核电厂设备闸门启闭故障及改造方案分析彭伟珂1陈晴雯2

核电厂设备闸门启闭故障及改造方案分析彭伟珂1 陈晴雯2
发布时间：2021-11-03T01:05:49.392Z 来源：基层建设2021年第23期作者：彭伟珂1 陈晴雯2 [导读] 在现阶段的核电厂中，各种设备的应用十分广泛
1 核工业工程研究设计有限公司北京市顺义区 101300
2 中国电建集团核电工程有限公司山东省济南市 250102摘要：在现阶段的核电厂中，各种设备的应用十分广泛。

国内某核电厂设备闸门为全自动双门式设备闸门，其开关门效率高且人员干预少，相比其他机型的设备闸门有很大的优势，但是由于闸门自动化控制水平高，对制造加工装配过程中的精度要求较高，对偏差的容错能力差，导致经常无法实现自动化启闭。

本文对闸门启闭问题进行了分析，针对性提出改造方案，对未来新型设备闸门的研制提供指导作用，以供参考。

关键词：设备闸门；启闭故障；技术改造
引言
设备闸门是核电站建造阶段以及整个电站寿期内大型设备进出安全壳的唯一通道。

作为核安全二级设备，设备闸门贯穿核电站反应堆安全壳，是核电厂安全壳承压边界重要组成部分。

反应堆正常运行时，设备闸门处于关闭状态；反应堆停堆换料维修期间，设备闸门开启，闸门封头被提升至高位安全悬挂位置。

大修结束后，闸门封头在提升装置的作用下降到指定位置，并与闸门套筒对接连接，成为安全壳承压边界的一部分。

1液压系统结构特点对于金属闸门液压启闭机，其液压系统均采用开放式液压回路，即液压回路中设置油箱，回油和吸油均需要通过油箱，油箱与大气相连通。

其基本结构是由泵源回路、压力控制回路、方向控制回路、同步回路（双吊点形式）、锁紧回路、差动快速回路（快速门）等基本回路所组成。

基本回路的组成、功能及特点，液压传动的相关教材上有详尽的讲解，这里不再赘述。

以一台液压系统为例，金属闸门液压启闭机液压系统基本回路的组合方式基本是由以下顺序组合，进行能量转化并控制执行机构，从而实现闸门的启闭功能：电能→泵源回路→压力控制回路→方向控制回路→同步回路（双吊点形式）→锁紧回路→油缸（执行机构）。

由于各式闸门的工况有所不同，液压式启闭机也会根据闸门的不同工况设计使用不同功能形式的基本回路。

2闸门启闭问题分析以某电厂为例，该核电厂的设备闸门为全自动双门式设备闸门，1、2号机组在使用过程中发生门板偏斜，导致锁紧螺母卡阻的情况，螺栓螺纹受到破坏，使得设备闸门无法正常开关。

而3、4号机组设备闸门在1、2号机组的运行基础上进行了一些改进，但是在启闭过程中依然常出现锁紧螺母卡阻现象。

通过实地观察损坏物项和操作过程，分析设备闸门关闭过程可知，从阶段二到阶段三过渡时3个推拉电动头一直在运转，而6个锁紧电动头是在阶段三才开始运转，这时需要先对推拉电动头减速，再对锁紧电动头加速，直至推拉电动头和锁紧电动头同时加速到工作速度。

但由于密封锁紧螺栓和螺母之间存在螺纹配合间隙，推动螺杆头部零件与密封门连接腔也存在间隙，在推拉电动头和锁紧电动头加速/减速过程中极易导致密封门板倾斜，导致进入阶段三时，密封门板已经倾斜。

此外，阶段三需要3个推拉电动头和6个锁紧电动头同步推进，保持对密封门板的作用力一致。

从电控系统上来说，电动头的同步驱动基本可以实现，但是从电机转子出来的推力传递到密封门板的过程，则需要经过3根推拉螺杆挤压密封门连接腔和6个锁紧螺母挤压密封门板，这两套传动装置结构不同，配合精度不一样，很难实现同步推进效果。

在推动密封门平移时，9个推进作用不完全同步也会加剧密封门板倾斜，造成密封螺栓卡阻和相关零部件损坏，最终致螺纹损坏，锁紧机构零件损坏。

随着运行周期的延长，整个机构运行一段时间后，零部件磨损，更加难以保持原有的设计精度，进而加剧零部件磨损，进一步提高了操作难度。

经过以上分析可知，设备闸门卡阻产生的根本原因有以下两个方面：原因一，推进不同步导致密封门板倾斜；原因二，原供货齿轮传动的密封锁紧装置，配合精度高，容错能力差。

3技术改造的实施3.1在线监测数据采集分析与集成技术通过现场布设传感器、信号传输线路和后台数据库，基于物联网技术实现监测数据接口、集成等多数据源集成与自动流动，并在时间、空间上建立多数据源相关关系，为大数据分析提供支撑。

3.2提升装置结构介绍
设备闸门结构主要由如下部件组成：（1）用于安全壳承压边界密封的封头组件；（2）用来与闸门封头对接连接的筒节法兰及其密封装置；（3）用来进行闸门封头提升、下降的提升装置；（4）用于电站建造期间及在役运行换料大修期间大型设备安装、转运与更换运输通道的承重翻转地板。

提升装置是设备闸门的主要部件之一，其安全、可靠性的高低直接决定着设备闸门功能的实现与否。

提升装置主要包括钢丝绳起吊机构和导向机构两部分。

其中，钢丝绳起吊机构由卷筒、电机、钢丝绳、悬挂钩组成；导向机构由导向箱、滚轮和导轨组成。

3.3液压系统的日常维护
液压系统的日常维护保养是提高工程质量，确保其可靠运行、延长其使用寿命的必备条件，分为日常巡检、定期维护保养两种方式。

1）日常巡检是指不操作设备的情况下按规定的流程和项目进行的一种巡视和检查，目的是及时发现设备故障、缺陷，一般一周一次。

巡检内容为：检查油缸行程是否在合理的范围内；检查油温是否在正常工作区域；检查油位是否在正常范围内；检查油缸、油管、阀块等结合面是否有渗油现象；下滑提升的次数记录和分析；记录和处理PLC操作面板内各种故障信息；检查油箱顶部的空气滤清器中变色硅胶是否需要更换等。

2）定期维护保养是指根据设备本身特性所要求的局部或单项维护周期规定所进行的检查、维护、更换配件等工作，一般一年一次。

维护保养内容为：①电机试验：检查绝缘、启停控制及转向和运行状态检测；②液压系统压力继电器的功能试验：检查系统超压保护、启门超压保护、启门失压保护、闭门超压保护；③液压启闭机试验、液压设备和电控设备检查、清扫、压力整定；④液压启闭机试验、液压设备和电控设备检查、清扫、压力整定。

3.4对未来设计的指导
由于反应堆堆芯功率的提升，主设备朝大型化发展，客观上要求增大闸门通道的通行能力，使密封门板的重量与之前工程相比大大增加，提高了设备加工的工机具要求，而加工和配合公差又不能降低，导致设备适应性变差，可操作性降低，而门洞增大导致安全壳的承压能力下降，违背了提高安全壳承压能力的初衷。

本次改造的优化方案，在不降低设备闸门承压能力的前提下，提高了锁紧装置的容错能力，大型密封闸门启闭过程中对中的自适应性强，使整个闸门启闭过程可操作性更高，这些改造经验对新型设备闸门的设计具有一定的指导意义。

结语
综上所述，在系统运行过程中，一方面，进一步加强系统故障诊断及预测性维护模型的优化，立足国家智慧核电厂建设目标，面向水工机械装备智能远程运维，基于系统的实施，实现人工巡检、定期检测、故障异常及处理方式等人员经验、方法的数字化转化与知识经验沉淀，进一步提升基于专家系统的异常维护过程智能决策能力。

参考文献：
［1］黄巍华．变频器和编码器在安全壳设备闸门控制系统改造中的应用［J］．电工技术，2019，8：17～19
［2］张冬，张燎军，陈超，等．高水头平面钢闸门启闭力数值模拟研究［J］．水电能源科学，2014，32（1）：168-171．
［3］梁超，练继建，张金良，等．高坝泄流诱发事故闸门的爬行振动研究［J］．水利学报，2018，49（12）：1503-1511．
［4］王朝平，吴芳．苏丹上阿特巴拉水利枢纽底孔闸门及液压启闭机运行振动问题分析及处理［J］．水电与新能源，2018，32（9）：60－63
［5］章晋雄，吴一红，张东，等．基于改造底缘的水电站事故平板闸门启闭力优化试验研究［J］．水利水电技术，2013，44（7）：134-137．。