朱吉印 罗忠 张天乐

1. 中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所 北京 102413；2. 鞍山电磁阀有限责任公司 辽宁 鞍山 114300

引言

CARR安全棒驱动机构采用水力驱动方式。安全棒驱动回路由水力驱动泵、电磁阀、过滤器及相关管道、阀门组成。驱动回路中安装有4台电磁阀。反应堆启动时，通过开启水力驱动泵、关闭电磁阀实现安全棒提升；正常停堆或紧急停堆时，水力驱动泵停止的同时电磁阀开启，使安全棒下落至底部位置。

电磁阀是安全棒驱动回路中重要的安全部件，原电磁阀均为进口产品，使用时间已超过10年，期间发生过两次线圈烧毁故障。开展国产化进行替代研究是必须的和必要的，国产核级电磁阀经过严格测试，各项指标满足设计要求，可以很好地替代进口电磁阀，本文对相关测试内容进行介绍。

1 安全棒国产核级电磁阀介绍

安全棒国产核级电磁阀总体结构为直动式结构，断电时打开。特点是在真空、负压、零压差时能正常工作，DN50以下可任意安装，但电磁头体积较大[1]。其主要技术参数为：安全等级为SC-3，抗震类别是I类，质保等级为QA1，电装要求1E级，绝缘等级H级，防护等级IP65。

电磁阀与管路采用法兰方式连接，研制的新电磁阀与原进口电磁阀的接口尺寸一致，可相互替换。

2 国产核级电磁阀检测

国产核级电磁阀在出厂前需要进行检测，目的是确保厂家生产的电磁阀质量符合技术标准规定的要求。其主要检查内容包括外观、绝缘性、绝缘强度、密封性、工作压差、正向阀座泄漏量和水压强度等[2]。

2.1 外观检查

对国产核级电磁阀外观进行检查，目的是保证其外观的完好性、装配的完整性、包络尺寸和重量符合规定要求，主要内容有：

①电磁阀表面光洁、牢固、不应有碰伤和划痕等缺陷；②电磁阀的标识、标记应符合产品总图规定；③铭牌应清晰，不得有翘角和脱落；④电磁阀的装配应符合产品图纸规定，无螺栓松动现象；⑤电磁阀的包络尺寸及重量应符合电磁阀参数表规定。

2.2 绝缘电阻检查

对国产核级电磁阀绝缘性进行检查，以保证电磁阀使用中的用电安全，其方法是电磁阀断电，将电磁阀线圈的两个接线端、信号组件的四个接线端分别短路连接，然后用绝缘电阻测试仪分别测定线圈接线端、信号接线端与外壳间的绝缘电阻，待测量指示稳定后开始计时，测定时间不少于10s。测得的绝缘电阻值应大于规定阻值。

2.3 绝缘强度检查

对国产核级电磁阀进行绝缘强度检查，目的是为了保证电磁阀具备一定的绝缘水平,使它能在长期运行电压及过电压的作用下不受损坏。它的安全可靠程度用耐受电压作用的能力来衡量。其检查方法是：

①测定前应将电磁阀外壳可靠接地。②电磁阀断电，将电磁阀线圈两个接线端、信号三个接线端分别短路连接，然后在高压试验装置上进行测定。③将规定的测试电压分别施加在电磁阀线圈与外壳间、信号接线端与外壳间。④测定时以测量装置的正确指示容许的最快速度逐渐地从0V开始增加，到规定的试验电压后保持1分钟，然后以装置所容许的速度取消试验电压，以免引起过电压。测定过程中不应有放电、飞弧或击穿现象，漏电流应不大于规定电流值。

2.4 密封性检查

对国产核级电磁阀进行密封性检查，目的是为了及时发现电磁阀铸造和加工中的缺陷，避免造成回路液体泄漏。密封性检查方法是：将电磁阀的一端封堵，从另一端通以规定试验压力的试验介质，保压至规定时间。试验期间观察电磁阀各连接处是否出现泄漏情况。

2.5 工作压差检查

对国产核级电磁阀进行密封性检查，目的是为了检查电磁阀在工作压差下动作情况及开关阀位指示的正确性。其检查方法是：

2.5.1 电磁阀分别通以规定的试验电压，电磁阀处于关闭状态，输出关阀信号。

2.5.2 从电磁阀的进口通入规定压力的试验介质，断电后电磁阀开启，输出开阀信号。电磁阀启闭动作5次，每次动作时，观察电磁阀的动作情况及开关阀位指示情况。每次动作过程中，电磁阀均动作灵活、无异常响声，阀位指示正常。

2.6 正向阀座泄漏量检查

对国产核级电磁阀进行正向阀座泄漏量检查，以检查电磁阀关闭性能，其方法是在规定的环境条件下，给电磁阀通规定试验电压使其关闭，从电磁阀的进口通以规定试验压力的试验介质，出口端排空，保压至规定时间。保压期间，出口处应无可见泄漏。

2.7 水压强度检查

对国产核级电磁阀进行水压强度检查是为了检验阀门承压件强度，使装置能安全承受正常的操作压力，其方法是：

2.7.1 将阀体、端盖、管组件及六角螺栓组装后安装在试验工装上，通以规定压力的试验介质，保压10min，保压过程中，目测阀门承压件是否出现变形或任何可见的外泄漏；

2.7.2 将阀盘组件安装在试验工装上，通以规定压力的试验介质，保压10min，保压期间，承压件及阀盘组件不得有渗漏、变形和损坏现象。

3 国产核级电磁阀回路试验

国产核级电磁阀回路试验是利用安全棒试验台架对国产核级电磁阀进行测试，通过检验安全棒驱动回路系统的整体功能与性能，判断国产化核级电磁阀是否满足安全棒驱动回路的工作要求。

3.1 动态试验

国产核级电磁阀的动态试验是通过对安全棒进行提棒落棒试验，验证国产核级电磁阀在安全棒驱动回路工作的稳定性。一共进行了2061次提棒落棒试验[3]，安全棒的落棒时间在0.73～0.80s之间变化，落棒时间如表1所示，安全棒落棒时间满足小于1s的设计要求，在试验中无卡棒故障，安全棒在顶时也未出现落棒故障。

在动态试验提棒落棒试验中，国产核级电磁阀每次开阀动作的响应时间在10ms-30ms之间，该响应时间采用PLC编写的开阀动作响应时间测试程序进行测量，PLC提供的最小单位时基是10ms，故测试时间为10ms的整数倍。用示波器对国产核级电磁阀开阀动作响应时间进行了随机抽测，其结果如表1所示，整个试验过程中，国产核级电磁阀响应时间满足小于等于50ms的技术要求[4]。

表1 PLC与示波器测量响应时间对比关系

在动态试验中，国产核级电磁阀温度29.5～39.8℃之间变化，满足国产核级电磁阀工作温度在80℃以内的技术要求。

3.2 静态试验

国产核级电磁阀的静态试验是模拟反应堆运行期间，将安全棒一直保持在顶部，观察电磁阀的工作特性。试验开始后320min，国产核级电磁阀温度由26.3℃升至61.5℃，随后在61.5～64.2℃之间波动，满足国产核级电磁阀工作时温度在80℃以内的技术要求。

静态试验中电磁阀工作温度比动态试验时温度要高约20℃，其原因是静态试验时安全棒保持在顶部时，国产核级电磁阀一直处于通电关闭状态。动态试验时，进行提棒和落棒，国产核级电磁阀处于间歇通电工作状态，故静态试验中电磁阀工作温度比动态试验中电磁阀温度要高一些。

在国产核级电磁阀温度平衡区间61.5～64.2℃进行了动态试验，安全棒的落棒时间在0.72～0.78s之间变化，响应时间在10～20ms之间变化，落棒时间和响应时间未出现异常。回路落棒时间满足小于1s的设计要求，在试验中无卡棒故障，安全棒在顶时也未出现落棒故障。

3.3 国产核级电磁阀和进口电磁阀对比试验

3.3.1 静态试验。将安全棒提到顶，试验开始后国产核级电磁阀和进口电磁阀温度同步上升，国产核级电磁阀平衡温度比进口电磁阀平衡温度高出1～2.5℃，国产核级电磁阀温度平衡区间61.5～64.2℃。

3.3.2 动态试验。将安全棒提升到顶部后，进行不同状态下的落棒试验，其结果如表2所示。

表2 进口和国产电磁阀的落棒试验结果

状态1：单开进口电磁阀进行落棒试验并记录落棒时间；状态2：单开国产电磁阀进行落棒试验并记录落棒时间；状态3：同时开启进口和国产电磁阀进行落棒试验并记录落棒时间。

4 数据分析与结论

在试验中，安全棒提棒落棒次数大于2000次，未出现过卡棒故障和安全棒脱离上部终端等故障，落棒时间小于1s，国产核级电磁阀满足安全棒驱动回路设计要求。

国产核级电磁阀状态由打开到关闭的响应时间均小于50ms，通电工作时最高温度小于80℃，响应时间和工作温度均符合国产核级电磁阀技术规格书的设计要求。

单开国产核级电磁阀的落棒时间比单开进口电磁阀的落棒时间小，参数优于进口电磁阀，但平衡温度点比进口电磁阀平衡温度点高出1-2.5℃，在设计或制造工艺上还需要进一步优化。

5 结束语

通过国产核级电磁阀的检测和国产核级电磁阀回路试验，验证了国产核级电磁阀各项技术指标均满足《CARR安全棒水力驱动系统核级电磁阀技术规格书》设计要求；在装有国产核级电磁阀的安全棒驱动回路中，安全棒落棒时间满足小于1s的设计要求，在试验中无卡棒故障和安全棒脱离上部终端等故障。

国产核级电磁阀能够满足CARR安全棒系统使用要求，可以在CARR安全棒驱动回路中替代进口电磁阀，相关技术对其他反应堆的核级电磁阀实现国产化具有借鉴意义。