CPR1000機(jī)組鼓網(wǎng)中低速電機(jī)同時(shí)停運(yùn)原因分析及解決方案研究

摘要： CPR1000核電機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)置有鼓型旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)（簡(jiǎn)稱鼓網(wǎng)），鼓網(wǎng)由兩臺(tái)低速電機(jī)或一臺(tái)中速電機(jī)或高速電機(jī)控制，當(dāng)鼓網(wǎng)兩側(cè)壓差超過(guò)既定控制閾值后，將啟動(dòng)不同的電機(jī)帶載，以確保電廠的冷源。2018年10月國(guó)內(nèi)某CPR1000核電機(jī)組發(fā)生循環(huán)水系統(tǒng)鼓網(wǎng)中低速電機(jī)同時(shí)停運(yùn)，造成一列循環(huán)水泵因鼓網(wǎng)壓差高而跳閘，機(jī)組降功率至600MWe運(yùn)行。本文對(duì)上述事件的原因進(jìn)行分析，并對(duì)解決措施進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：CPR1000核電機(jī)組 鼓網(wǎng)壓差 中低速電機(jī) 降功率 原因分析

1.問(wèn)題介紹

2018 年10 月國(guó)內(nèi)某核電廠循環(huán)水系統(tǒng)鼓網(wǎng)水位差頻繁波動(dòng)，并觸發(fā)鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)，低速電機(jī)自動(dòng)停運(yùn)，同時(shí)中速電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。隨后鼓網(wǎng)壓差波動(dòng)突然下降，H1 信號(hào)被復(fù)位，低速電機(jī)重新自動(dòng)啟動(dòng)，造成鼓網(wǎng)中低速電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，20s 后觸發(fā)中速電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)動(dòng)作，中速電機(jī)停止運(yùn)行。隨后鼓網(wǎng)水位差逐漸升高，在鼓網(wǎng)達(dá)到H1 值時(shí)，低速電機(jī)自動(dòng)停運(yùn)，并閉鎖手動(dòng)啟動(dòng)低速電機(jī)指令，中速、高速電機(jī)因堵轉(zhuǎn)保護(hù)無(wú)法啟動(dòng)，最終導(dǎo)致鼓網(wǎng)低速、中高速電機(jī)全部停運(yùn)。隨后鼓網(wǎng)壓差達(dá)到H4 值，循泵跳閘，機(jī)組降功率運(yùn)行。

2.原因分析

在設(shè)計(jì)上，中速電機(jī)啟動(dòng)之后將停運(yùn)低速電機(jī)并閉鎖低速電機(jī)啟動(dòng)。如下圖一所示，中速電機(jī)啟動(dòng)后，其運(yùn)行反饋信號(hào)生效，經(jīng)過(guò)取反，使得低速電機(jī)不滿足啟動(dòng)條件，電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。同時(shí)通過(guò)邏輯圖可發(fā)現(xiàn)，在低速電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)不存在。因此，在事發(fā)過(guò)程中，本該存在的信號(hào)中速電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)消失，本該不存在的鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)出現(xiàn)。

鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)的消失在過(guò)程中已有明確表述，鼓網(wǎng)水位頻繁波動(dòng)，表明鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)存在頻繁觸發(fā)和消失情況。因此，只要明確了中速電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)消失的原因即可定位此次事件的根本原因。中速電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)是由電機(jī)運(yùn)行繼電器控制，在電機(jī)啟動(dòng)后，其運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)回路導(dǎo)通，該信號(hào)送往非安全級(jí)DCS系統(tǒng)，然后通訊到安全級(jí)DCS系統(tǒng)參與低速電機(jī)啟?？刂七壿嬤\(yùn)算。信號(hào)消失的常規(guī)故障模式是信號(hào)回路斷開(kāi)或者傳輸路徑開(kāi)路。但在事后的檢查中發(fā)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)反饋的信號(hào)回路和傳輸路徑均完好。說(shuō)明，在事件發(fā)生時(shí)，中速電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)尚未送至安全級(jí)DCS，而此時(shí)鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)因頻繁波動(dòng)而消失，滿足低速電機(jī)啟動(dòng)條件，低速電機(jī)啟動(dòng)。

中速電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)在DCS系統(tǒng)中傳輸時(shí)間很短，包括在安全級(jí)DCS系統(tǒng)和非安全級(jí)DCS系統(tǒng)之間傳輸也不過(guò)1s左右，在1s的時(shí)間內(nèi)，鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)從觸發(fā)到消失，在實(shí)際鼓網(wǎng)液位并無(wú)大幅波動(dòng)的情況下，說(shuō)明此時(shí)鼓壓差在H1閾值附近，同時(shí)其回差設(shè)置偏小，導(dǎo)致在液位波動(dòng)的情況下極容易恢復(fù)。

綜上所述，此次事件的根本原因是：鼓網(wǎng)低速電機(jī)啟?？刂拼嬖谠O(shè)計(jì)缺陷，在鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)閾值設(shè)置偏小且鼓網(wǎng)液位存在波動(dòng)的情況下，在安全級(jí)DCS系統(tǒng)接收到中速電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)前，H1信號(hào)已消失，滿足低速電機(jī)啟動(dòng)條件，最終導(dǎo)致中低速電機(jī)同時(shí)停運(yùn)。

3.改進(jìn)分析

1）改進(jìn)整體概述

從事件的根本原因上分析，存在兩個(gè)問(wèn)題需要改進(jìn)。一是鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)回差設(shè)置需增大;二是低速電機(jī)啟動(dòng)控制邏輯需要優(yōu)化。單一解決鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)回差設(shè)置問(wèn)題可以降低事件重發(fā)的概率，需要徹底避免事件重發(fā)需要優(yōu)化低速電機(jī)啟?？刂七壿嫛?/p>

2）改進(jìn)必要性

在CPR1000核電機(jī)組中循環(huán)水系統(tǒng)通過(guò)兩條獨(dú)立的進(jìn)水渠向機(jī)組冷凝器和輔助冷卻水系統(tǒng)提供冷卻水源。循環(huán)水系統(tǒng)鼓網(wǎng)壓差高將導(dǎo)致循環(huán)水泵跳閘，單臺(tái)循環(huán)水泵跳閘機(jī)組需降功率運(yùn)行，兩臺(tái)循環(huán)水泵跳閘將自動(dòng)停機(jī)挺堆。故任何導(dǎo)致循環(huán)水泵停運(yùn)的問(wèn)題都將直接影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)對(duì)核安全造成威脅，所以對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證電廠經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)更是有利于機(jī)組的和安全。

3）改進(jìn)方案

（1）鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)回差修改

目前鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)定值為0.1mWC，其回差設(shè)計(jì)值為0.095mWC，回差區(qū)間僅為0.005mWC。該回差區(qū)間較小，在鼓網(wǎng)水位差波動(dòng)時(shí)，極容易造成鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)頻繁觸發(fā)后又立即消失，根據(jù)鼓網(wǎng)低速電機(jī)自動(dòng)控制邏輯，可能造成中低速電機(jī)同時(shí)停運(yùn)，最終導(dǎo)致循環(huán)水泵跳閘。改造方案增大鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)回差區(qū)間，考慮到該回差值修改不能對(duì)低速電機(jī)的正常啟動(dòng)造成影響，所以該區(qū)間設(shè)置應(yīng)以0.005mWC回差值的4～6倍為宜，具體設(shè)定值可根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況做不同設(shè)置。修改回差值后，可有效降低中低速電機(jī)同時(shí)停運(yùn)的概率。

（2）低速電機(jī)控制邏輯優(yōu)化

從事件根本原因上看，鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)短時(shí)間的觸發(fā)和消失是造成中速電機(jī)啟動(dòng)而低速電機(jī)停運(yùn)后再啟動(dòng)的根本原因。從鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)短時(shí)間的觸發(fā)和消失從性質(zhì)上看是系統(tǒng)的擾動(dòng)，此種擾動(dòng)是實(shí)際工藝和環(huán)境決定的，要改變需要耗費(fèi)極大的資源，同時(shí)改進(jìn)的效果也不確定。在確定此種情況為系統(tǒng)正常擾動(dòng)，而且對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有較大安全隱患的，可以通過(guò)消除擾動(dòng)的方式解決。在DCS系統(tǒng)中常用的方案即為增加延時(shí)模塊，以消除系統(tǒng)擾動(dòng)帶來(lái)的影響。

從機(jī)組安全考慮，不論鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)觸發(fā)時(shí)間長(zhǎng)短，信號(hào)是否為擾動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)中速電機(jī)是對(duì)機(jī)組有利的，是偏安全的設(shè)置。即在保證鼓網(wǎng)壓差信號(hào)觸發(fā)后不立即消失，則可避免中低速電機(jī)同時(shí)停運(yùn)。此種情況下，在延時(shí)模塊的選擇上應(yīng)該選擇后延時(shí)模塊，即在鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)觸發(fā)后，無(wú)論其長(zhǎng)短，都將其保位一段時(shí)間，在安全級(jí)DCS收到中速電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)后復(fù)位，則可閉鎖低速電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)達(dá)到避免中低速電機(jī)同時(shí)停運(yùn)的目的。

關(guān)于后延時(shí)模塊延時(shí)時(shí)長(zhǎng)設(shè)定的問(wèn)題需要根據(jù)實(shí)際情況分析而定。例如，中速電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)通過(guò)變頻器輸出頻率建立，中速電機(jī)的工作頻率為25Hz，變頻器從0Hz 達(dá)到中速電機(jī)工作頻率需2.3s左右，疊加兩次DCS掃描周期400ms，以及系統(tǒng)容錯(cuò)的余量時(shí)間，總時(shí)間小于3s，故將后延時(shí)時(shí)間設(shè)置為3s即可滿足要求。優(yōu)化后的低速電機(jī)控制邏輯如下圖2所示：

4.結(jié)論

通過(guò)鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)回差的增加，可以有效降低中低速電機(jī)同時(shí)停運(yùn)的概率;通過(guò)增加后延時(shí)模塊，可以有效抑制系統(tǒng)擾動(dòng)帶來(lái)的影響，可以從根本上解決鼓網(wǎng)壓差H1信號(hào)擾動(dòng)造成中低速電機(jī)同時(shí)停運(yùn)的問(wèn)題。提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證了核電廠的經(jīng)濟(jì)效益，更保證了核電廠的和安全。

5.參考文獻(xiàn)

《核動(dòng)力廠基于計(jì)算機(jī)的安全重要系統(tǒng)軟件》HAD102-16-2004

《核電廠安全系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件》EJ-T1058-1998

《核電廠安全系統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)準(zhǔn)則》IEEE7-4.3.2-2003

《CPR1000機(jī)組系統(tǒng)與設(shè)備》

6.作者介紹

于明 男 1986年生 儀控系統(tǒng)工程師 主要從事核電廠儀控系統(tǒng)、設(shè)備改造和設(shè)備管理工作。