分析了某核電站電動閘閥無法通過電動裝置正常操作閥門開啟和關(guān)閉的原因，提出了降低閥門啟動附加力矩或消除力矩開關(guān)跳動的方法。

1、概述

　　電動閘閥是核電站安全殼噴淋系統(tǒng)(EAS) 和地坑的隔離設(shè)備。在核電站LOCA 工況的再噴淋階段，電動閘閥開啟，噴淋管線從安全殼地坑吸水為再噴淋提供冷卻水源，使安全殼內(nèi)壓力和溫度降低到可接受的水平，確保安全殼的完整性。在EAS 進(jìn)入再噴淋階段，電動閘閥( EAS013 - 014VB) 開啟，噴淋管線從安全殼地坑吸水進(jìn)行再循環(huán)噴淋，再循環(huán)噴淋可以持續(xù)幾天到幾個月。電動閘閥的可用性，決定了再噴淋循環(huán)能否正常進(jìn)行，當(dāng)電動閘閥無法正常操作時將導(dǎo)致EAS 不可用。

2、故障分析

　　2.1、工況條件

　　電動閘閥為電動遠(yuǎn)傳平行板(帶楔塊) 閘閥，電動裝置通過遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)與閥門連接，遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)中間存在3 個90°轉(zhuǎn)向( 圖1) 。在核電站調(diào)試期間，開關(guān)閥門時電動裝置力矩開關(guān)動作，閥門無法正常開關(guān)。具體表現(xiàn)為，電動裝置力矩測量組件的力矩桿頻繁跳動，觸發(fā)力矩開關(guān)動作，電動裝置停止動作。當(dāng)將電動裝置的設(shè)定力矩增大時，故障得到緩解，但極不穩(wěn)定，有時無法正常操作閥門。

圖1 電動閘閥傳動機(jī)構(gòu)

　　2.2、檢測分析

　　根據(jù)故障現(xiàn)象分析，造成電動裝置無法正常啟閉閥門的原因與閥門開關(guān)力矩、遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)效率和電動裝置性能等有關(guān)( 圖2) 。

　　現(xiàn)場使用力矩扳手直接操作閥門時，開關(guān)力矩不大于設(shè)計開關(guān)力矩。使用低轉(zhuǎn)速電動裝置啟動遠(yuǎn)傳裝置時，可以正常開關(guān)閥門。證明閥門的開關(guān)力矩沒有超過設(shè)計值。在圖1 中位置①處加力矩測量裝置測量電動裝置對遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的輸入力矩，位置②處加磁粉制動器( 模擬閥門開關(guān)力矩) 和力矩測量裝置測量遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的輸出力矩，輸出力矩與輸入力矩的比值即為遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的傳動效率。經(jīng)測量，遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的傳動效率超過默認(rèn)傳動效率，證明遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的傳動效率滿足設(shè)計要求。使用電動裝置專用的力矩校驗臺檢驗其輸出力矩，電動裝置的輸出力矩滿足設(shè)計要求。

圖2 故障分析

　　通過分析及測試，閥門、遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)和電動裝置性能符合工況要求。為了確定閥門、遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)和電動裝置配合是否是導(dǎo)致故障的原因，在電動裝置的動力和控制線路中接入檢測裝置，在關(guān)閥開始時檢測到電動裝置的電機(jī)有3 次電流峰值，對應(yīng)關(guān)方向力矩開關(guān)3 次切斷動力電源( 圖3) 。在閥門全關(guān)時開啟閥門，電動裝置運轉(zhuǎn)正常。在閥門處于中間狀態(tài)時無論開關(guān)閥門均可檢測到電動裝置2 ～3 次啟動。

(a) 電流峰值(b) 關(guān)力矩開關(guān)動作

圖3 動力和控制線路檢測結(jié)果

　　2.3、理論分析

　　在閥門全關(guān)位置介質(zhì)及靜摩擦?xí)�引起閥門開啟力矩過大。為避免全關(guān)位置電動裝置不能正常開啟閥門，電動裝置在全關(guān)位置開啟閥門時通過行程開關(guān)將力矩開關(guān)屏蔽，使力矩開關(guān)失效閥門正常開啟，因此在全關(guān)位置開啟閥門時，沒有檢測到電機(jī)多次啟動。而閥門在其他狀態(tài)時，力矩開關(guān)未被屏蔽，因此電動裝置啟動時電機(jī)有多次啟動現(xiàn)象。

　　通過對電流信號的定性分析，發(fā)現(xiàn)電動裝置電機(jī)二次啟動的時間間隔很短，此時電動裝置啟動信號還未消失，因此電動裝置再次啟動，直到帶動閥門開啟或啟動信號消失。將電動裝置設(shè)定力矩增大時，此時力矩開關(guān)不宜被觸發(fā)，因此增加設(shè)定力矩可以使故障得到緩解。

　　由于電動裝置的力矩開關(guān)在啟動時動作，說明此時附加力矩較大，超過電動裝置的設(shè)定力矩導(dǎo)致力矩保護(hù)動作，電動裝置不能正常運行。轉(zhuǎn)動力矩M = Jβ(J———轉(zhuǎn)動慣量，β———角加速度) 。通過對電機(jī)電流的定量分析，發(fā)現(xiàn)電動裝置的電機(jī)啟動時間為μs 級，導(dǎo)致角加速度非常大。使用低轉(zhuǎn)速電動裝置時，因其轉(zhuǎn)速較低，啟動時間較慢，故可以正常操作閥門。

　　通過分析，得知電動閘閥因電動裝置轉(zhuǎn)速較快，啟動時間較短，在慣性的作用下導(dǎo)致遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)在啟動時附加力矩較大，從而使啟動時電動裝置所需力矩較大，超過設(shè)定力矩。

3、改進(jìn)

　　為解決電動閘閥啟動故障，只能通過降低啟動時的附加力矩或通過電動裝置的設(shè)備消除力矩開關(guān)的跳動。

　　(1) 減小遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的慣性

　　遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)的慣性與遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)形狀、質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸的位置等相關(guān)，屬于固有特性，要改變固有特性需對遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)重新設(shè)計，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為相關(guān)設(shè)計方案受傳遞力矩空間布置的制約。

　　(2) 電動裝置全開位置加力矩屏蔽裝置

　　類似于電動裝置全關(guān)位置的力矩屏蔽，在全關(guān)位置加力矩屏蔽，可以保證閥門在全開全關(guān)位置正常啟動，且閥門為全開全關(guān)閥，正常狀態(tài)不存在中間位置。

　　(3) 降低電動裝置的轉(zhuǎn)速

　　在閥門開啟行程和開啟時間不變的情況，通過采用閥桿雙頭螺紋的形式，降低電動裝置的轉(zhuǎn)速。

4、結(jié)語

　　針對核電站電動閘閥無法正常啟動的原因，提出了故障處理方案，保證了系統(tǒng)的完整性和可用性。