某核電廠風(fēng)機(jī)自動(dòng)加油控制技術(shù)分析研究與應(yīng)用

李斌　肖峰　張俊　李勇

【摘 要】核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)為整個(gè)核電站核輔助廠房和反應(yīng)堆廠房提供通風(fēng)換氣、加熱、制冷、過濾、負(fù)壓維持等功能，該系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)有自動(dòng)加油器。論文從前期項(xiàng)目采用的控制方案出發(fā)，分析論證該方案的缺陷和不足之處，并針對(duì)這些問題引入高頻振蕩接近開關(guān)的控制方案。運(yùn)行實(shí)踐表明，該方案經(jīng)濟(jì)可靠，實(shí)用性強(qiáng)，能有效保證核電廠核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全，后續(xù)核電項(xiàng)目亦可參考借鑒。

【Abstract】Nuclear auxiliary building ventilation system takes the function of air exchange， heating， cooling， filtrating and keeping negative pressure for the whole nuclear auxiliary building and reactor building. The fan of the system is designed with automatic oiler. Starting from the control scheme adopted in the earlier project， this paper analyzes and proves the defects and shortcomings of the project， and introduces the control scheme of high frequency oscillation approaching switch for these problems. And the operation practice shows that this control project is economically， reliable， and has high practicability， can efficiency ensure the safety of fan. It also has reference value for the future nuclear power project.

【關(guān)鍵詞】核電廠；風(fēng)機(jī)自動(dòng)加油 ；高頻振蕩接近開關(guān)

【Keywords】nuclear power plant； fan automatic refueling； high frequency oscillation approaching switch

【中圖分類號(hào)】F407.23 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）07-0170-03

1 引言

核電廠核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)為整個(gè)核電站最大的通風(fēng)系統(tǒng)，為整個(gè)核電站核輔助廠房和反應(yīng)堆廠房提供通風(fēng)換氣、加熱、制冷、過濾、負(fù)壓維持等功能，在核電站正常運(yùn)行期間或者冷停堆換料期間，該系統(tǒng)持續(xù)處于運(yùn)行狀態(tài)，以維持人員和設(shè)備可接受的環(huán)境。

由于該通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行期間所服務(wù)空間大，設(shè)備多，故該通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量大（共三臺(tái)排風(fēng)機(jī)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)排風(fēng)量約為100000m3/h），電機(jī)配備為6600V三相異步電動(dòng)機(jī)，且在核電站運(yùn)行期間，系統(tǒng)持續(xù)處于運(yùn)行狀態(tài)，無法停運(yùn)設(shè)備給予維護(hù)潤(rùn)滑，故在設(shè)計(jì)時(shí)，該風(fēng)機(jī)配備有自動(dòng)加油器。

某核電廠采用我國(guó)自主品牌的改進(jìn)型先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)路線—CPR1000，為商用核電站。在該核電廠核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)加油控制方案改進(jìn)之前，各核電廠均使用從該風(fēng)機(jī)的上游供電盤柜接電源抽屜反饋信號(hào)作為自動(dòng)加油器啟停信號(hào)的方案。但該方案存在風(fēng)機(jī)上游電氣抽屜在試驗(yàn)位啟動(dòng)而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際未啟動(dòng)時(shí)，電源抽屜動(dòng)作引發(fā)反饋導(dǎo)致自動(dòng)加油器誤動(dòng)作的缺陷。

針對(duì)上述問題，經(jīng)過分析論證，引入高頻振蕩接近開關(guān)控制自動(dòng)加油器啟停，解決風(fēng)機(jī)在試驗(yàn)位動(dòng)作而實(shí)際未啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)加油器動(dòng)作的難題，避免設(shè)備誤動(dòng)作，降低設(shè)備損壞機(jī)率和人身傷害風(fēng)險(xiǎn)。

2 風(fēng)機(jī)自動(dòng)加油器及前期核電廠自動(dòng)加油器控制方案簡(jiǎn)介

風(fēng)機(jī)自動(dòng)加油器安裝于風(fēng)機(jī)房間內(nèi)，由PLC、油泵、潤(rùn)滑油管、潤(rùn)滑油罐等組成，其供電電源為AC220V動(dòng)力電源，PLC內(nèi)部安裝有變壓器，將動(dòng)力電源經(jīng)過變壓器變?yōu)镈C24V和原AC220V電源，DC24V為控制電源，AC220V為油泵動(dòng)力電源，根據(jù)上游送來的風(fēng)機(jī)啟停信號(hào)通過繼電器由經(jīng)過變壓的DC24V控制該油泵的動(dòng)力電源進(jìn)而控制油泵的啟停，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加油器和風(fēng)機(jī)的同步運(yùn)行。

在前期核電廠自動(dòng)加油器控制方案中，該風(fēng)機(jī)的啟停信號(hào)來自風(fēng)機(jī)的上游供電盤柜接電源抽屜反饋信號(hào)送入核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱DCS），經(jīng)過DCS運(yùn)算后發(fā)出信號(hào)至自動(dòng)加油器控制單元（以下簡(jiǎn)稱PLC）控制自動(dòng)加油器啟停（見圖1）：

但采用此方案時(shí)的缺陷在于，當(dāng)風(fēng)機(jī)上游供電盤柜電氣抽屜處于試驗(yàn)位動(dòng)作（即由于試驗(yàn)需要，將電氣盤柜抽屜送入，但未將電氣抽屜控制旋鈕轉(zhuǎn)至WORK位，而是處于TEST位，此時(shí)如有設(shè)備啟動(dòng)命令，電氣抽屜內(nèi)DC110V接觸器會(huì)閉合，抽屜發(fā)出反饋信號(hào)亦為啟動(dòng)狀態(tài)，但是動(dòng)力電源仍未接通，下游工藝設(shè)備依然未真實(shí)啟動(dòng)）時(shí)，電氣抽屜運(yùn)行反饋依然會(huì)送至DCS，DCS根據(jù)反饋信號(hào)將風(fēng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)至自動(dòng)加油器PLC，由于自動(dòng)加油器AC220V一直處于供電狀態(tài)，此時(shí)下游加油器依然會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)加油。即：上游盤柜并未給風(fēng)機(jī)送動(dòng)力電，風(fēng)機(jī)實(shí)際未運(yùn)行，但是此時(shí)自動(dòng)加油器卻啟動(dòng)運(yùn)行。而設(shè)計(jì)中卻要求在風(fēng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)加油器不能運(yùn)行以防止過度潤(rùn)滑造成設(shè)備振動(dòng)高、軸承超溫等設(shè)備損壞。

基于此，迫切的需要設(shè)計(jì)一種自動(dòng)加油器控制方案，使得上游電源處于試驗(yàn)位運(yùn)行時(shí)，下游自動(dòng)加油器能識(shí)別且不能動(dòng)作，以降低設(shè)備損壞的機(jī)率。

3 高頻振蕩接近開關(guān)控制自動(dòng)加油器方案的確定

針對(duì)前期核電廠自動(dòng)加油器控制方案的缺陷，結(jié)合核電廠特殊結(jié)構(gòu)和耐輻照、抗震等要求，通過對(duì)設(shè)備的調(diào)研，確定了引入高頻振蕩接近開關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)加油器的方案。endprint

3.1 設(shè)計(jì)原理

引入高頻振蕩型接近開關(guān)，該接近開關(guān)工作原理為：振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)無金屬目標(biāo)接近該交變磁場(chǎng)時(shí)候，該磁場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度保持穩(wěn)定（見圖2）；當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振（見圖3）。振蕩器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，可觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件（繼電器）。

3.2 技術(shù)方案

基于此原理，在風(fēng)機(jī)出口逆止風(fēng)閥轉(zhuǎn)軸處固定一圓弧形擋板并與振蕩接近開關(guān)保持適當(dāng)距離。由于振蕩器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。

風(fēng)機(jī)的啟停會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出口逆止風(fēng)閥轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而引起圓弧形擋板與接近開關(guān)距離的變化引發(fā)信號(hào)振蕩衰減，即利用高頻振蕩型接近開關(guān)檢測(cè)風(fēng)機(jī)啟停。

將接近開關(guān)的信號(hào)連接至自動(dòng)加油器控制柜繼電器，當(dāng)風(fēng)機(jī)帶電運(yùn)行時(shí)，高頻振蕩型接近開關(guān)檢測(cè)到風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使控制箱內(nèi)達(dá)到繼電器處于動(dòng)作狀態(tài)，自動(dòng)加油器工作；當(dāng)風(fēng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，高頻振蕩型接近開關(guān)檢測(cè)到風(fēng)機(jī)停止，使控制箱內(nèi)的繼電器處于復(fù)位狀態(tài)，加油器停止工作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加油控制。

自動(dòng)加油器電氣控制圖如圖4所示。

4 應(yīng)用效果

創(chuàng)新了該核電廠風(fēng)機(jī)自動(dòng)加油器控制方案，有效解決了前期核電廠自動(dòng)加油器易誤動(dòng)的問題，提高了控制的安全性、可靠性，為推進(jìn)工程建設(shè)做出了積極貢獻(xiàn)。此外，該自動(dòng)加油器控制方案也可作為后續(xù)核電站的參考方案或直接使用。

該方案實(shí)施后，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全、運(yùn)行穩(wěn)定，保障有力，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①本控制方案無須從DCS將上游電源電氣盤柜反饋信號(hào)送至自動(dòng)加油器PLC，解決了電氣盤柜試驗(yàn)位動(dòng)作而導(dǎo)致自動(dòng)加油器運(yùn)行的難題，有效避免了設(shè)備誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。

②與參考電站相比，采用高頻振蕩型接近開關(guān)控制的核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng) 6600V風(fēng)機(jī)自動(dòng)加油方案簡(jiǎn)單，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，控制靈敏，精度高。

③節(jié)約工程成本。節(jié)約控制電纜從電氣廠房11.5m，引至核輔助廠房11.5m的約300m的控制電纜長(zhǎng)度的鋪設(shè)，節(jié)約了托盤的安裝，減少了房間之間的土建開孔及電纜敷設(shè)后孔洞封堵，節(jié)省工程成本。

④該控制方案后續(xù)試驗(yàn)步驟簡(jiǎn)潔快速，設(shè)備調(diào)試時(shí)間短。某核電廠1號(hào)機(jī)該控制設(shè)備在機(jī)組裝料前一周到貨，但設(shè)備安裝調(diào)試測(cè)試簡(jiǎn)潔，未影響機(jī)組裝料。

⑤相關(guān)成果已直接應(yīng)用于某核電廠1/2號(hào)機(jī)，經(jīng)過一個(gè)燃料周期運(yùn)行該控制方法穩(wěn)定、靈敏度高，設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)試工期短，節(jié)省了裝料、臨界及商運(yùn)等調(diào)試工期。

⑥后續(xù)在進(jìn)行風(fēng)機(jī)自動(dòng)加油器控制設(shè)計(jì)時(shí)，可直接使用該控制方案。

5 總結(jié)分析

本方法在理論、實(shí)際試驗(yàn)中均滿足要求，且經(jīng)過某核電廠1號(hào)機(jī)一個(gè)燃料周期的運(yùn)行考驗(yàn)及多次定期試驗(yàn)中驗(yàn)證，均滿足要求，同時(shí)首次有效解決了電氣盤柜試驗(yàn)位動(dòng)作和下游加油器真實(shí)動(dòng)作的矛盾。該控制方案創(chuàng)新點(diǎn)如下：

①利用高頻振蕩開關(guān)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行止回閥動(dòng)作之間距離變化引起信號(hào)衰減振蕩關(guān)系解決了風(fēng)機(jī)自動(dòng)加油器的控制問題，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，本裝置運(yùn)行穩(wěn)定，驗(yàn)證了其可靠性；

②該方法首次從根本上解決了當(dāng)風(fēng)機(jī)上游電氣盤柜處于實(shí)驗(yàn)位動(dòng)作而現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)未動(dòng)作，由電氣盤柜反饋信號(hào)作為自動(dòng)加油器動(dòng)作信號(hào)帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提高了安全性。

③該方法中的控制信號(hào)并不進(jìn)入DCS信號(hào)，相比參考核電站，減少了DCS輸入輸出端口，減小了DCS的復(fù)雜性和煩瑣度，有效地避免了信號(hào)的錯(cuò)亂，提高了工程的經(jīng)濟(jì)性。

④相比將信號(hào)從DCS引至就地自動(dòng)加油器，該方法有效地避免了房間之間的土建開孔和電纜托盤的安裝，節(jié)約了工程成本；

⑤該方法可靠、經(jīng)濟(jì)兼具安全性，有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，該方案適用于后續(xù)國(guó)內(nèi)二代加、三代等不同技術(shù)路線的核電機(jī)組。

6 結(jié)語(yǔ)

該研究實(shí)施前，通過充分研究分析以及多次試驗(yàn)論證，采用了技術(shù)合理可行且經(jīng)濟(jì)安全的自動(dòng)加油器方案，改進(jìn)了在核電風(fēng)機(jī)自動(dòng)加油控制方面的缺陷。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，該控制方案控制靈敏，運(yùn)行穩(wěn)定，方法簡(jiǎn)單可靠，滿足核電廠對(duì)設(shè)備的特殊要求。該控制方案的成功引入及運(yùn)用，節(jié)省了裝料、臨界及商運(yùn)關(guān)鍵路徑調(diào)試工期，同時(shí)節(jié)約土建、安裝等工程成本，可較好地指導(dǎo)后續(xù)機(jī)組的自動(dòng)加油器控制方案的設(shè)計(jì)和調(diào)試啟動(dòng)工作。endprint