某核电机组首次满负荷甩到厂用电试验跳机原因分析

陈长剑

【摘 要】某核电机组首次满负荷甩到厂用电试验时，触发跳机信号。通过深入分析、定位根本原因，为后续设备改造打下基础，有效地保证了第二次试验顺利完成。

【关键词】核电；甩到厂用电试验；汽轮机调节系统

某核电机组首次满负荷甩到厂用电试验时，触发跳机信号，在厂用电孤岛运行模式下从而触发反应堆停堆信号。通过从汽轮机调节系统（以下简称GRE）控制平台和就地阀门多方面去分析，最终定位根本原因，同时为后续设备改造提供数据基础。

1.满负荷甩到厂用电试验介绍

满负荷甩到厂用电试验指机组在带满负荷运行时与电网解列快速甩负荷到带厂用电运行，期间要求机组各项运行参数在安全范围内，不引起各系统保护异常动作，因此该试验是一项高难度、高风险的大型综合试验。

2.试验过程分析

通过分析试验过程并在DCS查找有关数据、检查系统日志，总结出试验详细时序如下。

1）19：09：50：

试验开始，断开500KV断路器；

2）19：09：52：

汽机转速飞升，超加速信号触发，高中压调门正常快速关闭，转速飞升到最大1566rpm后开始下降；

3）19：10：06：

汽机转速达到最低至1494RPM，随着转速下降GRE高中压调门指令增加，高压调门开启至约8%，中压调门开启至约28%行程（就地阀门开启角度约18°）；

4）19：10：07：

汽机转速升至1510rpm，中压调门蒸汽流量指令由21.42%迅速减小至-6.8%，GRE中压调阀指令与实际阀位（28%）偏差超过10%；

5）19：10：17：

GRE中压调阀阀位与指令偏差超过10%且持续时间达到10秒，触发中压调节阀阀位与指令偏差10%超过10秒的跳机逻辑；

6）19：10：33：

由于在孤岛运行模式下汽机跳机，触发反应堆停堆。

3.跳机信号原因分析

进一步对GRE系统深入分析，归纳出可能会触发GRE中压阀门指令与阀位反馈偏差超出10%持续10s的原因有：阀门执行机构卡涩、阀门执行机构关闭力矩不足，详细分析如下。

1）阀门执行机构卡涩

在试验开始瞬间汽轮机转速飞升，GRE中压调阀油动机内油压快速降至0 MPa，4个GRE中调阀也正常关闭，随着汽轮机转速下降，为了保持汽轮机在额度转速，油动机内工作油在GRE系统开门指令作用下迅速增大，4个中压调阀又开启，转速又小幅升，此时GRE系统再次给出关门指令，油动机内工作油油压已降至0 MPa，但此时中压调阀在28%行程开度下无法正常关闭，10s后触发跳机保护动作，此时汽机保护系统安全油快速泄压，所有阀门快速关闭。若阀门执行机构发生卡涩，中调阀则无法快速关闭。

另外，在试验失败后的停机窗口，针对GRE 4个中调阀又重新进行了单体调试验证，各阀门均动作正常。

结论：GRE中压阀门执行机构无卡涩。

2）GRE中压阀门关闭力矩不足

满负荷甩到厂用电试验时不仅是单个阀门无法关闭故障，而是所有GRE中调门同时发生无法关闭的共模故障，排除阀门阀轴卡涩、油动机比例阀故障等偶发故障。根据图1所示，对GRE中压阀门的开启和关闭进行受力分析：

·阀门开启瞬间：油动机驱动力矩>给定阀位的弹簧作用力矩+蒸汽作用轴承摩擦力矩+传动摩擦力矩；

·阀门开启，油压稳定时：油动机驱动力矩≈给定阀位的弹簧作用力矩+蒸汽作用轴承摩擦力矩+传动摩擦力矩；

·阀门关闭时：给定阀位的弹簧作用力矩>蒸汽作用轴承摩擦力矩+传动摩擦力矩；

·相同阀门行程开度且阀板前后压差相同时，蝶阀的开启和关闭的轴承摩擦力矩大小接近：蒸汽作用轴承摩擦力矩（开启）+传动摩擦力矩≈蒸汽作用轴承摩擦力矩（关闭）+传动摩擦力矩；

·阀门开启时稳定油压在7MPa，通过查询油动机设备说明书可算得开启力约123KN。另外查询阀门静态调试数据，详见表1，可知30%行程开度时阀门弹簧力约27.9KN。假定油动机驱动阀轴的力臂为X，因此有：

123X≈（27.9+蒸汽作用轴承摩擦力+传动摩擦力）X

可得：（蒸汽作用轴承摩擦力+传动摩擦力）X≈95.1X

该阀门30%行程开度时弹簧关闭力矩约27.9X，远小于蒸汽作用轴承摩擦力和传动摩擦力的反力矩95.1X；另外，机组满负荷甩厂用电试验后GRE中压调节阀首先关闭，接着再次开启过程中，开启油压异常升高（0-6.24-9.94-7.61MPa），是静态相同阀位对应开启油压（0-1.2-2.8MPa）的数倍。

表1 阀门静态试验数据

根据以上可得出阀门无法正常关闭的原因为：

甩厂用电试验后，由于GRE中调阀前后存在较大压差作用在阀轴，作用在阀的开启力矩大于或等于阀门油动机本身弹簧作用于阀轴产生的关闭力矩。

4.结语

综以，GRE中压调阀在行程开度20%—30%区间关闭力矩不足以及阀轴与轴承的摩擦力过大，导致在该阀门开度区间时阀门油动机本身弹簧所提供的关闭力矩不满足实际试验需求，出现阀门关闭迟滞现象。

至此，某核电机组首次满负荷甩到厂用电试验时跳机的根本原因是GRE中压阀门关闭力矩不足。后续对GRE中压阀门进行了相关改造（增大弹簧力），再次执行满负荷甩到厂用电试验时一次成功。

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