摘要：核電站循環(huán)水過(guò)濾系統作為核電站冷源系統的前端系統，其控制系統的可靠性和穩定性對后端用水系統及機組安全運行有著(zhù)十分重要的影響。本文通過(guò)分析某核電站循環(huán)水過(guò)濾系統鼓網(wǎng)中、低速電機同時(shí)運行的異常工況影響核電機組正常運行的問(wèn)題，研究并分析中低速電機異常運行的原因，針對性地提出系統優(yōu)化策略。該策略有效解決了鼓網(wǎng)電機運行異常的問(wèn)題，提升了機組可靠性，為后續機組類(lèi)似問(wèn)題的解決提 供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：CFI；中低速電機同時(shí)運行；控制邏輯優(yōu)化

Abstract: As the front-end system of nuclear power plant cold source  system, the reliability and stability of its control system have a very  important impact on the back-end water system and the safe operation  of the unit. This paper analyzes the abnormal operation of drum screen  motor in circulating water filtration system of a nuclear power plant,  which affects the normal operation of nuclear power unit, studies  and analyzes the causes of abnormal operation of medium and low  speed motors, and puts forward the system optimization strategy. This  strategy can effectively solve the problem of drum motor abnormal  operation, improve the unit reliability, and provide technical reference  for solving similar problems of subsequent units.

Key words: CFI; Medium and low speed motor running at the same time;  Control logic optimization Analysis on Control Logic Optimization of Drum Screen Motor in Circulating Water Filtration  System of Nuclear Power Plant

1　引言

沿海核電站的機組降溫主要采用過(guò)濾后的海水作為冷源水進(jìn)行降溫冷卻，為保證海水進(jìn)入核電機組后運行過(guò)程中的安全可靠，防止海洋生物對機組供水管道、電機等供水系統的安全運行產(chǎn)生影響，需要采用一套安全可靠的海水過(guò)濾系統，核電站循環(huán)水過(guò)濾系統（CFI）就是該套海水過(guò)濾系統的重要一環(huán)。通過(guò)該系統的運行可以過(guò)濾機組所使用的全部海水，防止海洋生物入侵，有效保證機組冷源水后續過(guò)程的安全使用。

CFI系統由一系列變頻設備，粗、細過(guò)濾設備等組成，其中的細過(guò)濾設備（一次濾網(wǎng)）為鼓形濾網(wǎng)，由中低速電機控制其旋轉速度，是控制方案中的重點(diǎn)。該控制方案是否完善決定著(zhù)能否為機組正常運行提供穩定可靠的冷源水系統。CPR1000系列核電站鼓網(wǎng)中低速電機控制邏輯在長(cháng)期運行中發(fā)現存在中低速電機同時(shí)運行的可能，需要優(yōu)化邏輯，消除這種風(fēng)險，提高系統可靠性，更好地為核電站安全運行保駕護航。

2　CFI系統原控制邏輯

CFI系統分為A、B兩列，如圖1所示，每列鼓網(wǎng)安裝有兩臺低速電機，一臺中高速電機（由變頻器供電，中速供電頻率25Hz，高速供電頻率50Hz），每臺電機與減速箱相連，驅動(dòng)鼓網(wǎng)旋轉。

圖1 循環(huán)水過(guò)濾系統流程圖

CPR1000核電機組中，CFI系統屬于安全相關(guān)系統，其控制邏輯基于安全級DCS平臺實(shí)現。

CFI系統每列鼓網(wǎng)均設有三組壓差液位傳感器，每組傳感器設有H1/H2/H3/H4四個(gè)定值 （H1<H2<H3<H4）。DCS控制系統根據壓差液位傳感器定值的不同，控制對應的中低速電機運行：

（1）正常期間，三組鼓網(wǎng)壓差值均小于H1定值（H1定值0.1mWc）

低速電機驅動(dòng)轉動(dòng)鼓網(wǎng)；

（2）當三組鼓網(wǎng)壓差中任一組壓差值≥H1定值且＜H2定值時(shí)（H2定值0.2mWc）

停運低速電機，啟動(dòng)中速電機模式（變頻器供電頻率25Hz），鼓網(wǎng)切換到中速運行狀態(tài)；

（3）當三組鼓網(wǎng)壓差中任兩組壓差值≥H2定值時(shí)

觸發(fā)高速電機模式，同時(shí)停運中速電機模式（變頻器供電頻率由25Hz切換到50Hz），鼓網(wǎng)切換到高速運行狀態(tài)；

（4）當三組鼓網(wǎng)壓差中任兩組壓差值≥H3定值時(shí)（H3定值0.3mWc）

觸發(fā)H3報警，無(wú)連鎖動(dòng)作，提醒操作員關(guān)注機組狀態(tài)；

（5）當三組鼓網(wǎng)壓差中任兩組壓差值≥H4定值時(shí)（H4定值0.8mWc）

觸發(fā)循環(huán)水系統CRF跳泵指令。

正常情況下，當鼓網(wǎng)水位差出現變化，觸發(fā)水位差H1信號時(shí)，低速電機停運，中速電機啟動(dòng)。中速電機的運行反饋信號將閉鎖低速電機啟動(dòng)指令。即低速電機與中速電機不能同時(shí)運行。但在長(cháng)期運行中，發(fā)現中低速電機控制邏輯存在同時(shí)運行的可能，需要進(jìn)行邏輯優(yōu)化。以A列鼓網(wǎng)為例，低速電機控制邏輯簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 低速電機控制邏輯原理圖

3　CFI中低速電機同時(shí)運行問(wèn)題分析

3.1　現象概述

2018年10月某電站5號機組出現CFI系統B列中、低速電機同時(shí)運行狀態(tài)，20s后觸發(fā)安全級DCS系統電機堵轉保護動(dòng)作，中速電機停止運行。隨后鼓網(wǎng)水位差逐漸升高，在壓差升高大于H1值時(shí)，低速電機自動(dòng)停運，并閉鎖手動(dòng)啟動(dòng)低速電機指令，中高速電機因堵轉保護無(wú)法啟動(dòng)，最終導致CFI鼓網(wǎng)低速、中高速電機全部停運，隨后CFI B列壓差達到H4定值，觸發(fā)循環(huán)水系統相應水泵跳閘保護，影響冷源可靠性，機組被迫開(kāi)始降功率，最終導致影響機組正常運行問(wèn)題。

3.2　問(wèn)題定位

根據CFI鼓網(wǎng)中低速電機控制邏輯，當時(shí)現場(chǎng)鼓網(wǎng)水位差發(fā)生變化，頻繁波動(dòng)，觸發(fā)水位差H1信號，滿(mǎn)足5s延時(shí)后，自動(dòng)停運低速電機，同時(shí)啟動(dòng)中速電機。

鼓網(wǎng)差壓波動(dòng)隨后突然降至H1回差值，鼓網(wǎng)壓差 H1信號被復位。

此時(shí)中速電機啟動(dòng)反饋尚未傳至DCS，低速電機啟動(dòng)條件再次滿(mǎn)足被觸發(fā)，低速電機再次投運，同時(shí)中速電機也已啟動(dòng)?，F場(chǎng)出現中、低速電機同時(shí)運行狀態(tài)。

20s后觸發(fā)電機堵轉保護動(dòng)作，中高速停止運行，安全級DCS系統無(wú)法自動(dòng)復位該故障，在手動(dòng)復位前中高速電機無(wú)法啟動(dòng)。

隨后，鼓網(wǎng)水位差逐漸升高，在壓差升高再次大于H1值時(shí)，低速電機自動(dòng)停運，并閉鎖手動(dòng)啟動(dòng)低速電機指令，此時(shí)，中高速電機因堵轉保護無(wú)法啟動(dòng)。

最終，導致CFI鼓網(wǎng)低速、中高速電機全部停運，CFI B列壓差達到H4定值，觸發(fā)B列循環(huán)水泵跳閘保護，機組被迫開(kāi)始降功率。

通過(guò)事件追溯分析，鼓網(wǎng)中速電機啟動(dòng)后，低速電機連鎖控制條件失效，隨后啟動(dòng)，出現中低速電機同時(shí)運行的現象，是后續事件發(fā)生的原因所在。

3.3　原因分析

低速電機啟動(dòng)條件中連鎖了中高速電機運行反饋信號，但現場(chǎng)實(shí)際運行中，低速電機連鎖控制條件失效，出現上述現象是由以下兩個(gè)因素疊加導致：

（１）現有中高速電機由變頻器控制，其運行反饋通過(guò)頻率建立。電機啟動(dòng)曲線(xiàn)為5Hz/s的線(xiàn)性加速度，中速電機正常運行時(shí)最大允許工作頻率為25Hz，變頻器由0Hz達到最大允許工作頻率25Hz需2.5s。在變頻器由0Hz達到指定工作頻率期間，中速電機運行反饋信號存在滯后現象。中高速電機啟動(dòng)后，變頻器反饋信號的延遲時(shí)間，即低速電機啟動(dòng)連鎖指令失效的時(shí)間。

（2）現場(chǎng)實(shí)際工況復雜，鼓網(wǎng)壓差測量值處于波動(dòng)狀態(tài)，且波動(dòng)范圍相對較大。經(jīng)核實(shí)，現有鼓網(wǎng)壓差H1定值為0.1mWc，復位值為0.095mWc，回差區間僅為0.005mWc。當CFI鼓網(wǎng)差壓信號超過(guò)H1回差區間，將復位H1信號?，F場(chǎng)CFI鼓網(wǎng)壓差H1信號持續時(shí)間剛好5.2s左右，除去H1信號的5s延時(shí)時(shí)間，實(shí)際作用時(shí)間為0.2s，少于中高速電機運行狀態(tài)反饋至DCS的時(shí)間。

綜上，當鼓網(wǎng)水位差出現波動(dòng)，觸發(fā)水位差H1信號又消失的特殊工況下，H1信號時(shí)間過(guò)短，中速電機啟動(dòng)指令發(fā)出，但運行反饋尚未傳至DCS，期間低速電機啟動(dòng)指令未被閉鎖，而鼓網(wǎng)水位差H1信號已復位， 造成控制系統邏輯連鎖條件失效，同時(shí)滿(mǎn)足低速電機啟動(dòng)邏輯，低速電機將再次投運，此時(shí)將會(huì )造成低速電機、中速電機同時(shí)運行，最終影響機組運行，后續邏輯要據此優(yōu)化。

4　CFI系統控制邏輯優(yōu)化

綜合分析CPR1000各核電站CFI系統的運行工況，發(fā)現當前安全級DCS平臺中各基地CFI鼓網(wǎng)電機設備在控制邏輯和參數配置中均存在同樣的問(wèn)題。

考慮到控制邏輯的嚴謹性，結合整個(gè)CFI系統工藝過(guò)程，重新分析梳理邏輯結構、設備運行參數、DCS平臺控制系統運行時(shí)間等內容，做出以下控制邏輯優(yōu)化方案。

（1）在低速電機啟動(dòng)邏輯中進(jìn)行延時(shí)優(yōu)化，即修改A/B列低速電機切換控制邏輯，在低速電機啟動(dòng)信號前，自動(dòng)模式與H1/H2信號連鎖條件后增加后延時(shí)邏輯，以此規避低速電機啟動(dòng)連鎖指令失效的時(shí)間。

延時(shí)時(shí)間設定為3s，設定時(shí)間原因分析如下：

查閱中速電機變頻器資料，發(fā)現啟動(dòng)曲線(xiàn)為5Hz/ s的線(xiàn)性加速度。中速電機正常運行時(shí)最大允許工作頻率為25Hz，變頻器由0Hz達到最大允許工作頻率25Hz需2.5s。2.5s可包括中速電機正常運行任一設定頻率的反饋時(shí)間，疊加DCS控制平臺掃描周期最大值400ms（DCS控制平臺單次掃描周期為200ms，在此考慮到信號反饋周期最大值，按照2個(gè)平臺掃描周期計算），時(shí)間小于3s，因此，3s延時(shí)已經(jīng)能夠充分涵蓋中速電機運行反饋信號的建立所需時(shí)間，選用3s是恰當的。在項目實(shí)施后的長(cháng)期運行中也證明時(shí)間參數是合適的。

（2）配合DCS平臺的參數調整，同時(shí)需要調整鼓網(wǎng)壓差現場(chǎng)儀表測H1信號的回差值，以免回差值過(guò)小影響H1信號頻繁報警。將回差值由原設計值0.095mWc，調整后至0.07mWc，即水位差達到0.07mWc時(shí)復位水位差H1信號。在水位波動(dòng)時(shí)，降低鼓網(wǎng)水位差H1信號觸發(fā)后又立即復位的概率。

優(yōu)化后的控制邏輯中，水位差H1信號觸發(fā)后至少維持3s時(shí)間再送出復位信號，保證中高速電機運行反饋信號先于水位差H1復位信號參與邏輯控制，確保中高速電機啟動(dòng)反饋信號能夠閉鎖低速電機啟動(dòng)指令，優(yōu)化前后的中、低速電機啟動(dòng)時(shí)序如圖3所示。

圖3 中、低速電機啟動(dòng)時(shí)序圖

此方案可實(shí)現中高速電機運行時(shí)閉鎖低速電機啟動(dòng)指令，以消除因水位波動(dòng)而導致中低速電機同時(shí)啟動(dòng) 的風(fēng)險。

5　結論

目前，該優(yōu)化方案已陸續在CPR1000其它14臺機組中實(shí)施，現場(chǎng)經(jīng)長(cháng)期運行反饋良好。

通過(guò)對循環(huán)水過(guò)濾系統鼓網(wǎng)中低速電機同時(shí)運行的異常工況進(jìn)行分析，深入查找問(wèn)題原因，并針對性地提出了設備邏輯優(yōu)化及可靠性提升的優(yōu)化策略。經(jīng)過(guò)對此次優(yōu)化方案的研究，系統優(yōu)化內容能有效避免因參數設置、設備連鎖時(shí)序問(wèn)題導致系統異常的情況，提升設備運行的穩定性。為后續同類(lèi)問(wèn)題的處理明確了方向，提升了設備可靠性，更好地保障了機組的正常運行。

作者簡(jiǎn)介：

趙紅霞（1982-），女，河南人，工程師，學(xué)士，現就職于北京廣利核系統工程有限公司，主要從事在役核電站安全級DCS改造工作。

參考文獻：

[1] 廣東核電培訓中心. 900 MW壓水堆核電站系統與設備[M]. 北京: 原子能出版社, 2005

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年6月刊