三门核电厂用水泵出口电动隔离阀开启失败原因分析与处理

王海

摘要：针对三门核电1#机组厂用水泵在启动时出口电动隔离阀多次开启失败的现象，从阀门与电动执行机构的结构特点方面进行分析，并通过模拟试验与现场实际诊断数据，得出了该现象出现的根本原因，并描述了最终选择的现场处理方案。

关键词：电动隔离阀;开启失败;电机;堵转;阀门诊断

0    引言

三门核电1#机组厂用水泵出口电动隔离阀，在厂用水泵启动时阀门打开向位于汽轮机厂房内的设备冷却水热交换器提供冷却用的海水;在对应列内设备故障时，阀门关闭实现隔离，以便于设备检修。从2016年8月至2018年8月，该电动阀在启泵开阀中出现过7次故障，导致厂用水泵7次启动失败。

1    背景介绍

厂用水泵出口电动隔离阀为江苏神通20英寸三偏心蝶阀，通过计算阀门开启/关闭所需最大力矩为3 161 Nm，安全系数定为120%，即3 793 Nm。电动执行机构为常州SND-DQ400系列，其最大输出扭矩为4 000 Nm，大于理论计算值，满足阀门扭矩要求。根据此理论计算值，厂用水泵启动时阀门应能可靠自动开启，但现场实际多次开启失败导致厂用水泵跳闸。

2    故障分析及应对措施

2.1    故障时现场监测

在厂用水泵启动时，使用电动阀诊断装置监测电流，得到的曲线如图1所示。调取趋势图发现主控发出启泵开阀指令后，阀门上游压力与管道流量均未出现变化，即阀门未真正动作，仍停留在全关位。

由图1可知，电动执行机构已动作，但电机出现堵转，执行机构输出能力不足以开启阀门。电机在A处启动（启动电流约3 A），至B处电动执行机构的空行程走完（包括齿轮间隙、配合间隙等），电机开始堵转，C处达到堵转电流最大值4.5 A，由于PLS一直未收到阀门反馈信号，因此在D处触发停止开阀信号，随后在E处发出停泵关阀信号，F处阀门关闭到位。根据技术规格书要求，该电动阀的开力矩开关在0%～50%开度范围内被旁路，以防止力矩开关误动造成阀门开启失败。但是，上游MCC配置的保护未识别出电动阀的电机堵转故障，致使电机堵转长达15 s，对电机性能及寿命都会产生不可逆的影响。

2.2    现场检查与电动阀诊断

在厂用水泵停运、管道内无压力的情况下，电动阀能正常开关操作，执行诊断试验结果，如图2所示。

由图2可知，电动执行机构整体输出能力严重下降，最终输出扭矩为2 217 Nm，与历史数据3 665 Nm、计算数据3 793 Nm相比，均存在较大偏差。

2.3    故障模拟复现

将电动阀手动操作至接近全开位，将开控制回路短接（即图3中的端子17与端子21），在MCC处电动开阀，短时模拟电机堵转情况，使用电动阀诊断装置监测电压与电流。

诊断得到的曲线如图4所示，由图可知，其曲线与现场故障情况的电流曲线基本一致，电机堵转电流约4.52 A，运行过程中电动阀电机端子处的电压约为AC390 V，端电压满足要求，无明显的电压降。

2.4    分析结果

根据上述分析过程，该电动阀的电动执行机构输出能力没有足够的裕量，一直处于临界运行状态，在上游压力超过其临界状态或扰动过大时，电机堵转仍不足以打开阀门，上游无法收到对应的逻辑信号，致使厂用水泵跳闸。根据电动阀特性，此故障可能的原因为：

（1）执行机构输出能力变小：电机降质、润滑不良。

（2）阀门开启需要比理论数据更大的扭矩：内部异物、密封面异常磨损。

2.5    应对措施

电动执行机构的电机多次出现堵转，电机性能下降，优先整体替换电动执行机构，并执行电动阀诊断试验，根据试验结果来判定是否对阀门进行解体检查。

在替换电动执行机构后，执行诊断试验得到的曲线如图5所示。根据试验结果，电机停止时执行机构输出扭矩3 894.9 Nm，满足阀门扭矩设计要求。此外，扭矩曲线与电流曲线平滑无异常，无须对阀门进行进一步的解体检查。在执行机构替换完成后，该电动阀未再次出现开启失败的故障现象。

3    结语

相比于管道无压情况，管道有压力时电动执行机构还需要克服管道压差导致的压力，而增加的这部分压力可能引起：（1）无开旁路情况下，开力矩开关的动作而電机停止运行，导致开阀失败;（2）有开旁路情况下，润滑不足或电机输出能力下降，造成电动执行机构整体性能下降，电机堵转仍不足以打开阀门，导致开阀失败。因此，在管道无压时电动阀能可靠动作，不足以保障电动阀在有压情况下的运行可靠性。

通过阀门诊断技术，获取电动阀的整体性能曲线，评估设备的健康度，可有效减少工作量、避免过度检修。通常对阀门进行诊断试验，重点关注的性能参数有：关阀时扭矩开关动作阀杆推力/扭矩，关阀时阀门关闭后的最终推力/扭矩，平均填料摩擦力，行程时间，开旁路时间，电机启动电流/运行电流/峰值关阀电流，电机端电压。

电动执行机构输出能力下降、润滑不良，或者阀门状态变差、阀门开启需要更大的扭矩，均可能导致电动阀开启失败。电动阀的缺陷消除、预防性维修工作，均可充分运用阀门诊断技术，确认电动阀的当前状态，发现电动阀的隐性缺陷，判断其运行性能、可靠性与降质趋势，以保证电厂的可靠运行。

[参考文献]

[1] 王福厚，郭景鸿.A核电厂电动阀故障无法开启根本原因分析[J].电工技术，2020（5）：70-71.

[2] 韩杰.AP1000三门核电站电动阀诊断方法介绍[J].机电信息，2018（33）：78-80.