CN112728417A - 一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,包括传感器单元、信号检测单元、数据处理单元和上位机；所述传感器单元、信号检测单元、数据处理单元和上位机依次通讯连接；所述传感器单元与核电厂主蒸汽隔离阀机械连接。本发明的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置和方法，综合在线检测和故障诊断技术，在阀门不拆卸、不解体的前提下，对主蒸汽隔离阀综合性能进行在线诊断测试。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断技术领域，特别是涉及一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置与方法。
背景技术
核电厂主蒸汽隔离阀属于关键敏感设备，该阀门在发生蒸汽管道破裂等事故工况下在5s内快速关闭，该阀门一旦在运行期间发生故障，会造成机组停堆等重大事件，是核电厂的关键重要阀门。由于该阀门尺寸和重量大，由气液联动执行机构驱动，液压设备多、控制系统复杂，阀门工作模式(快关、慢关、全开、保持全开)多，缺乏在线诊断装置，其性能状态难以全面掌握和评价，目前国内核电厂主要利用常规手段测试和国外厂家技术人员现场评价，对其性能状态和降质趋势了解不全，存在误修和漏修、需要操作员长时间配合等现象，人因失误也无法避免，给核电厂运行造成较大安全隐患。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置与方法，该核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置与方法综合在线检测和故障诊断技术，在阀门不拆卸、不解体的前提下，对主蒸汽隔离阀综合性能进行在线诊断测试。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,包括传感器单元、信号检测单元、数据处理单元和上位机；所述传感器单元、信号检测单元、数据处理单元和上位机依次通讯连接；所述传感器单元与核电厂主蒸汽隔离阀机械连接。
所述传感器单元采集核电厂主蒸汽隔离阀的各项待检测参数特征信号并发送给信号检测单元，所述信号检测单元接收传感器单元发送的信号并将所述信号处理后发送给数据处理单元，所述数据处理单元接收信号检测单元发送的信号并将所述信号进行模数转换后发送给上位机，所述上位机接收数据处理单元发送的信号并对所述信号进行在线诊断。
进一步地，所述传感器单元包括位移传感器、开关量传感器、应力传感器、微电流传感器、电流传感器和电压传感器；所述位移传感器的运动部件安装在阀杆上；所述开关量传感器与限位开关的常开或常闭触点相连接；所述应力传感器固定安装在阀杆的光杆部位；所述微电流传感器分别安装在氮气压力变送器和油压变送器信号输出线缆上，液压控制回路中的泵侧主电磁阀、液压控制回路的泵侧试验电磁阀、液压控制回路的非泵侧主电磁阀和液压控制回路的非泵侧试验电磁阀的供电线缆上；所述电流传感器分别安装在液压控制回路的油泵电机三相电源线上；所述电压传感器安装在液压控制回路中的油泵电机电源输入端口，与三相电源点对点对应导通。
进一步地，所述位移传感器为拉线式位移传感器，所述开关量传感器为多通道开关量传感器，所述应力传感器为贴片式应力传感器，所述微电流传感器为非接触式微电流传感器，所述电流传感器为非接触式电流传感器，所述电压传感器为三相电压传感器。
进一步地，所述信号检测单元包括位移信号检测单元、逻辑信号检测单元、应变信号检测单元、微电流信号检测单元和功率检测单元，所述电流传感器和电压传感器分别与功率检测单元通讯连接，所述开关量传感器与逻辑信号检测单元通讯连接，所述位移传感器与位移信号检测单元通讯连接，所述应力传感器与应变信号检测单元通讯连接，所述微电流传感器与微电流信号检测单元通讯连接，所述位移信号检测单元、逻辑信号检测单元、应变信号检测单元、微电流信号检测单元和功率检测单元分别与数据处理单元连接。
进一步地，所述核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,还包括电源模块及管理单元，所述电源模块及管理单元分别与传感器单元、信号检测单元和数据处理单元机械连接，同时电源模块及管理单元通过串口与数据处理单元通讯连接。
数据处理单元接收电源模块及管理单元发送的电池状况信息并发送给上位机，上位机发出信息采集启动/停止指令给数据处理单元以控制数据采集的启动或停止。具体地，上位机发出信息采集启动指令给数据处理单元，数据处理单元发送充电指令给电源模块及管理单元，电源模块及管理单元为传感器单元、信号检测单元和数据处理单元提供直流电源，信息采集启动；上位机发出信息采集停止指令给数据处理单元，数据处理单元发送放电指令给电源模块及管理单元，电源模块及管理单元停止为传感器单元、信号检测单元和数据处理单元提供直流电源，信息采集停止。
进一步地，所述上位机上安装阀门诊断软件，所述阀门诊断软件完成核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断。
一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断方法，包括如下步骤：
步骤一、选择核电厂主蒸汽隔离阀的待监测参数；
步骤二、确定维持阀门正常运行时，步骤一选择的待监测参数的所允许的理论值范围；
步骤三、根据步骤一选择的待监测参数，在核电厂主蒸汽隔离阀上安装相应的传感器单元；
步骤四、控制阀门执行不同工作模式，并在执行不同工作模式过程中通过传感器单元采集步骤一选择的待监测参数；
步骤五、传感器单元采集的待检测参数特征信号发送给信号检测单元，信号检测单元接收传感器单元发送的信号并将所述信号处理后发送给数据处理单元，数据处理单元接收信号检测单元发送的信号并将所述信号进行模数转换后发送给上位机，所述上位机接收数据处理单元发送的信号并对所述信号进行在线诊断。
进一步地，所述核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断方法，还包括如下步骤：数据处理单元接收电源模块及管理单元发送的电池状况信息并发送给上位机，上位机发出信息采集启动/停止指令给数据处理单元以控制数据采集的启动或停止。
进一步地，所述在线诊断是将步骤四中测量得出的待监测参数的实测值与步骤二中确定的待检测参数理论值的允许范围进行对比分析，从而得出诊断结论。
本发明的有益技术效果：
本发明的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置和方法，能够在主蒸汽隔离阀不拆卸解体的前提下，在机组停运期间对该阀门综合性能进行诊断测试，通过监测阀门不同动作时的行程时间及受力情况，提取相关特性参数，从而分析得出阀门动作性能、密封性能等综合性能。
本发明的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置和方法，在线诊断分析结论可指导维修人员将阀门调整至最佳状态，同时对维修后的主蒸汽隔离阀进行状态性能验证，有效避免人因失误，并指导后续维修工作(即状态维修)，以便采取针对性的措施对该阀门的故障进行分析和处理，确保阀门维修后实验一次性通过，大大减少操作员配合时间。
本发明的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置和方法，通过主蒸汽隔离阀在线诊断数据的积累，分析出性能降质趋势，在其故障发生前安排维修工作，避免相关事故和损失发生，使主蒸汽隔离阀的维修时机可预测、维修效果可验证，提高主蒸汽隔离阀状态管理水平以及核电厂安全经济运行指标。
本发明的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置和方法，同样适用于核电厂类似的主给水隔离阀在线诊断。
附图说明
图1为本发明的主蒸汽隔离阀在线诊断装置结构示意图；
图2为本发明的主蒸汽隔离阀结构示意图。
其中，1、传感器单元；2、信号检测单元；3、数据处理单元；4、电源模块及管理单元；5、上位机；6、液压控制回路；7、执行机构；8、阀杆；9、轭架；10、阀体；11、氮气压力变送器；12、油压变送器；13、限位开关；101、位移传感器；102、开关量传感器；103、应力传感器；104、微电流传感器；105、电流传感器；106、电压传感器；201位移信号检测单元；202、逻辑信号检测单元；203、应变信号检测单元；204、微电流信号检测单元；205、功率检测单元。
具体实施方式
核电厂主蒸汽隔离阀包括阀体10、阀杆8、轭架9、执行机构7、液压控制回路6、限位开关13、油压变送器12和氮气压力变送器11，执行机构7用于提供阀杆8竖直方向运动的动力，阀杆8与阀体10内部的阀瓣连接，通过改变阀瓣竖直方向的位置，能够改变阀门的密封状态，从而实现阀门的开启及关闭等动作。液压控制回路6用于控制油压方向及压力大小，继而改变阀杆8的位置及运动状态，从而对阀门的启闭状态及开启/关闭过程进行控制。
本发明提供一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,包括传感器单元1、信号检测单元2、数据处理单元3、电源模块及管理单元4和上位机5，所述传感器单元1、信号检测单元2、数据处理单元3和上位机5依次通讯连接；所述传感器单元1与核电厂主蒸汽隔离阀机械连接；所述电源模块及管理单元4分别与传感器单元1、信号检测单元2和数据处理单元3机械连接，同时电源模块及管理单元4通过串口与数据处理单元3通讯连接。
传感器单元1采集核电厂主蒸汽隔离阀的各项待检测参数特征信号并发送给信号检测单元2；信号检测单元2接收传感器单元1发送的信号并将所述信号进行调理后发送给数据处理单元3；数据处理单元3接收信号检测单元2发送的信号并将所述信号进行模数(即A/D)转换后发送给上位机5；上位机5接收数据处理单元3发送的信号并对所述信号进行在线诊断，包括各项参数特征信号的实时显示、曲线绘制、特征值计算及诊断分析。
数据处理单元3接收电源模块及管理单元4发送的电池状况信息(电池电量大小信息、充放电信息、异常情况等)并发送给上位机5，上位机5发出信息采集启动/停止指令给数据处理单元3以控制数据采集的启动或停止。具体地，上位机5发出信息采集启动指令给数据处理单元3，数据处理单元3发送充电指令给电源模块及管理单元4，电源模块及管理单元4为传感器单元1、信号检测单元2和数据处理单元3提供直流电源，信息采集启动；上位机5发出信息采集停止指令给数据处理单元3，数据处理单元3发送放电指令给电源模块及管理单元4，电源模块及管理单元4停止为传感器单元1、信号检测单元2和数据处理单元3提供直流电源，信息采集停止。
进一步地，所述数据处理单元3与上位机5通过以太网或WIFI连接。
进一步地，所述传感器单元1包括位移传感器101、开关量传感器102、应力传感器103、微电流传感器104、电流传感器105和电压传感器106；
所述位移传感器101为拉线式位移传感器，所述拉线式位移传感器的运动部件安装在阀杆8上，与阀杆8保持平行同步动作，用于测量阀门动作行程；
所述开关量传感器102为多通道开关量传感器，所述多通道开关量传感器与限位开关13的常开或常闭触点连接，用于测量阀门限位开关动作逻辑；
所述应力传感器103为贴片式应力传感器，所述贴片式应力传感器利用特制胶水粘贴固定安装在阀杆8的光杆部位，随核电厂主蒸汽隔离阀的阀杆8一起动作，用于测量阀门关闭力、离座力、倒密封力、摩擦力等参数；
所述微电流传感器104为非接触式微电流传感器，2个非接触式微电流传感器分别卡钳式安装在氮气压力变送器11和油压变送器12信号输出线缆上，4个非接触式微电流传感器104分别卡钳式安装在液压控制回路6的泵侧主电磁阀、液压控制回路6的泵侧试验电磁阀、液压控制回路6的非泵侧主电磁阀和液压控制回路6的非泵侧试验电磁阀的供电线缆上,用于测量氮气压力变送器11输出电流和油压变送器12输出电流，所述氮气压力变送器11输出电流和油压变送器12输出电流经换算后可得到氮气压力和油压实际值，通过微电流传感器104测试主电磁阀和试验电磁阀的线圈电流，同时得到其动作逻辑；
所述电流传感器105为非接触式电流传感器，3个非接触式电流传感器分别卡钳式安装在液压控制回路6的油泵电机三相电源线上,用于测试阀门油泵电机电流；
所述电压传感器106为三相电压传感器，安装在液压控制回路6的油泵电机电源输入端口，与三相电源点对点对应导通,用于测试阀门油泵电机电压。
进一步地，所述信号检测单元2包括位移信号检测单元201、逻辑信号检测单元202、应变信号检测单元203、微电流信号检测单元204和功率检测单元205，所述电流传感器105和电压传感器106分别与功率检测单元205通讯连接，所述开关量传感器102与逻辑信号检测单元202通讯连接，所述位移传感器101与位移信号检测单元201通讯连接，所述应力传感器103与应变信号检测单元通讯连接，所述微电流传感器104与微电流信号检测单元204通讯连接，所述位移信号检测单元201、逻辑信号检测单元202、应变信号检测单元203、微电流信号检测单元204和功率检测单元205分别与数据处理单元3连接。
进一步地，所述上位机5上安装安装阀门诊断软件，所述阀门诊断软件完成完成核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断，包括各项参数特征信号的实时显示、存储、曲线绘制、特征值计算及诊断分析等。
本发明还提供一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断方法，通过实时采集核电厂主蒸汽隔离阀的各项参数特征信号，包括阀门不同工作模式(快关、慢关、全开、保持全开)下的性能参数，提取相关特性参数，从而诊断分析出阀门动作性能、密封性能和油泵电机性能等综合性能状态。
所述核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断方法，具体包括如下步骤：
步骤一：选择核电厂主蒸汽隔离阀的待监测参数。核电厂主蒸汽隔离阀属于开关阀，主要通过动作性能和密封性能评价其能否正常运行。选择核电厂主蒸汽隔离阀的待监测参数时主要从上述两方面考虑。与动作性能相关的待监测参数包括：泵侧快关时间、非泵侧快关时间、双侧快关时间、开启时间、慢关时间、氮气压力、油压等；与密封性相关的待监测参数包括：行程、关闭力、离座力、倒密封力、摩擦力等。
步骤二：确定维持阀门正常运行时，步骤一中所选的各项待监测参数的所允许的理论值范围。其中，维持正常运行所允许的泵侧快关时间、非泵侧快关时间、双侧快关时间、开启时间、慢关时间、行程等参数的理论值范围通过查询主蒸汽隔离阀的设计文件获取；维持正常运行所允许的关闭力、离座力、倒密封力、摩擦力、氮气压力、油压的理论值范围通过运行工况和阀门设计参数计算获取。
步骤三：根据步骤一中选择的待监测参数，安装对应的传感器单元1。
上述各项待监测参数测量时所选用的传感器包括：位移传感器101、开关量传感器102、应力传感器103、微电流传感器104、电流传感器105和电压传感器106；
所述位移传感器101为拉线式位移传感器，所述拉线式位移传感器的运动部件安装在阀杆8上，与阀杆8保持平行同步动作，用于测量阀门动作行程；
所述开关量传感器102为多通道开关量传感器，所述多通道开关量传感器与限位开关13的常开或常闭触点连接，用于测量阀门限位开关动作逻辑；
所述应力传感器103为贴片式应力传感器，所述贴片式应力传感器利用特制胶水粘贴固定安装在阀杆8的光杆部位，随核电厂主蒸汽隔离阀的阀杆8一起动作，用于测量阀门关闭力、离座力、倒密封力、摩擦力等参数；
所述微电流传感器104为非接触式微电流传感器，2个非接触式微电流传感器分别卡钳式安装在氮气压力变送器1111和油压变送器12信号输出线缆上，4个非接触式微电流传感器分别卡钳式安装在液压控制回路6的泵侧主电磁阀、液压控制回路6的泵侧试验电磁阀、液压控制回路6的非泵侧主电磁阀和液压控制回路6的非泵侧试验电磁阀的供电线缆上,用于测量氮气压力变送器11输出电流和油压变送器12输出电流，所述氮气压力变送器11输出电流和油压变送器12输出电流经换算后可得到氮气压力和油压实际值，通过微电流传感器104测试主电磁阀和试验电磁阀的线圈电流，同时得到其动作逻辑；
所述电流传感器105为非接触式电流传感器，3个非接触式电流传感器分别卡钳式安装在液压控制回路6的油泵电机三相电源线上,用于测试阀门油泵电机电流；
所述电压传感器106为三相电压传感器，安装在液压控制回路6的油泵电机电源输入端口，与三相电源点对点对应导通,用于测试阀门油泵电机电压。
步骤四：控制阀门执行不同工作模式，并在执行不同工作模式(快关、慢关、全开、保持全开)过程中通过传感器单元1采集步骤一选择的待监测参数，具体流程如下：
1、控制阀门执行开启动作，并在阀门开启动作过程中测量阀门开启时间、行程、油压、氮气压力、离座力、倒密封力和摩擦力等各项待监测参数；
2、控制阀门执行慢关动作(泵侧慢关、非泵侧慢关)，并在动作过程中测量阀门的关闭行程、慢关时间、慢关过程中的油压和氮气压力、慢关时阀门的关闭力等各项参数；
3、控制阀门执行快关动作(泵侧快关、非泵侧快关；)，并在动作过程中测量阀门的关闭行程、单侧快关时间、单侧快关过程中的油压和氮气压力、单侧快关时阀门的关闭力等各项参数；
4、控制阀门执行快关动作(泵侧、非泵侧同时快关同时进行)，并在动作过程中测量阀门的关闭行程、单侧快关时间、单侧快关过程中的油压和氮气压力、单侧快关时阀门的关闭力等各项参数。
步骤五：将步骤四中测量得出的各项待监测参数的实测值与步骤二中确定的各项待检测参数理论值的允许范围进行对比分析，从而得出诊断结论。具体流程如下：
1、动作性能诊断：诊断阀门执行各动作时的动作性能是否满足要求。将阀门执行开启、快关、慢关各动作时的动作时间等参数的实测值与理论值允许范围进行对比，判断阀门执行各动作时的整体动作时间是否满足系统运行要求。若动作时间过长，则需再将氮气压力、油压等参数的实测值与理论值允许范围进行对比，结合氮气压力和油压判断是否因阀门整体运行摩擦力过大导致动作时间过长。若整体摩擦力正常，则从阀芯/阀座的磨损、阀杆8安装精度等方面排查；若不满足要求，可对氮气压力进行调整；
2、密封性能诊断：诊断阀门的阀瓣-阀座、阀杆8-阀盖等两处密封处的密封性能是否满足要求。通过对比行程、关闭力、离座力的实测值及维持正常运行的理论值允许范围可判断阀瓣-阀座接触处的密封性能是否满足要求；通过对比倒密封力的实测值及维持正常运行的理论值允许范围可判断阀杆8-阀盖接触处的密封性能是否满足要求；若不满足要求，可对氮气压力进行调整；
3、油泵电机性能：诊断油泵电机工作电流、电压、功率是否正常，启停特性曲线是否符合电机特性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,其特征在于，包括传感器单元、信号检测单元、数据处理单元和上位机；所述传感器单元、信号检测单元、数据处理单元和上位机依次通讯连接；所述传感器单元与核电厂主蒸汽隔离阀机械连接。
2.根据权利要求1所述的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,其特征在于，所述传感器单元包括位移传感器、开关量传感器、应力传感器、微型电流钳、电流传感器和电压传感器。
3.根据权利要求2所述的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,其特征在于，所述位移传感器的运动部件安装在阀杆上，所述开关量传感器与限位开关的常开或常闭触点相连接，所述应力传感器固定安装在阀杆的光杆部位，所述微型电流钳分别安装在氮气压力变送器和油压变送器信号输出线缆、液压控制回路的泵侧主电磁阀、液压控制回路的泵侧试验电磁阀、液压控制回路的非泵侧主电磁阀和液压控制回路的非泵侧试验电磁阀的供电线缆上，所述电流传感器安装在液压控制回路的油泵电机三相电源线上，所述电压传感器安装在液压控制回路中的油泵电机电源输入端口，与三相电源点对点对应导通。
4.根据权利要求2所述的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,其特征在于，所述位移传感器为拉线式位移传感器，所述开关量传感器为多通道开关量传感器，所述应力传感器为贴片式应力传感器，所述微电流传感器为非接触式微电流钳，所述电流传感器为非接触式电流传感器，所述电压传感器为三相电压传感器。
5.根据权利要求1所述的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,其特征在于，所述信号检测单元包括位移信号检测单元、逻辑信号检测单元、应变信号检测单元、微电流信号检测单元和功率检测单元，所述电流传感器和电压传感器分别与功率检测单元通讯连接，所述开关量传感器与逻辑信号检测单元通讯连接，所述位移传感器与位移信号检测单元通讯连接，所述应力传感器与应变信号检测单元通讯连接，所述微电流传感器与微电流信号检测单元通讯连接，所述位移信号检测单元、逻辑信号检测单元、应变信号检测单元、微电流信号检测单元和功率检测单元分别与数据处理单元连接。
6.根据权利要求1所述的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,其特征在于，所述核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,还包括电源模块及管理单元，所述电源模块及管理单元分别与传感器单元、信号检测单元和数据处理单元机械连接，同时电源模块及管理单元通过串口与数据处理单元通讯连接。
7.根据权利要求1所述的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,其特征在于，所述上位机上安装阀门诊断软件，所述阀门诊断软件完成核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断。
8.一种核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断方法，其特征在于，使用权利要求1-7任意一项所述的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断装置,包括如下步骤：
步骤一、选择核电厂主蒸汽隔离阀的待监测参数；
步骤二、确定维持阀门正常运行时，步骤一选择的待监测参数的所允许的理论值范围；
步骤三、根据步骤一选择的待监测参数，在核电厂主蒸汽隔离阀上安装相应的传感器单元；
步骤四、控制阀门执行不同工作模式，并在执行不同工作模式过程中通过传感器单元采集步骤一选择的待监测参数；
步骤五、传感器单元采集的待检测参数特征信号发送给信号检测单元，信号检测单元接收传感器单元发送的信号并将所述信号处理后发送给数据处理单元，数据处理单元接收信号检测单元发送的信号并将所述信号进行模数转换后发送给上位机，所述上位机接收数据处理单元发送的信号并对所述信号进行在线诊断。
9.根据权利要求8所述的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断方法，其特征在于，还包括如下步骤：数据处理单元接收电源模块及管理单元发送的电池状况信息并发送给上位机，上位机发出信息采集启动/停止指令给数据处理单元以控制数据采集的启动或停止。
10.根据权利要求8所述的核电厂主蒸汽隔离阀在线诊断方法，其特征在于，所述在线诊断是将步骤四中测量得出的待监测参数的实测值与步骤二中确定的待检测参数理论值的允许范围进行对比分析，从而得出诊断结论。
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