閥門診斷技術(shù)在核電廠設(shè)備采購中的應(yīng)用

AP1000核電機組是美國西屋電氣公司設(shè)計的第三代壓水堆核電機組，目前正在我國浙江三門和山東海陽兩個地方修建。AP1000 核電閥門數(shù)量和種類眾多，其中核島中就有4000多臺。閥門功能是否正常，關(guān)系到核電廠的安全和經(jīng)濟運行，因此閥門的隱性故障能夠被提前診斷出來，就顯得十分重要。閥門診斷試驗是在閥門出廠時，通過測試閥門的執(zhí)行機構(gòu)電流/功率（電動執(zhí)行機構(gòu)） 或氣壓（啟動執(zhí)行機構(gòu)） 、閥桿的扭矩和推力以及閥門動作時間等參數(shù)，建立閥門的參數(shù)信息； 在閥門后期運行期間，用戶通過在線檢測，對比出廠時的診斷試驗參數(shù)，發(fā)現(xiàn)閥門隱性缺陷，有針對性地對閥門部件進行檢修和更換。
傳統(tǒng)的閥門檢查方法是在機組停機或設(shè)備定期檢修時，將閥門解體進行檢查，這種方式不但浪費時間而且維護成本很高，因此AP1000核電閥門在采購時要求很嚴(yán)格，能動閥門在出廠時必須做診斷試驗。
1 閥門診斷系統(tǒng)*
核電閥門診斷系統(tǒng)的設(shè)備供應(yīng)廠家主要有edyne、Crane Nuclear 及Fisher等公司。 以edyne閥門診斷系統(tǒng)為例，它主要由便攜式信號處理器及應(yīng)力傳感器等部分組成。
1.1 便攜式信號處理器
便攜式信號處理器有16個端口，可同時采集16個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型包括閥門的啟/閉時間、閥桿的推力和扭矩、電動執(zhí)行機構(gòu)的電流、電壓及功率等。該診斷系統(tǒng)基于Windows操作平臺的分析診斷軟件TTSQuiklookII，提供了簡便的人機操作界面。在測量時可根據(jù)不同的測量需要，選用不同的傳感器采集信息，經(jīng)TTSQuiklookII分析和處理后，zui終得到電動閥門的診斷數(shù)據(jù)和曲線。
edyne設(shè)備的采樣頻率為1000次/s，以便于當(dāng)所測電流或電壓的頻率為50Hz時，在0.02s的一次交變周期內(nèi)可以有20個采樣點給出電流或電壓的變化情況。較為充足的采樣點有利于每個周期內(nèi)對電流或電壓參數(shù)變化的分析和對比。此外，閥門在啟、閉過程中，推力及扭矩等信息的變化是在0.01～0.10s內(nèi)變化的，只有采樣頻率足夠高才能得到較準(zhǔn)確的變化曲線。
1.2 應(yīng)力傳感器
應(yīng)力傳感器在做出廠診斷試驗時，將壓力傳感器粘貼在閥桿上，試驗做完后可以保存下來繼續(xù)使用。
應(yīng)力傳感器內(nèi)表面布置有電路，當(dāng)閥桿受力變形時，應(yīng)變片中惠斯通電橋電阻發(fā)生變化，引起電橋的電流和電壓變化； 電流和電壓的變化數(shù)據(jù)經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換為電信號的變化，形成閥桿推力和扭矩同輸入電信號的關(guān)系，經(jīng)過轉(zhuǎn)換即可得到推力和扭矩。

2 電動楔式閘閥的出廠診斷試驗
2.1 閥門診斷試驗
本次診斷試驗的AP1000核電閥門共有8臺，是國內(nèi)某廠生產(chǎn)的DN100、公稱壓力為15MPa的電動楔式閘閥，試驗中使用了edyneQuiklookII電動閥門診斷系統(tǒng)。
在診斷試驗前，每個閥門進行10次啟、閉動作試驗，確保閥門啟、閉自如。然后每臺閥門分別進行4次空載和帶載啟/閉試驗，測試參數(shù)包括閥桿推力、閥桿扭矩、閥門啟/閉時間、電動執(zhí)行機構(gòu)的電流、電阻及功率等。
對于閥桿推力和閥桿扭矩，分別采集閥瓣脫離閥座時的值、zui大運行值、平均運行值和閥門啟/閉時控制開關(guān)跳閘時的值。
2.2 閥桿推力和扭矩
edyne Quiklook II電動閥門診斷系統(tǒng)采集了閥門相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)，并生成參數(shù)曲線，作為閥門是否需要解體檢修的判斷依據(jù)。在此選取閥桿推力和閥桿扭矩的參數(shù)曲線作為示例（圖2），對閥桿推力和扭矩進行計算分析，并對診斷試驗結(jié)果進行比較。