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摘要：陰極保護監測系統主要是針對被保護體健康狀態評估、故障預測、故障處理及避免出現災難性事故設計的。陰極保護監測數據管理分析可分為四個階段：包括數據生成、數據采集、數據儲存以及數據分析，其中數據分析是數據管理最重要的部分。對核電站陰極保護增加監測系統可以提高系統非計劃停運時間，使相關設備獲得更為有效的保護。本文以核電站冷源相關設備的陰極保護系統失效分析為案例，闡明了陰極保護監測系統在陰極保護系統運維、故障分析與健康診斷等方面的重要性。

關鍵詞：核電;陰極保護監測;冷源海水系統

主要分為海水過濾系統、海水循環冷卻系統以及重要廠用水系統，是核電站重要的輔助系統及冷源保障。其長期服役于海水環境中，一旦發生腐蝕不僅維修難度高、工期長，嚴重時將會威脅機組安全運行[1]。外加電流陰極保護是海水系統腐蝕防護的主要方法之一，但核電站工況復雜，電氣設備較多，會對陰極保護系統產生影響，降低其對海水系統的保護效果，因此及時有效的對陰極保護進行監測尤為重要。早期，核電站海水陰極保護系統中采用的基本為可控硅整流器，無數據記錄功能，現場運維依靠人員定期記錄數據，數據量過少，當陰極保護系統出現故障時并不能準確地反饋實際問題，給原因分析及故障處理造成諸多不便。因此，部分核電站已將原有的可控硅整流恒電位儀替換成最新的智能數字式恒電位儀，采用自動化控制技術、人機交互友好并具有數據采集、查詢、存儲功能及遠程實時監測等功能。上述軟、硬件功能的提升，為陰極保護系統采用實時監測提供了先決條件。本文列舉了幾個核電站海水相關設備陰極保護系統運行異常的案例，通過對陰極保護監測數據分析查明了原因，并建立了失效故障數據庫，對后續同類故障的分析、預防及系統健康狀況評估具有重要的意義[2]。

1系統簡介

1.1鼓形旋轉濾網。鼓形濾網是核電廠循環冷卻水系統的主要過濾設備，鼓形濾網由主軸、軸承、鼓網骨架、不銹鋼網片、密封裝置、反沖洗裝置、驅動裝置、控制系統、壓差監測系統及陰極保護及監測系統等組成。其主要選用的材料為碳鋼和不銹鋼，其防腐措施主要采用陰極保護與防腐涂料聯合保護的方法。鼓形濾網處于半浸泡環境中，運行期間干濕交替，當鼓網位于大氣區、浪濺區及水位變動區時，陰極保護系統無法提供有效的保護，此時主要通過防腐涂層和材料自身的耐蝕性及腐蝕裕量抵御海水腐蝕[3]。1.2重要廠用水系統（SEC）。重要廠用水系統（SEC）其主要功能是將由設備冷卻水（RRI）收集到的熱負荷輸送到最終熱井海水中。SEC管道從鼓型濾網過濾水池取水。輸送海水的管道主要為碳鋼襯膠管道、內外部涂刷防腐涂料及外加電流陰極保護管道。

2案例分析

2.1電解制氯加藥對鼓網陰極保護系統運行的影響。某核電站在大修期間，某列鼓網檢修工作完成后，其陰極保護系統也完成調試后以恒電位模式運行，保護電位穩定在150mV（相對于高純鋅參比，下同）左右，運行一段時間后，現場巡視人員發現鼓網保護電位在150～500mV之間波動，3d后波動消失，鼓網保護電位重新穩定在150mV左右。將鼓網保護電位異常期間的監測數據拷出作圖，如圖1所示。從圖1中可以看出，電位從節點1開始上升。節點2處電位突然下降，節點3處電位又開始上升，節點4處電位開始下降至保護范圍內。節點5之后鼓網保護電位逐漸下降，重新穩定在150mV左右。圖1中節點5保護電位上升是因為人工干涉，為了使得鼓網3個區保護電位平衡，將預置電位設定值設定為230mV產生的。鼓網保護電位異常期間，對參比電極、輔助陽極以及電纜進行了檢查，均未發現問題，并且使用便攜式參比電極在鼓網主軸平臺測量了鼓網水下電位，測量結果與恒電位顯示一致，排除了陰極保護系統本身的問題。異常期間保護電位出現幾次大幅度變化，考慮有可能外界因素對鼓網陰極保護的影響。查看相關設備運行情況后發現：（1）節點1處此列鼓網的循環水泵停止運行；（2）節點2處此列鼓網加藥裝置進行檢修，停止加藥；（3）節點3處此列鼓網加藥裝置檢修結束，重新開始加藥；（4）節點4處此列鼓網的循環水泵開始運行。濱海電廠以海水作為冷源，但為了防止海水中的海生物在系統管道內滋生導致堵塞，通常在海水取水口處加入由電解制氯系統制備的低濃度次氯酸鈉，以其作為殺生劑防止海生物滋生。結合圖1曲線及相關設備運行情況，節點1處循環水泵停止運行，但此時電解制氯裝置并未停運，導致鼓網水室內海水中次氯酸鈉濃度持續增大，由于次氯酸鈉是一種去極化劑，當海水中次氯酸鈉濃度過高時，使得鼓網難以極化，導致鼓網保護電位上升；節點2處此列鼓網加藥裝置進行檢修，停止加藥，海水中次氯酸鈉濃度下降，鼓網保護電位下降；節點3處此列鼓網加藥裝置檢修結束，重新開始加藥，海水中次氯酸鈉濃度再度上升，鼓網保護電位隨之上升；節點4處此列鼓網的循環水泵開始運行，以40m3/s的速度抽取海水，鼓網間海水中次氯酸鈉濃度很快下降至正常水平，鼓網保護電位下降，恢復至0～250mV的保護范圍內。2.2鼓網停運對陰極保護系統的影響。某核電站小修期間，主控反饋某列鼓網陰極保護系統觸發報警，經運維人員現場核實，發現此列鼓網兩側保護區在恒電位模式運行下輸出電流滿載，觸發了過流報警，將該列鼓網陰極保護系統運行監測數據作圖，如圖2所示。通過分析系統運行監測數據，并查看相關設備運行情況后確定以下幾個關鍵節點：（1）節點1：該列鼓網的循環水泵停止運行，但電解制氯加藥未停運，導致輸出電流開始上升，當電流滿載后，電位開始上升；（2）節點2：該列鼓網停止加藥，電位開始下降至正常范圍內，輸出電流也隨之下降，鼓網陰極保護系統恢復至正常運行狀態；（3）節點3：該列鼓網停止轉動。此后陰極保護系統輸出電流先減小后增大，當輸出電流滿載后，鼓網保護電位開始上升；（4）節點4：該類鼓網陰極保護系統輸出電流達到滿載，觸發系統過流報警；（5）節點5：為運維人員介入系統運行，將恒電位儀切換至恒電流模式運行，恒電流輸出40A，進行原因排查及故障處理；（6）節點6：將恒電位儀切換至恒電位模式，預設保護電位210mV，輸出電流維持高位輸出，達到45A左右；（7）節點7：該列鼓網開始轉動，10min內輸出電流降至10A以下；（8）節點8：將鼓網保護電位設置為150mV，輸出電流提高到20A左右，隨后鼓網保護電位以及輸出電流恢復正常。圖1鼓網保護電位曲線圖2中節點1和2之間的保護電位波動也是由于加藥濃度過高導致的，此處不再贅述。節點3至節點4之間的輸出電流異常上升是由于鼓網停止轉動后發生的，疑似與鼓網停止轉動有關。未對上述判斷進行驗證，重新啟動鼓網旋轉，開啟反沖洗水，同時觀察鼓網網片狀態。鼓網開始旋轉后，可以發現旋轉至水面以上的網片表面存在一層附著物，其繼續旋轉后附著物被沖洗干凈。隨著鼓網的持續轉動，鼓網輸出電流大幅降低，一天后鼓網輸出電流和保護電位均恢復到正常范圍。其原因可能為當鼓網停止轉動后，海水中泥沙、浮游生物、海生物代謝物等混合物開始沉積并覆蓋在鼓網網片上，此時參比電極測得的保護電位正移，恒電位儀在恒電位模式下增大輸出電流，直至電流滿載，觸發了過流報警。當鼓網重新開始旋轉后反沖洗水也同時開啟，其將網片沖洗干凈，此時參比電極測量的電位為鼓網的真實保護電位，陰極保護系統輸出電流恢復正常。2.3工頻干擾對SEC管道陰極保護的影響。某機組兩列SEC管道保護電位同時出現高頻異常波動，管道不同分區的電位波動程度不同，位于管道進水口的首端波動最大、末端最小，電位波動幅度隨管道沿線方向遞減，且B列電位波動相對A列更為劇烈，1周內產生的閃發報警數量高達6000個。經檢查后可排除由測量回路接觸不良、接線錯誤或電流輸出不穩定導致的電位波動。在該機組小修期間，當該機組的循環水泵停運期間保護電位波動消失，啟運后電位波動隨即出現。將SEC陰極保護監測系統的數據拷出作圖，圖3為循環水泵啟/停對SEC管道保護電位波動的影響。從圖3中可以看出兩列循環水泵的運行均會導致該列管道的電位波動，當循環水泵全部停運后A列管道電位波動基本消失，B列管道波動程度也大幅降低。將恒電位儀停運后，使用示波器測量管道首端參比電極與管道本體之間電位波形圖，發現存在頻率為50Hz的交流波形。由此推斷該機組SEC管道電位波動可能是由于管道首端與靠近循環水泵一側的上游管道絕緣不良，導致管道本體同時受到來自兩列循環水泵的工頻干擾。為消除該交流頻率對管道陰極保護測量的影響，在測量回路中加裝具有濾波作用的電位隔離變送器。圖4為加裝電位隔離變送器前后管道測量電位波動變化。如圖4可知，加裝電位隔離變送器可使管道保護電位波動控制在±20mV的范圍內，有效去除交流頻率對管道保護電位的影響。

3結語

上述陰極保護系統異常運行案例分析，充分說明了陰極保護監測系統在核電陰極保護系統運維管理中的重要作用。采用數字化設備進行監測數據采集及存儲，通過數據管理及分析技術對系統運行監測數據進行分析及處理，能夠準確反饋系統輸出電壓、輸出電流、保護電位及其他參數隨運行時間的變化趨勢及規律，為分析故障原因提供準確的數據參考，以便于制定對應的處理措施，也可為系統故障預測及健康狀態評估提供數據支撐，確保系統正常、穩定運行，保障濱海核電站重要海水相關設備安全、穩定、健康運行。

參考文獻

[1]閻麗靜.濱海核電廠海水系統腐蝕的根本原因分析[J].給水排水,2018,(S1):74-70.

[2]黨小強.淺析大數據技術在核電站生產運行中的現狀及應用[J].電子技術與軟件工程,2016,(14):192-193.

[3]黃海濱.鼓型濾網在核電項目中的應用[J].華電技術,2011,33(8):37-42.

作者:王亞東 秦鐵男 黃亮 林斌 單位:蘇州熱工研究有限公司