核電廠溫度信號突變的分析與改進

黃耀++王洪濤++熊國華

【摘 要】論文通過對某核電廠溫度信號突變事件分析，提出了采用溫度變化速率報警功能塊等改進措施，防止由于輸入溫度信號突變而影響控制回路自動調(diào)節(jié)的功能。

【Abstract】In this paper， through the analysis of the abrupt change of temperature signal in a nuclear power plant， the improvement measures such as the temperature change rate alarm function block are put forward， to prevent the automatic adjustment function of control loop affected by the abrupt change of input temperature signal.

【關(guān)鍵詞】溫度信號；突變；變化速率報警；改進

【Keywords】Temperature signal；Abrupt change；Change rate alarm；Improvement

【中圖分類號】TK39 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0151-02

1 引言

在核電廠的生產(chǎn)過程中，溫度信號被廣泛用于監(jiān)測系統(tǒng)和設(shè)備的運行狀態(tài)，參與自動調(diào)節(jié)和保護控制，是非常重要的熱工測量參數(shù)。由于現(xiàn)場條件復(fù)雜多變，溫度信號在測量、傳遞或處理過程中可能出現(xiàn)異常突變，這就需要分析具體原因，并采取相應(yīng)措施，避免其帶來不利影響。

2 問題描述

2015.04.27 15：40左右，某核電廠2號機組發(fā)電機定子冷卻水入口溫度傳感器GST001MT數(shù)值在現(xiàn)場溫度基本不變的情況下由44.31℃開始出現(xiàn)小幅下降，15：46：51下降至43.1℃，在1秒后突變?yōu)?8.81℃（如圖1），導(dǎo)致發(fā)電機定子冷卻水流量控制閥GST015VD瞬時全關(guān)，定子冷卻水出口溫度在隨后的二十多分鐘內(nèi)不斷上漲，最高達到了高二報警值80℃以上，接近保護跳機設(shè)定值。而后通過操作員的及時干預(yù)，手動開啟了定子冷卻水流量控制閥GST015VD，定子冷卻水溫度才逐漸穩(wěn)定并回到正常值范圍。經(jīng)維修人員檢查GST001MT就地及DCS板卡端的接線均牢固，熱電阻溫度探頭的絕緣、連續(xù)性檢查等也未發(fā)現(xiàn)異常[1]。維修人員在更換DCS板卡后，GST001MT數(shù)值才恢復(fù)正常。此次事件雖未產(chǎn)生跳機等嚴(yán)重后果，但處理過程卻是驚心動魄。

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圖1 發(fā)電機定子冷卻水入口溫度GST001MT突變

3 原因分析

根據(jù)核電廠現(xiàn)場很多的運行及維修經(jīng)驗分析，大型輔助機械（簡稱輔機）設(shè)備在長期運轉(zhuǎn)過程中，由于機械振動、環(huán)境中的灰塵、含鹽霧的空氣氧化、銹蝕等原因，安裝在其中用于測量溫度的熱電阻可能出現(xiàn)電阻斷絲、接線松脫或接觸不良等情況；或由于潮濕結(jié)露、絕緣老化等原因造成測量回路短路、接地等，或由于信號處理設(shè)備故障、人因故障（如走錯間隔等造成拆、接線錯誤；清潔、巡查等工作誤碰、誤動線路；測量電纜被擠壓、踩踏等）使熱電阻溫度信號測量值不穩(wěn)定，出現(xiàn)異常波動，最終導(dǎo)致保護信號誤發(fā)，輔機設(shè)備誤動，主機停機等[2]。根據(jù)對核電廠現(xiàn)場工作人員的調(diào)查走訪，研究了事發(fā)當(dāng)時的設(shè)備運行情況以及后續(xù)排查故障的過程，分析后認(rèn)為很可能是DCS板卡通道的故障直接導(dǎo)致了發(fā)電機定子冷卻水溫度GST001MT的突變，使得定子冷卻水流量控制閥GST015VD在自動控制模式下根據(jù)PID調(diào)節(jié)發(fā)出的指令執(zhí)行了全關(guān)操作，流經(jīng)發(fā)電機定子的冷卻水流量因此迅速下降，從而引發(fā)定子冷卻水出口溫度不斷上漲[3]。而且由于定子冷卻水溫度的突變?nèi)狈ο鄳?yīng)的報警提醒，運行人員沒能夠盡早發(fā)現(xiàn)異常情況、進行分析、查找直接原因并提前采取相應(yīng)的措施控制事態(tài)的發(fā)展。

經(jīng)查詢系統(tǒng)相關(guān)邏輯圖和DCS組態(tài)圖等資料發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機定子冷卻水出口溫度GST001MT的控制方案為：定子冷卻水入口溫度設(shè)定值為44.5℃，在自動控制模式下，設(shè)定值與GST001MT實際測量值之間經(jīng)過計算偏差，反饋到控制回路中，通過PID調(diào)節(jié)后輸出GST015VD閥門開度指令，控制定子冷卻水流量，最終將GST001MT實際測量值穩(wěn)定在44.5℃附近。以其中一臺機組為例，DCS邏輯組態(tài)如圖2所示：

此邏輯組態(tài)并沒有考慮到發(fā)電機定子冷卻水溫度探頭、端子接線或者DCS板卡故障等原因可能導(dǎo)致測量值發(fā)生突變。在自動控制模式下，隨著PID調(diào)節(jié)， GST015VD將可能出現(xiàn)誤開、關(guān)動作，使發(fā)電機定子冷卻水流量非預(yù)期變化而導(dǎo)致出口溫度產(chǎn)生較大波動，若不及時發(fā)現(xiàn)則很可能出現(xiàn)主機設(shè)備損壞、跳機等事故[4]。

4 改進方案

在DCS邏輯組態(tài)中增加GST001MT信號異常報警，即當(dāng)GST001MT變化速率超過5℃/s或者GST001MT質(zhì)量壞時產(chǎn)生紅色報警，盡早提醒運行人員查找、分析原因，及時采取有效措施應(yīng)對。

新增DCS邏輯組態(tài)如圖3所示：

同時據(jù)此增加相應(yīng)的報警點數(shù)據(jù)庫，如表1所示：

5 結(jié)論

上述改進方案在某核電廠1、2號機組現(xiàn)場實施后，經(jīng)過一個換料周期的運行檢驗，再沒有發(fā)生溫度異常突變而導(dǎo)致設(shè)備誤動或拒動的情況。由于電廠其他很多模擬量控制回路都與此有相似之處，因此后續(xù)可考慮將改進經(jīng)驗應(yīng)用于這些地方[5]。

通過分析核電廠溫度信號突變的原因與DCS邏輯組態(tài)的特點，采用增加溫度變化速率報警的設(shè)置，對電廠溫度信號控制回路進行優(yōu)化設(shè)計，提高了PID調(diào)節(jié)和自動控制的可靠性，降低了設(shè)備誤動作的風(fēng)險，有利于核電機組長期安全穩(wěn)定運行。

【參考文獻】

【1】朱北恒，尹峰，孫耘，等.火電廠熱控系統(tǒng)的容錯設(shè)計[J].浙江電力，2007（5）：1-3.

【2】單戰(zhàn)虎.核電站鉑熱電阻測量性能影響因素分析[J].化工自動化及儀表，2013（9）：1150-1154.

【3】李峰，李奕鋼.INFI-90系統(tǒng)熱電阻信號保護邏輯的改造[J].中國儀器儀表，2007（4）：75-77.

【4】楊洪波，吳煥云，李振鵬.電動給水泵軸承溫度保護邏輯方案研究[J].科技資訊，2015（19）：53-54.

【5】電力行業(yè)熱工自動化技術(shù)委員會編.火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控[M].第1版.北京：中國電力出版社，2010.endprint