電動(dòng)閘閥啟動(dòng)故障分析與處理

　　分析了某核電站電動(dòng)閘閥無(wú)法通過(guò)電動(dòng)裝置正常操作閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的原因，提出了降低閥門(mén)啟動(dòng)附加力矩或消除力矩開(kāi)關(guān)跳動(dòng)的方法。

1、概述

　　電動(dòng)閘閥是核電站安全殼噴淋系統(EAS) 和地坑的隔離設備。在核電站LOCA 工況的再?lài)娏茈A段，電動(dòng)閘閥開(kāi)啟，噴淋管線(xiàn)從安全殼地坑吸水為再?lài)娏芴峁├鋮s水源，使安全殼內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?lài)娏茈A段，電動(dòng)閘閥( EAS013 - 014VB) 開(kāi)啟，噴淋管線(xiàn)從安全殼地坑吸水進(jìn)行再循環(huán)噴淋，再循環(huán)噴淋可以持續幾天到幾個(gè)月。電動(dòng)閘閥的可用性，決定了再?lài)娏苎�環(huán)能否正常進(jìn)行，當電動(dòng)閘閥無(wú)法正常操作時(shí)將導致EAS 不可用。

2、故障分析

　　2.1、工況條件

　　電動(dòng)閘閥為電動(dòng)遠傳平行板(帶楔塊) 閘閥，電動(dòng)裝置通過(guò)遠傳機構與閥門(mén)連接，遠傳機構中間存在3 個(gè)90°轉向( 圖1) 。在核電站調試期間，開(kāi)關(guān)閥門(mén)時(shí)電動(dòng)裝置力矩開(kāi)關(guān)動(dòng)作，閥門(mén)無(wú)法正常開(kāi)關(guān)。具體表現為，電動(dòng)裝置力矩測量組件的力矩桿頻繁跳動(dòng)，觸發(fā)力矩開(kāi)關(guān)動(dòng)作，電動(dòng)裝置停止動(dòng)作。當將電動(dòng)裝置的設定力矩增大時(shí)，故障得到緩解，但極不穩定，有時(shí)無(wú)法正常操作閥門(mén)。

圖1 電動(dòng)閘閥傳動(dòng)機構

　　2.2、檢測分析

　　根據故障現象分析，造成電動(dòng)裝置無(wú)法正常啟閉閥門(mén)的原因與閥門(mén)開(kāi)關(guān)力矩、遠傳機構效率和電動(dòng)裝置性能等有關(guān)( 圖2) 。

　　現場(chǎng)使用力矩扳手直接操作閥門(mén)時(shí)，開(kāi)關(guān)力矩不大于設計開(kāi)關(guān)力矩。使用低轉速電動(dòng)裝置啟動(dòng)遠傳裝置時(shí)，可以正常開(kāi)關(guān)閥門(mén)。證明閥門(mén)的開(kāi)關(guān)力矩沒(méi)有超過(guò)設計值。在圖1 中位置①處加力矩測量裝置測量電動(dòng)裝置對遠傳機構的輸入力矩，位置②處加磁粉制動(dòng)器( 模擬閥門(mén)開(kāi)關(guān)力矩) 和力矩測量裝置測量遠傳機構的輸出力矩，輸出力矩與輸入力矩的比值即為遠傳機構的傳動(dòng)效率。經(jīng)測量，遠傳機構的傳動(dòng)效率超過(guò)默認傳動(dòng)效率，證明遠傳機構的傳動(dòng)效率滿(mǎn)足設計要求。使用電動(dòng)裝置專(zhuān)用的力矩校驗臺檢驗其輸出力矩，電動(dòng)裝置的輸出力矩滿(mǎn)足設計要求。

圖2 故障分析

　　通過(guò)分析及測試，閥門(mén)、遠傳機構和電動(dòng)裝置性能符合工況要求。為了確定閥門(mén)、遠傳機構和電動(dòng)裝置配合是否是導致故障的原因，在電動(dòng)裝置的動(dòng)力和控制線(xiàn)路中接入檢測裝置，在關(guān)閥開(kāi)始時(shí)檢測到電動(dòng)裝置的電機有3 次電流峰值，對應關(guān)方向力矩開(kāi)關(guān)3 次切斷動(dòng)力電源( 圖3) 。在閥門(mén)全關(guān)時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)，電動(dòng)裝置運轉正常。在閥門(mén)處于中間狀態(tài)時(shí)無(wú)論開(kāi)關(guān)閥門(mén)均可檢測到電動(dòng)裝置2 ～3 次啟動(dòng)。

(a) 電流峰值(b) 關(guān)力矩開(kāi)關(guān)動(dòng)作

圖3 動(dòng)力和控制線(xiàn)路檢測結果

　　2.3、理論分析

　　在閥門(mén)全關(guān)位置介質(zhì)及靜摩擦會(huì )引起閥門(mén)開(kāi)啟力矩過(guò)大。為避免全關(guān)位置電動(dòng)裝置不能正常開(kāi)啟閥門(mén)，電動(dòng)裝置在全關(guān)位置開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)通過(guò)行程開(kāi)關(guān)將力矩開(kāi)關(guān)屏蔽，使力矩開(kāi)關(guān)失效閥門(mén)正常開(kāi)啟，因此在全關(guān)位置開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)，沒(méi)有檢測到電機多次啟動(dòng)。而閥門(mén)在其他狀態(tài)時(shí)，力矩開(kāi)關(guān)未被屏蔽，因此電動(dòng)裝置啟動(dòng)時(shí)電機有多次啟動(dòng)現象。

　　通過(guò)對電流信號的定性分析，發(fā)現電動(dòng)裝置電機二次啟動(dòng)的時(shí)間間隔很短，此時(shí)電動(dòng)裝置啟動(dòng)信號還未消失，因此電動(dòng)裝置再次啟動(dòng)，直到帶動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟或啟動(dòng)信號消失。將電動(dòng)裝置設定力矩增大時(shí)，此時(shí)力矩開(kāi)關(guān)不宜被觸發(fā)，因此增加設定力矩可以使故障得到緩解。

　　由于電動(dòng)裝置的力矩開(kāi)關(guān)在啟動(dòng)時(shí)動(dòng)作，說(shuō)明此時(shí)附加力矩較大，超過(guò)電動(dòng)裝置的設定力矩導致力矩保護動(dòng)作，電動(dòng)裝置不能正常運行。轉動(dòng)力矩M = Jβ(J———轉動(dòng)慣量，β———角加速度) 。通過(guò)對電機電流的定量分析，發(fā)現電動(dòng)裝置的電機啟動(dòng)時(shí)間為μs 級，導致角加速度非常大。使用低轉速電動(dòng)裝置時(shí)，因其轉速較低，啟動(dòng)時(shí)間較慢，故可以正常操作閥門(mén)。

　　通過(guò)分析，得知電動(dòng)閘閥因電動(dòng)裝置轉速較快，啟動(dòng)時(shí)間較短，在慣性的作用下導致遠傳機構在啟動(dòng)時(shí)附加力矩較大，從而使啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)裝置所需力矩較大，超過(guò)設定力矩。

3、改進(jìn)

　　為解決電動(dòng)閘閥啟動(dòng)故障，只能通過(guò)降低啟動(dòng)時(shí)的附加力矩或通過(guò)電動(dòng)裝置的設備消除力矩開(kāi)關(guān)的跳動(dòng)。

　　(1) 減小遠傳機構的慣性

　　遠傳機構的慣性與遠傳機構形狀、質(zhì)量分布及轉軸的位置等相關(guān)，屬于固有特性，要改變固有特性需對遠傳機構重新設計，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為相關(guān)設計方案受傳遞力矩空間布置的制約。

　　(2) 電動(dòng)裝置全開(kāi)位置加力矩屏蔽裝置

　　類(lèi)似于電動(dòng)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(mén)在全開(kāi)全關(guān)位置正常啟動(dòng)，且閥門(mén)為全開(kāi)全關(guān)閥，正常狀態(tài)不存在中間位置。

　　(3) 降低電動(dòng)裝置的轉速

　　在閥門(mén)開(kāi)啟行程和開(kāi)啟時(shí)間不變的情況，通過(guò)采用閥桿雙頭螺紋的形式，降低電動(dòng)裝置的轉速。

4、結語(yǔ)

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