核電廠(chǎng)繼電器機(jī)架熔絲全面檢查

黃強(qiáng)　李鐵英　李軍懷

【摘 要】本文以秦二廠(chǎng)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組繼電器機(jī)架運(yùn)行現(xiàn)實(shí)情況為依據(jù)。對(duì)繼電器機(jī)架進(jìn)行了功能簡(jiǎn)介；引入近兩年繼電器機(jī)架熔絲出現(xiàn)過(guò)的實(shí)際案例，分析了機(jī)架熔絲檢查的必要性；并對(duì)機(jī)架熔絲檢查的風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了描述；介紹了檢查的可行方法，得出了檢查結(jié)果；最后，結(jié)合檢查情況和實(shí)際效果對(duì)機(jī)架熔絲的后續(xù)預(yù)防性維護(hù)提出了合理性建議。

【關(guān)鍵詞】繼電器；機(jī)架；熔絲；電阻；故障率

0 引言

秦山第二核電廠(chǎng)安裝有大量的繼電器機(jī)架為控制和保護(hù)系統(tǒng)服務(wù)。一個(gè)系統(tǒng)可分配一個(gè)或多個(gè)機(jī)架，每個(gè)系統(tǒng)所使用的機(jī)架數(shù)量是由工藝系統(tǒng)的具體情況決定的。每個(gè)機(jī)架裝配有不同功能的模板，它們是繼電器模板、端子模板和電源模板等。繼電器就安裝在繼電器模板上，繼電器邏輯回路的目的是保證對(duì)電站執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手動(dòng)、自動(dòng)控制。它接受來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)傳感器、主控或現(xiàn)場(chǎng)按鈕或開(kāi)關(guān)的通斷信號(hào)，按工藝和運(yùn)行規(guī)范的要求設(shè)置邏輯關(guān)系，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器，完成對(duì)被控設(shè)備的啟停與開(kāi)關(guān)控制。

然而在繼電器邏輯回路中，我們往往忽略了一個(gè)看上去很不起眼的“？椎”標(biāo)識(shí)——機(jī)架熔絲。在保護(hù)系統(tǒng)的電氣二次圖中此標(biāo)識(shí)大小只有1mm左右，其實(shí)物也只有1cm大小左右。但在大多電氣及電子電路中都廣泛將熔絲串入負(fù)載電路中，利用其熔點(diǎn)低的特性來(lái)做短路保護(hù)。一般當(dāng)通過(guò)熔絲的電流小于1.25倍額定電流時(shí)，熔絲長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)熔斷，達(dá)到1.3倍時(shí)，在1h以上熔斷，當(dāng)達(dá)到1.6倍時(shí)，應(yīng)在1h內(nèi)熔斷， 到2倍時(shí)，在30～40s熔斷，當(dāng)達(dá)到8～10倍時(shí)，能瞬間熔斷（圖1）。

圖1

1 熔絲檢查的必要性

熔絲的壽命在正常工作條件下約為100000h（11.4年），我廠(chǎng)2000年開(kāi)始設(shè)備調(diào)試至今已10多年，電氣設(shè)備及元件包括繼電器機(jī)架保險(xiǎn)絲，其發(fā)生老化故障的概率呈直線(xiàn)上升趨勢(shì)。

2013年10月，執(zhí)行A列安全注入邏輯試驗(yàn)，試驗(yàn)期間，柴油機(jī)啟動(dòng)信號(hào)（DG START ORDER）燈未亮，柴油機(jī)沒(méi)有接收到啟動(dòng)信號(hào)。維修儀控和電氣進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)：A列應(yīng)急母線(xiàn)機(jī)架的其中一個(gè)端子上的熔絲開(kāi)路，導(dǎo)致正電源無(wú)法送達(dá)安注試驗(yàn)啟動(dòng)柴油機(jī)繼電器的節(jié)點(diǎn)，安注信號(hào)無(wú)法發(fā)出，柴油機(jī)無(wú)法接到啟動(dòng)命令。核電廠(chǎng)的柴油機(jī)用于嚴(yán)重核事故或電氣事故時(shí)的應(yīng)急電源，保證向安全注入系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)、一回路輔助系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿υO(shè)備供電，執(zhí)行安全功能。安注邏輯試驗(yàn)就是驗(yàn)證在可能的事故工況下，由安注信號(hào)來(lái)觸發(fā)柴油機(jī)啟動(dòng)，為重要設(shè)備提供可靠的應(yīng)急電源，防止和緩解事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，保證反應(yīng)堆堆芯安全。

2014年3月，主控室發(fā)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器的水位測(cè)量的其中一個(gè)通道故障，維修儀控檢查發(fā)現(xiàn)有一熔絲接觸不良，進(jìn)行更換后顯示正常。核電廠(chǎng)蒸汽發(fā)生器的主要作用是將一回路中水的熱量傳給二回路的水，使其汽化。由于一回路水流經(jīng)堆芯而帶有放射性，因而蒸汽發(fā)生器與壓力容器和一回路管道共同構(gòu)成防止放射性外溢的第二道屏障。在壓水堆核電廠(chǎng)正常運(yùn)行時(shí)，二回路應(yīng)不受到一回路水的污染，是不具有放射性的。蒸汽發(fā)生器的水位測(cè)量?jī)x表的指示代表著蒸汽發(fā)生器內(nèi)部的水裝量，也間接的反映了二回路帶走一回路的能力，其液位計(jì)故障可能導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器液位控制異常，甚至出現(xiàn)停堆或安全事件。

相關(guān)事件就不在此逐一列舉，從最近幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，我廠(chǎng)的繼電器機(jī)架熔絲的故障缺陷逐漸進(jìn)入了大家的視線(xiàn)。由于我國(guó)的核電項(xiàng)目相對(duì)來(lái)說(shuō)起步較晚，針對(duì)此缺陷的檢查和處理還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化的管理體系，缺乏參考依據(jù)。伴隨著熔絲故障導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，必須引起我們的重視和實(shí)施相應(yīng)行動(dòng)。經(jīng)過(guò)多專(zhuān)業(yè)的共同分析研究，確定在1號(hào)機(jī)組111大修、2號(hào)機(jī)組210大修期間，成立專(zhuān)項(xiàng)組，對(duì)繼電器機(jī)架熔絲進(jìn)行全面檢查。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

繼電器機(jī)架熔絲在核電廠(chǎng)控制和保護(hù)系統(tǒng)中扮演著十分重要的作用，重要控制和保護(hù)信號(hào)的傳遞、報(bào)警信號(hào)的觸發(fā)、邏輯信號(hào)的傳輸回路中大量的使用了熔絲。我廠(chǎng)一個(gè)機(jī)組40余個(gè)系統(tǒng)，所涉及的熔絲共有3000余個(gè)，數(shù)量龐大，檢查工作的任務(wù)繁重。

2.1 檢查對(duì)象極其重要，工作風(fēng)險(xiǎn)高

風(fēng)險(xiǎn)分析：機(jī)架熔絲廣泛的應(yīng)用與核電廠(chǎng)保護(hù)和控制系統(tǒng)，在專(zhuān)設(shè)安全系統(tǒng)、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)、一回路輔助系統(tǒng)、乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)等所有重要系統(tǒng)中都有機(jī)架熔絲。在反應(yīng)堆裝料運(yùn)行以后，由于核燃料衰變余熱的特殊性，任何時(shí)候都不能停止對(duì)燃料的冷卻，否則將出現(xiàn)后果嚴(yán)重的放射性物質(zhì)釋放的核事故。

應(yīng)對(duì)措施：選擇合適的工作窗口，我們的機(jī)架熔絲檢查工作選擇在大修期間一回路低低水位時(shí)進(jìn)行，此時(shí)所有燃料均已卸出堆芯放置在乏燃料水池處于次臨界狀態(tài)。這此工況下，對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)、專(zhuān)設(shè)安全系統(tǒng)、一回路輔助系統(tǒng)的要求最低，很多系統(tǒng)已經(jīng)退出運(yùn)行在全面檢修狀態(tài)，風(fēng)險(xiǎn)最小。但是與核燃料冷卻相關(guān)的設(shè)備冷卻水系統(tǒng)、安全廠(chǎng)用水系統(tǒng)、乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)，在機(jī)架熔絲檢查過(guò)程中不能受到任何意外情況導(dǎo)致系統(tǒng)功能受到影響。

2.2 檢查對(duì)象的多樣性，工作難度大

風(fēng)險(xiǎn)分析：熔絲檢查工作涉及約40余個(gè)系統(tǒng)，我們的控制和保護(hù)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)候又分為A、B列，因此，檢查對(duì)象涉及系統(tǒng)眾多。每個(gè)系統(tǒng)由于其控制和保護(hù)功能的不同，所涉及的熔絲有的是長(zhǎng)期處于帶電狀態(tài)、有的長(zhǎng)期處于非帶電狀態(tài)、有的則周期性的帶電和非帶電。

應(yīng)對(duì)措施：根據(jù)系統(tǒng)的不同，在熔絲檢查的過(guò)程中要選擇不同的檢查方法，針對(duì)在低低水位期間需要保持其功能的系統(tǒng)，則選擇不能斷電，而且檢查時(shí)也要防止誤動(dòng)；針對(duì)在此期間可以不保持其功能的系統(tǒng)，則可以進(jìn)行斷電檢查。根據(jù)熔絲工作狀態(tài)的不同，帶電的選擇對(duì)通過(guò)端電壓測(cè)量來(lái)判斷其功能，非帶電的則采用測(cè)量電阻來(lái)判斷其功能。

2.3 涉及多部門(mén)、多專(zhuān)業(yè)，協(xié)調(diào)難度大

風(fēng)險(xiǎn)分析：由于機(jī)架熔絲眾多，在我廠(chǎng)負(fù)責(zé)部門(mén)涉及維修儀控和電氣兩個(gè)專(zhuān)業(yè)，每個(gè)專(zhuān)業(yè)又由不同的班組負(fù)責(zé)，共有儀表一班、二班，自控一班、二班，輻射儀表班、計(jì)算機(jī)班、低壓一班、繼保班八個(gè)班組的人員組成。由于只有低低水位期間的短暫幾天工期，要將八個(gè)班組的人員協(xié)調(diào)起來(lái)，并根據(jù)機(jī)組狀態(tài)的需求對(duì)40多個(gè)系統(tǒng)的所有熔絲全部檢查，還需要運(yùn)行和大修計(jì)劃的安排和全力配合，協(xié)調(diào)難度非常大。

應(yīng)對(duì)措施：我們成立了機(jī)架熔絲檢查的專(zhuān)項(xiàng)組，由運(yùn)行、維修、計(jì)劃部門(mén)人員組成。大修前提前幾個(gè)月即開(kāi)展準(zhǔn)備工作，對(duì)檢查對(duì)象的匯總、責(zé)任分工、風(fēng)險(xiǎn)初步分析、計(jì)劃安排等進(jìn)行了落實(shí)。維修儀控、電氣分別確認(rèn)一名總工作負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各班組之間的工作安排。在檢查工作實(shí)際開(kāi)展過(guò)程中，由運(yùn)行處對(duì)系統(tǒng)非常了解的高級(jí)操縱員全程配合，與維修人員一起在現(xiàn)場(chǎng)工作，針對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，確定最終的檢查方法；針對(duì)檢查期間出現(xiàn)的異常情況，共同進(jìn)行分析，確定處理方案。

3 檢查方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)架熔絲帶電和不帶電的工作狀況，我們制定的檢查方法分為兩種，如下：

3.1 帶電熔絲的檢查方法

1）對(duì)熔絲左端測(cè)量對(duì)地電壓，顯示有電；

2）對(duì)熔絲右端測(cè)量對(duì)地電壓，顯示有電；

3）如果兩端都帶電，則量熔絲端電壓。如熔絲正常，端電壓值一般都為0-10mV；

4）如果端電壓超過(guò)10mV（經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，端電壓超過(guò)10mV的熔絲，電阻一般都在1Ω以上），則需開(kāi)票或進(jìn)行充分的風(fēng)險(xiǎn)分析后，進(jìn)行更換備件；

5）更換備件后，重復(fù)以上步驟，確認(rèn)新?lián)Q上的備件沒(méi)有故障。

3.2 不帶電熔絲的檢查方法

1）對(duì)熔絲左端測(cè)量對(duì)地電壓，電壓為0V左右；

2）對(duì)熔絲右端測(cè)量對(duì)地電壓，電壓也為0V左右；

3）測(cè)量熔絲兩端電阻，如果阻值≤0.6Ω，則認(rèn)為該保險(xiǎn)絲運(yùn)行狀況良好；

4）如果阻值≥0.6Ω，則認(rèn)為該熔絲已經(jīng)老化，需要更換備件；

5）更換備件后，重新測(cè)量熔絲兩端電阻，直到阻值≤0.6Ω。

4 檢查結(jié)果

在多個(gè)部門(mén)的全力配合下，經(jīng)過(guò)4天工期對(duì)機(jī)架熔絲的全面檢查，準(zhǔn)確找到故障熔絲；其中電阻偏大的故障熔絲共148個(gè)，完全斷線(xiàn)的熔絲14個(gè)。故障、斷線(xiàn)熔絲，在運(yùn)行、維修共同確定風(fēng)險(xiǎn)后，已全部更換完畢，相關(guān)數(shù)據(jù)如圖2。

圖2

其中，處于斷線(xiàn)的熔絲導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的保護(hù)和控制功能失效，主要的影響部分列舉如下：

1）一些報(bào)警信號(hào)無(wú)法觸發(fā)；

2）某些系統(tǒng)在出現(xiàn)異常情況，要求設(shè)備自動(dòng)停運(yùn)時(shí)，信號(hào)無(wú)法傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)；

3）一些系統(tǒng)之間的相互連鎖、閉鎖功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)；

4）還有一些備用通道的熔絲斷線(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)影響。

5 總結(jié)

繼電器機(jī)架在核電廠(chǎng)控制和保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，是核安全相關(guān)E1級(jí)的重要設(shè)備，其設(shè)備及功能的可靠性直接影響著核電廠(chǎng)的安全運(yùn)行。繼電器機(jī)架熔絲則是其保護(hù)與控制回路中的關(guān)鍵設(shè)備之一，許多熔絲的可靠性直接影響著反應(yīng)堆的安全控制。我廠(chǎng)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組至2000年左右開(kāi)始電氣設(shè)備的安裝調(diào)試，已經(jīng)運(yùn)行15年左右，最近幾年繼電器機(jī)架設(shè)備的故障率呈逐年升高趨勢(shì)，已經(jīng)對(duì)核電機(jī)組的安全可靠性形成了威脅。

此次繼電器機(jī)架熔絲的全面檢查，其檢查方法是有效可行的，其風(fēng)險(xiǎn)是安全可控的，能夠發(fā)現(xiàn)故障熔絲。但檢查結(jié)果也表明：我們機(jī)架熔絲的故障率較高，在我們的控制保護(hù)系統(tǒng)中存在一定數(shù)量未暴露出來(lái)的潛在威脅。由于我廠(chǎng)剛開(kāi)始起步進(jìn)行機(jī)架熔絲檢查工作，其結(jié)果參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)還不夠，還無(wú)法根據(jù)此數(shù)據(jù)來(lái)確定合理的預(yù)防性檢查和維修工作。當(dāng)熔絲檢查多次開(kāi)展后，可以對(duì)熔絲老化的機(jī)理進(jìn)行分析，并對(duì)老化失效的范圍程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)使用中熔絲的性能狀態(tài)和剩余壽命做出評(píng)價(jià)，制訂合理的維護(hù)管理大綱，提出減輕老化的措施，既經(jīng)濟(jì)又有效地防止因熔絲老化而引起的系統(tǒng)故障的發(fā)生，最終達(dá)到提高核電站運(yùn)行安全性的目的。

在2014年進(jìn)行機(jī)架熔絲全面檢查后，相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)良好，機(jī)架熔絲的故障率得到了明顯改善，但在2015年10月又出現(xiàn)一次因機(jī)架熔絲故障，導(dǎo)致硼和水補(bǔ)給系統(tǒng)泵不能自動(dòng)停運(yùn)的故障。結(jié)合實(shí)際情況，針對(duì)繼電器機(jī)架熔絲的情況建議如下：

1）每5年進(jìn)行一次全面的在線(xiàn)機(jī)架熔絲檢查工作，對(duì)故障熔絲進(jìn)行更換；

2）每10年對(duì)機(jī)架熔絲進(jìn)行全部更換一次，2016年2號(hào)機(jī)組已實(shí)施一次全面更換工作；

3）考慮用可靠性更高的設(shè)備對(duì)繼電器機(jī)架進(jìn)行改造替換，目前，新建的一些電廠(chǎng)已經(jīng)取消了繼電器機(jī)架，用集成性更高、可靠性更好的集成電路卡件來(lái)替代。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉立忠.熔絲使用中的疑點(diǎn)和誤解[J].電世界，1998.11.

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[責(zé)任編輯：王楠]