1、中国电工网 机组停堆棒电机低压配电盘柜故障原因分析及优化王学智，戴宇青，王嘉麒（中核核电运行管理有限公司，浙江 嘉兴 ）摘要：秦三厂 型重水堆通过插入停堆棒可向反应堆中引入足够多的负反应性，来终止反应堆的自持链式裂变反应，保护反应堆的安全。停堆棒的动作控制电机由电机控制中心供电。通过对停堆棒电机供电间隔的历史缺陷进行分析、研究，找出问题原因，并提出改进措施，以提高停堆棒电机供电间隔在实际应用中的稳定性。关键词：重水堆；停堆棒；电机控制中心；故障；改进中图分类号：，（，）：，：；收稿日期：引言停堆系统是秦三厂 型重水堆的两个应急停堆系统之一，它通过向反应堆中插入停堆棒引入足够多的负反应性，来终止
2、反应堆的自持链式裂变反应，减少了核燃料中产生的能量，保证了重水堆的安全。停堆棒控制逻辑主要由 根停堆棒及对应的电机控制回路、位置显示回路、在顶部停堆棒的棒数显示回路和停堆棒状态显示系统等组成。其中，停堆棒电机控制回路的供电电源由电机控制中心（，）提供。停堆棒电机 间隔均为同一类型（），间隔内配置了电磁接触器、热继电器、辅助变压器等元器件。元器件长期运行容易损坏，导致停堆棒电机 间隔频出报警和故障。本文对故障原因进行分析，提出处理方案，以降低设备故障率，提升机组运行的稳定性。停堆棒电机间隔故障调查及分析经统计，秦三厂和机组停堆棒电机供电间隔共出现过 次缺陷，其中 继电器故障次，继电器故障 次。继
3、电器故障虽然只发生了次，但是造成了单个停堆棒无法控制的后果，因此也是必须重视的问题。停堆棒电机供电间隔中所使用的 继电器和 继电器为同型号（），主要参数见表。表继电器主要参数类型型号额定电压（）吸合电压（）满载电气寿命空载机械寿命 次 次 次 次 继电器故障情况分析 继电器主要用于停堆棒控制逻辑，接入电气回路的触点有电源线圈触点（）、常闭触点（）、常开触点（），其他触点空置未使用。其中，电源线圈触点（）接入堆棒插入控制回路与 中间继电器常闭点串联；常闭触点（）接入堆棒提出控制回路与 中间继电器线圈电源串联，以形成互锁功能，即提棒回路导通时，插棒回路开路，反之亦然。继电器故障情况分析 继电器主要
4、用于回路报警，接入电气回路的触点有常开触点（）、电源线圈触点（）、常闭触点（）。其中，常开触点（）用于回路报警，当出现故障磁跳失电或热继电器动作时，继电器线圈失电，报警触点常开电工技术发电厂2023 1期点（）动作，主控收到 报警信号；常闭触点（）用于间隔控制电压故障报警灯指示，正常工况下间隔操作手柄置于 状态，常闭触点（）断开，报警指示灯不亮，当 继电器失电后常闭触点（）闭合，就地故障指示灯亮。调查历史工单，继电器 次故障缺陷的主要原因为 继电器常开触点（）失效，导致报警回路失电，主控室收到报警。继电器故障原因分析 和 继电器为同型号电磁继电器，有着相同的结构和原理，根据故障情况分析均为触点
5、故障，故本文将一同进行失效测试和原因分析。继电器的结构和原理电磁继电器主要由电磁机构、触点接触机构及其附属机构组成。其中以电磁机构、触点接触机构最关键。电磁机构的动态过程包括吸合过程和释放过程。不通电时，电磁继电器线圈尚未接通，公共动触点与常闭静触点闭合而与常开静触点断开，常开静触点开路；当线圈供电时，线圈处于接通状态，电磁吸引衔铁运动带动推动器，在推动器的作用下，弹簧片移动使常闭静触点与动触点稳定闭合；在线圈接通的状态下给线圈断电时，弹簧作用使动触点返回，重新和常闭静触点闭合，结束释放过程。电磁继电器的失效模式和机理电磁继电器的最重要组成部分是继电器触点，触点故障比率甚至达到电磁继电器总故障
6、率的 以上。引起继电器触点接触不良的直接原因为触点表面嵌藏有尘埃等污染物或触点表面生成了有机吸附膜或碳化膜。下面对失效继电器进行测试分析，着重对触点进行分析，以期得出继电器失效的根本原因。失效继电器测试分析 外观检查对失效继电器外观进行检查，核对继电器丝印信息：检查外壳、引脚是否异常。检查结果如图所示，失效样品继电器螺丝孔有明显裂纹、螺丝未拧紧等现象。由此可得，失效样品继电器被拆开过，且未合格还原。图 1 继电器丝印扫描图 接触电阻及吸合时间测量测量触点接触电阻、继电器吸合时间，判断参数是否在合格范围（电阻小于，吸合时间小于 ）内。由表可知，样品吸合时间都满足要求；失效 继电器常闭触点（）和失
7、效 继电器常开触点（）的接触电阻非常不稳定；经过 次开关测试，导通率低，稳定性差。表 失效样品测试结果失效样品接触电阻常闭触点（）常开触点（）吸合时间 次试验导通率 同时，正常样本的检测中发现部分 继电器在通电试验的过程中存在异音。抽查同一批次的 继电器，抽查数量为库存数量的（库存共 个，抽查 个），进行触点电阻测量（标准要求小于）和带电运行时的异音检查（接触电阻小于，无带电异音）。经检测，接触电阻合格率为，无带电异音合格率为 。同时，个别继电器存在以下现象：通电初始时无异音，但随着运行时间的增加，噪声增大；通电初始时有异音，但反复通电几次后，异音减小。由此可得，失效样品 继电器常闭触点（）和
8、 继电器常开触点（）的接触电阻异常，继电器新备件库存批次存在质量问题。失效继电器开封目视检查检测失效样品，发现 和 继电器触点有多处划痕，且部分触点接触区域有明显黑色污染物，如图所示。库存样本触点表面未见划痕、黑色污染物等异常，表面镀层光滑颜色均匀。由此可排除机械结构原因导致触点压力不足，造成触点接触不良的可能性，触点表面被打磨处理过。图 2 触点表面划痕 扫描电镜及能谱分析扫描电镜是由电子枪发射出电子束，在加速电压作用下，在试样表面做光栅状扫描的。接受电子束与受分析试发电厂电工技术中国电工网样相互作用的信息后便可得到表征试样微观形貌的扫描电子图像。能谱分析是在高能量电子束的照射下样品原子受激
9、发产生特征射线，通过探测器探测射线就可找到样品原子对应的元素。利用扫描电镜与能谱分析技术可对样品的形态进行微观分析，同时又能对样品的组成成分进行定性及半定量分析，目前已普遍应用于油气勘探、汽车板材、航天材料等各行业。对新备件样品触点进行扫描电镜及能谱分析，结果如图和表所示。图 3 新备件样品触点能谱分析图表触点所含成分及占比谱图在状态 总的谱图是 经过扫描电镜及能谱分析可清楚地看到，新备件样品表面 光 滑，元 素 成 分 主 要 为，另 外 含 有 少 量 的与。在扫描电镜下观察失效样品触点黑色表面污染物，并对污染物进行能谱分析，能谱分析数据如图和表所示。其中，谱图为失效样品触电黑色表面污染物
10、，谱图为失效样品触电正常区域。图 4 失效样品触点能谱分析对照图表触点所含成分及占比谱图 总的谱图 谱图 通过扫描电镜可清楚地看到，失效样品触电表面存在划痕及黑色表面污染物。另外，通过能谱分析可看出正常区域主要为、元素，含量为 ，与新备件样品基本保持一致。污染物区域主要为碳、等元素，含量只含 ，较新备件样品下降明显，污染物所含元素较多，且主要为金属氧化物。由此可得，触点表面存在金属氧化污染，同时存在打磨痕迹，打磨后触电防氧化层被破坏。经现场调查，型继电器在预防性维修中，若发现继电器触点接触电阻偏大，不满足规程验收标准（不大于）时，首先采用对阻值不满足标准的触点氧化层进行打磨的方式以降低接触电阻
11、，待接触电阻合格后继续使用。这导致了触点划痕及触电异物的产生。结语通过继电器失效分析和测试，停堆棒电机低压配电盘柜故障产生的主要原因为：现场安装不规范；触点划痕及异物造成继电器触点接触不良；部分库存备件存在质量问题，未经检验即使用至现场。为了减少 机组停堆棒电机低压配电盘柜故障，建议采取以下措施：规范现场工作，升级相关文件与程序，在继电器螺丝拧紧时后确认紧固无滑丝；升级相关文件与程序，改变维修策略，在对停堆棒电机低压配电间隔内继电器进行检修时，发现不符合接触电阻标准的继电器就直接更换新备件，不再进行打磨处理；在库存备件使用前进行通电检查，测量接触电阻，待接触电阻合格且无异音后方可使用。参考文献
12、 王晓峰，丁林朴，林熙，等 重水堆停堆棒电源模块问题分析及改进仪器仪表用户，（）：徐清华 型重水堆停堆棒控制逻辑的故障分析与改进仪器仪表用户，（）：郭宏，于凯平电机控制中心综述电气传动，（）：，管永超不同类型负载下电磁继电器失效模式研究哈尔滨：哈尔滨理工大学，；，张菲菲，李志刚，刘少宇，等 触点式继电器的性能评价指标及其与寿命的相关性研究 中国电工技术学会电工产品可靠性研究会第五届电工产品可靠性与电接触国际会议论文集 中 国 电 工 技 术 学 会 电 工 产 品 可 靠 性 研 究 会：左帅，李志刚，王婷云，等继电器触点接触电阻的威布尔分布及时间序列接触失效预测模型电器与能效管理技术，（）：，王英姿，侯宪钦 带能谱分析的扫描电子显微镜在材料分析中的应用 制造技术与机床，（）：刘伟新，史志华，朱樱，等 扫描电镜能谱分析在油气勘探开发中的应用石油实验地质，（）：柴莹洁 扫描电子显微镜能谱分析在交通事故微量物证鉴定中的应用北京：中国政法大学，电工技术发电厂