展老化管理工作，计划分十批完成296 块电源模块A 返原厂维修，截止2018年已完成4批，遇到的主要问题包括：返修周期长、返修范围小、返修质量差以及国内代理公司维修能力有限等。

因此，本论文拟通过对电源A 返修质量提升研究，打消其“担忧”思想，解决电源模块A 原厂维修元器件更换范围小、返修质量差以及国内代理公司维修能力有限等问题。拟通过此研究使得返修质量提高1 倍，从而更好的保障“心脏”安全、稳定、可靠性的运行。

2 返修质量提升研究

根据现状调查分析发现，原厂返修质量差主要原因在于没有科学合理的返修质量规范，如故障模式及影响分析报告、易损元器件清单、修后电源功能测试条目及具体指标等。

2.1 FMEA分析

由于电源A 是一个成熟的产品，作为非设计及生产厂商，这里分析属于事后分析，主要针对元器件级的故障进行故障模式及其影响分析(Failure mode and effect analysis，FMEA)；通过对电源模块短寿及关键元器件经行FMEA 分析，罗列并分析元器件的功能描述、潜在的失效模式及后果、潜在失效起因、现行控制方法和改善措施；并分析各个失效模式的严重度、频度、探测度及最终RPN 值。梳理易损元器件清单，确定元器件的退化状态或者失效原因，为模块的预防性维修及纠正性维修提供理论依据。

以薄膜/瓷片电容C107 为例进行FMEA 分析，对于电源A，隔离驱动变压器原副边的隔直薄膜电容也是影响模块寿命的重要因数；在长期运行后薄膜电容容值下降，阻抗减小，导致开关控制信号无法从控制板传递到开关管，进而整个模块无输出。对于电源A上其它的薄膜电容如X 电容、普通滤波电容和部分安规电容；这类电容在电源模块正常工作中承受的交变分量相对小，寿命也相对长些，另外这类电容即使容值下降，大概率不会影响模块的基本输出功能，只会影响模块的EMI 等性能。分析结果如表1 所示。

表1：为薄膜/瓷片电容C107 FMEA 分析

表2：第一次预防性维修元器件清单

表3：电源返厂维修情况表

图1：核电厂电源A 返修后拷机故障率（%）现状、目标及实际数据对比

2.2 梳理易损元器件清单

根据模块的原理图分析及现场维修的经验分析，表2 给出了第一次和二次预防性维修的元器件清，首次预防性维修为投入运行后第8年,第二次预防性维修为首次预防性维修后第6年；第二次预防性维修增加输出小板上电解电容的更换、输入端EMI 薄膜电容C1、第二级EMI 薄膜电容C101/C102、功率管上并联的电C2/C3/C4/C110/C111 和输入继电器K1 的更换。

从12 块模块的维修中发现，运行超过10年且经维修的模块，功率电阻的焊盘及周边的铜皮，都存在脱落现象，甚至整条铜皮脱落。建议对焊盘脱落严重，反复故障的模块不进行第二次预防性维修，直接做报废处理。

2.3 规定修后电源功能测试条目及具体指标

根据标准《NB/T 20197.3-2014 核电厂仪表和控制设备可靠性及老化检测》第三部分电源部分和经验研究适用于修后电源A 功能测试条目及指标，修后电源A 有7 项基本功能测试项目和修后拷机运行测试，确保电源模块修后可靠性及稳定性。具体项目解析如下。

（1）第一项为模块的基本功能测试，通过设置正常输出电压和高低压报警点，确保模块在故障模式下正常报警，操作员及时更换模块并处理。

（2）第二项为模块的带载能力测试，确保模块能够满足重载运行，有足够的负载冗余。

（3）第三项为模块的动态负载测试，动态负载是模块的一个重要指标。

（4）第四项为模块的功率因素测试，模块第一级为功率因数校正电路，可以大大较小输入谐波污染，减轻前端逆变器的负载应力。

（5）第五项为模块的输出文波测试，输出文波是模块的关键指标，文波超规格可能引起下游设备干扰或者异常。

（6）第六项为模块的满载效率测试，效率指标可以综合体现模块的状态，元器件老化，焊接不良和散热不良等异常都可能导致效率下降。

（7）第七项为24 小时老化拷机，通过老化拷机排除模块的早期不良，特别是一些焊接不良或组装上的不良。

3 效果检验

截至目前共完成4 批共96 块电源的维修，4 批的维修数量修后拷机故障率统计如表3。对12 块故障电源A 按照第2 章的方法进行运输维修，维修数量和修后拷机故障率统计如表3。实践证明，对策实施后是有效的，维修后拷机故障率从5.05%降至0%，超出既定目标，如图1 所示。

4 结论

为保证重要电源模块返修的质量，对电源模块进行分析，制定一系列的返修规范是非常有必要的。事实证明，返修过程中根据规范进行操作，可大幅提高返修的质量及其一致性。