田 苗，陈银萍

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

0 引言

厂用水系统（SWS）是一个以海水作为冷却介质的开式循环冷却系统。当厂用水泵启动或停运时，对应出口的电动隔离阀由电厂控制系统自动打开或关闭。该阀多次出现在主控室远方关闭阀门时，阀门未全关的情况，且主控室阀门开度显示与就地面板显示不一致，主控显示阀门已全关，而就地显示阀门未全关。该问题的普遍出现，影响了核电厂运行的安全性和经济性。

本文针对该问题，提出了普遍适用的解决方案，同时推荐了预防性维修项目，为核电厂预测性运维相关技术研究及全寿期健康管理与智能决策技术的开展打下一定的基础。

1 厂用水系统概述

以国内某核电厂为例，厂用水系统包括位于循环水系统（CWS）泵房的100%容量的立式离心水泵、两个自动反冲洗过滤器及相关的阀门、管道和仪表组。厂用水系统（SWS）不执行其它执照申请相关功能，但SWS 必须提供探测和控制放射性泄漏进入和排出系统的手段。厂用水系统向位于汽轮机厂房内的设备冷却水系统（CCS）热交换器提供冷却用的海水，以支持核电厂的纵深防御功能。厂用水泵从循环水泵房进水前池吸水将已经除去有机物和经过过滤的海水送入设置在汽轮机厂房的设备冷却水系统（CCS）热交换器中，将核岛设备的热量带走。从热交换器流出的厂用水流入虹吸井下游的循环水排水涵管，再与CWS系统一起排放到大海[1]。SWS系统分为A、B两列，每列包括两台厂用水泵和一台自清洗过滤器，设冷水热交换器属于CCS系统，但冷侧为SWS厂用水。两列厂用水管道设有一条连通管道，确保每台运行的厂用水泵可以向任意一台热交换器供水。4台厂用水泵按两个系列并列布置，每个系列两台。同一系列有且只有一台泵被激活，只有激活的泵参与控制。当厂用水泵启动或停运时，对应的出口电动隔离阀由电厂控制系统自动打开或关闭。在泵启动后，相应的出水隔离阀锁定保持关闭10s，此间通过排气阀排除在水泵与水泵出口管内积聚的空气，随后电动阀开启至中间位置防止水泵过流。如果水泵出水隔离阀未能在15s内打开至中间位置，则厂用水泵自动停运。这一关停信号将开启警报，指示自动启动程序失败。最后,阀门打开至全开位置保持不变，为用户提供冷却水直至操作员发出手动关闭指令或对应厂用水泵停运。当失去正常交流电源时，这些阀门将由柴油发电机自动带载，并根据以上联锁要求动作。由此可见，厂用水泵出口电动隔离阀对厂用水系统的运行起着重要作用。

2 出口电动隔离阀无法全关问题分析

厂用水系统每列在泵出口位置分别设置一台厂用水泵出口电动阀（V002A和V002B），这两个阀门是电动阀，阀门类型为蝶阀。当厂用水泵启动或停运时，对应出口的电动隔离阀由电厂控制系统自动打开或关闭。该阀多次出现在主控室远方关闭阀门时，阀门未全关的情况，且主控室阀门开度显示与就地面板显示不一致，主控显示阀门已全关，而就地显示阀门未全关。例如：在执行一号机组某工单任务时，发现V002B（厂用水泵B列出口电动隔离阀）阀门由主控室远方关阀时，断路器面板上CLOSE和OPEN红灯均亮起，而主控显示阀门已全关。但在马达控制中心MCC断路器侧手动关闭阀门时，阀门关闭正常，断路器面板上仅关闭CLOSE红灯亮起。经调取该阀门动作曲线，发现电厂控制系统发出的阀门关命令（CLOSE COMMAND）在阀门关力矩开关（Close Limit）动作之前已经置'0'，即停止关阀指令，故阀门无法关到位，因此断路器面板上CLOSE和OPEN红灯均亮起。

厂用水泵出口电动隔离阀是电厂控制系统发出长命令信号到就地且由就地Simocode控制的阀门，根据电动阀行业标准IEEE 1290[2]及电厂控制系统接口文件，阀门将4个信号上传到电厂控制系统，即：Close Limit（关 力 矩）、Close Position（关 限 位）、Open Limit（开力矩）和Open Position（开限位）。其中Close Limit（关力矩）和Open Limit（开力矩）分别作为关阀方向和开阀方向的控制信号，阀门电机将在该信号触发时切断停止动作，而Close Position和Open Position信号作为阀门的关反馈信号和开反馈信号。根据IEEE 1290标准，4个信号之间的两两组合作为判断阀门状态的依据。以关方向为例，限位开关与力矩开关的不同状态含义见表1。

表1 阀门状态判断矩阵（以关方向为例）Table 1 Valve state judgment matrix (taking the closing direction as an example)

由于Close Position（关限位）和Close Limit（关力矩）使用的是不同的开关，根据工程经验，阀门在经历了热瞬态后，阀杆膨胀，导致阀门关闭时实际行程已经有所缩短。若阀门关限位的设置在关力矩之后或者与关力矩在同一位置，则关力矩先触发，阀门就会停在当前位置，关限位将不会继续动作，从而使系统误认为阀门发生了过扭矩停在中间位置。因此，为了避免阀门热瞬态及开关重复性误差的影响，阀门关限位必须设置在关力矩之前且两者之间也不能设置的过于接近。而根据目前的电厂控制系统逻辑配置，逻辑简图见图1，就地阀门状态通过profibus将打包点送至电厂控制系统。其中，阀门全关状态反馈使用的是阀门送上来的关限位Close Position信号。阀门全开状态反馈使用的是开限位Open Position信号。控制逻辑中阀门关指令由Close Position清除而非Close Limit清除，使得就地阀门在关闭时，关限位先触发并将状态送至电厂控制系统。电厂控制系统在收到该状态后，清除阀门关指令（CLOSE COMMAND），阀门停止关闭，即：阀门在关限位触发但关力矩还未触发的情况下停止。因此，断路器面板上CLOSE和OPEN灯均亮。而电厂控制系统仅使用关限位Close Position作为阀门是否全关的依据，当就地阀门关闭到关限位时，信号送往电厂控制系统，使得主控室此时显示阀门全关。这就造成了主控室阀门位置显示与就地控制面板不一致且阀门有时无法全关。而这个问题有时出现有时未出现的原因：电厂控制系统与就地控制之间采用Profibus通讯，存在一定延时，在延时期间，阀门将继续动作。所以如果信号传递延时大于Close Position和Close Limit之间的动作延时，则不会出现该问题。否则，将会出现阀门无法全关且显示不一致问题。根据IEEE 1290，Open Limit和Open Position使 用 的是同一限位开关的不同触点，动作延时基本可忽略，因此开方向不存在此问题。

图1 厂用水出口电动阀控制简图Fig.1 The schematic diagram of the electric valve control of the water outlet of the plant

3 问题解决方案

如上分析，造成主控室远程关闭厂用水泵出口隔离阀存在阀门无法完全关闭且主控阀门状态显示与就地面板显示不一致的情况，其原因是阀门电厂控制系统逻辑配置与就地设备存在接口不匹配问题。就地电气柜Simocode和电厂控制系统判断阀门是否全关的标准不一致，导致在阀门还未完全关闭到位的情况下控制系统中的关命令信号就被清除，造成阀门在未完全关闭的情况下停止。针对此问题，可通过修改电厂控制逻辑配置处理，逻辑修改不涉及接口配置的修改，无需修改电厂实体，简单易行。有两种修改方案，如下：

方案一：使用关力矩信号与关限位信号（Close Limit &Close Position）清除关命令信号并作为阀位关反馈；使用开力矩信号与开限位信号（Open Limit &Open Position）清除开命令信号并作为开阀位反馈。以关方向为例，该方案只有当关力矩和关限位开关都动作了（即阀门已全关），在控制系统中清除阀门关指令，且此时主控显示阀门关闭，就地也显示阀门关闭，可避免主控与就地显示不一致问题，也可避免阀门有时无法全关问题。此外，该方案逻辑修改简单，仅需将当前逻辑中的阀门的开/关状态信号用Close Limit &Close Position和Open Limit &Open Position替换即可。但是，该方案在阀门过力矩的情况下，阀门的控制指令一直存在，无法自动清除，需手动清除，需工作人员额外工作量。

方案二：使用关力矩信号Close Limit清除关命令信号，用关限位信号Close Position作为关阀位反馈；使用开力矩信号Open Limit清除开命令信号，用开限位信号Open Position作为开阀位反馈。该方案也可解决阀门无法完全关闭问题，并且在阀门过力矩的情况下，阀门的控制指令可自动清除。但是在position动作至limit动作间，存在就地与主控显示不一致问题。由于现有逻辑通过开/关限位信号既作为控制系统判断阀门开关状态的依据，又作为控制阀门的依据，故要通过方案二实现逻辑修改，其改动内容较方案一略多，需单独将阀门开限位信号、关限位信号通过处理送至阀门状态这个打包点内进而参与阀门控制逻辑。

通过对比上述两种方案，方案二避免了阀门远程控制存在无法全关的问题，且在阀门过力矩的情况下可自动复位阀门动作指令。而且在阀门力矩开关与限位开关动作间的时间非常短，几乎不影响主控判断阀门的状态。因此，更为推荐方案二的修改方法。

4 出口电动隔离阀日常维护建议

为确保阀门的可靠性和可用性，周期性维护也是必不可少的。在制定阀门的预维项目时可参考下列资料：EPRI预防性维护基础数据库（PMBD），PMBD给出不同类型阀门的故障模式及影响分析并给出相应的预维策略；设备厂家运行与维护手册（EOMM）针对具体设备给出了日常维护建议及备品备件建议；EPRI相关报告（如：1022989[3]）给出了电动阀工作原理及运维建议等；此外，还应参考标准[4,5]、同行经验[6-9]等。通过这些资料了解电动阀的设计和工作原理、维护指南、在役试验、状态监测、预防性维护和故障。

根据上面资料，推荐厂用水泵出口电动阀定期预防性维修项目包括：

1）执行机构的外部检查与维护，包括检查部件、紧固件是否有损坏、松动或者丢失现象；检查面板显示是否清晰、指示灯状态是否正常；检查电动执行机构外部电缆、电缆护套是否有破损；检查是否有污染物、水汽，以及阀杆和填料处是否有腐蚀现象；检查是否有裂纹或者变色现象；更换阀杆的润滑脂；通过执行机构推力盘的注油孔向推力轴承添加润滑脂；进行阀门的开关动作等。

2）执行机构内部检查，包括：检查限位和力矩开关的状态，是否有破损、损坏的电缆和部件；检查力矩开关是否能自由移动，弹簧功能是否正常；检查力矩开关触点是否有异常磨损，点蚀或者腐蚀；检查力矩开关与开关触点是否正常接触；检查阀位指示器是否能正常移动并准确指示；检查电机轴承是否有磨损；测量电机绕组的绝缘电阻；检查电机输出轴齿轮、蜗轮蜗杆处的油脂是否有变色、杂质、油脂分离等现象；检查阀杆是否有弯曲；检查阀杆螺母及阀杆是否有损坏；检查执行机构控制主板、继电器板等元件无热变形、高温变色等情况，内部排线无破损（适用于智能型电动执行机构）等。

3）填料更换。

4）在MCC采集的执行机构电机的电流、电压数据转换为电动机功率，确定电动阀的性能和故障。

5）定期润滑。

6）如有必要可进行解体检修。

5 结论

首先对某核电厂厂用水泵出口电动隔离阀存在无法远程全关问题进行了探讨，经分析，出现此问题的原因为电厂控制系统中阀门关闭判断标准与就地电气柜Simocode中阀门关闭判断标准不一致。针对此问题给出两种解决方案，即通过修改电厂控制系统的控制逻辑来解决该问题，这种逻辑修改方法不涉及现场实物改动，方便易行。此外，通过对比两种方案优劣给出最终建议，解决了阀门存在远程无法全关的问题，及主控室显示与就地显示存在不一致的问题。最后，为了保证阀门的可靠性，给出了电动阀定期预维项目建议，为同行执行同类型电动阀预防性维修项目提供参考并为解决类似问题提供了指导，同时也为核电厂预测性运维相关技术研究及全寿期健康管理与智能决策技术的开展打下一定的基础。