某核電機(jī)組主給水泵保護(hù)跳泵邏輯優(yōu)化探討

姚 震，羅吉江

（國(guó)核示范電站責(zé)任有限公司，山東 威海 264300）

0 引言

壓水堆核電機(jī)組的給水泵是給水系統(tǒng)中的重要設(shè)備，主要功能是將除氧器的水進(jìn)行升壓，然后供給蒸汽發(fā)生器[1]。某壓水堆核電每臺(tái)機(jī)組的主給水系統(tǒng)配置3臺(tái)主給水泵，每臺(tái)給水泵能夠傳輸總給水流量的33.3%給水。主給水泵由德國(guó)KSB供貨。

每臺(tái)給水泵均為電動(dòng)定速給水泵，由給水前置泵、主給水泵及減速箱組成；電動(dòng)機(jī)采用雙軸伸結(jié)構(gòu)，主軸伸通過(guò)增速齒輪箱驅(qū)動(dòng)主給水泵，副軸伸直接驅(qū)動(dòng)給水前置泵，每臺(tái)給水泵組共有10個(gè)徑向支持軸承（包括2個(gè)電動(dòng)機(jī)軸承），2個(gè)推力軸承和1個(gè)組合軸承。

每臺(tái)給水泵組配置1套獨(dú)立的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，各軸承均采用強(qiáng)制潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。

機(jī)組正常運(yùn)行期間，3臺(tái)給水泵同時(shí)運(yùn)行，沒(méi)有備用泵，任一給水泵誤跳閘均可能導(dǎo)致機(jī)組RB動(dòng)作，機(jī)組負(fù)荷將降低至70%額定功率運(yùn)行，甚至機(jī)組跳閘；低負(fù)荷運(yùn)行泵跳閘，啟動(dòng)備用泵，備用泵無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，將導(dǎo)致停機(jī)停堆。因此，避免給水泵誤跳閘對(duì)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

1 某核電機(jī)組主給水泵跳閘邏輯存在的問(wèn)題

1.1 某核電機(jī)組主給水泵的保護(hù)類型

某核電機(jī)組主給水泵的保護(hù)跳閘信號(hào)包括以下幾種：

1）給水泵、前置泵軸承座振動(dòng)高。

2）給水泵、前置泵徑向軸承及給水泵組齒輪箱金屬溫度高。

3）給水泵、前置泵止推軸承金屬溫度高。

4）給水泵組電機(jī)軸承金屬、定子繞組溫度高。

5）除氧器液位低低。

6）給水泵進(jìn)口流量低低。

7）給水泵進(jìn)口流量高高。

8）前置泵進(jìn)出口差壓高高。

9）給水泵組稀油站潤(rùn)滑油母管壓力低低。

10）PMS來(lái)跳泵信號(hào)。

1.2 主給水泵保護(hù)邏輯存在的問(wèn)題

1）主給水泵軸承振動(dòng)保護(hù)為單點(diǎn)保護(hù)

在主給水泵軸承座、前置泵軸承座、齒輪箱輸出軸位置分別設(shè)置了振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，振動(dòng)保護(hù)跳閘信號(hào)均采用單點(diǎn)設(shè)置，即任一測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)達(dá)到跳閘值將觸發(fā)主給水泵振動(dòng)大跳閘，存在主給水泵誤跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。

2）主給水泵軸承溫度保護(hù)邏輯采用二取一邏輯

主給水泵軸承為上下兩半的滑動(dòng)軸承，溫度測(cè)溫元件采用熱電阻，每個(gè)支持軸承配置兩個(gè)軸承溫度測(cè)點(diǎn)，均布置在軸承下半部分，兩個(gè)軸承溫度測(cè)點(diǎn)相差60°布置。

主給水泵跳閘邏輯采用了延時(shí)跳閘、溫升速率大于5℃/s的防誤動(dòng)措施，但是跳閘邏輯采用二取一保護(hù)邏輯，即任一軸承溫度達(dá)到跳閘值均觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，在運(yùn)行中存在易導(dǎo)致主給水泵組誤跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。主給水泵軸承溫度保護(hù)邏輯如圖1所示。

2 問(wèn)題分析

2.1 主給水泵軸承振動(dòng)單點(diǎn)保護(hù)

《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》防止熱工保護(hù)失靈部分9.4.3“所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用‘三取二’的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立的原則，確因系統(tǒng)原因測(cè)點(diǎn)數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護(hù)誤動(dòng)措施”。

主給水泵軸承振動(dòng)測(cè)點(diǎn)為1個(gè)，振動(dòng)保護(hù)采用單點(diǎn)保護(hù)，不符合二十五項(xiàng)反措要求，雖然后來(lái)對(duì)振動(dòng)保護(hù)增加了延時(shí)，但是由于振動(dòng)測(cè)點(diǎn)故障概率大，引起振動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的概率也很大。

調(diào)研國(guó)內(nèi)核電機(jī)組給水泵振動(dòng)保護(hù)配置情況，中核的秦山核電、福清核電及三門核電主給水泵未配置振動(dòng)跳閘保護(hù)，僅用于報(bào)警；中廣核的陽(yáng)江核電、紅沿河核電主給水泵也未配置振動(dòng)跳閘保護(hù)，僅用于報(bào)警。

2.2 主給水泵軸承溫度保護(hù)

1）主給水泵軸承溫度測(cè)點(diǎn)多，采用二取一邏輯

某核電機(jī)組每臺(tái)給水泵軸承較多，共有8個(gè)支持軸承，2個(gè)推力軸承（每個(gè)推力軸承配置4個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)）及1個(gè)組合軸承（配置2個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)）；每個(gè)給水泵共有26個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，每個(gè)軸承溫度達(dá)到跳閘值均會(huì)導(dǎo)致給水泵跳閘。給水泵軸承溫度測(cè)點(diǎn)較多，增加了溫度虛假信號(hào)產(chǎn)生的概率。

某核電的給水泵軸承溫度跳泵邏輯雖采用延時(shí)0.5s及溫升率兩項(xiàng)措施進(jìn)行防誤動(dòng)，但是由于用于保護(hù)的溫度測(cè)點(diǎn)較多，且采用二取一保護(hù)邏輯，使給水泵存在一定的誤跳閘風(fēng)險(xiǎn)。

2）電力行業(yè)規(guī)范支持二取二邏輯

電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì)編寫的《火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控》中，關(guān)于單點(diǎn)保護(hù)邏輯的設(shè)計(jì)有以下描述：

為避免單個(gè)部件或設(shè)備故障而造成機(jī)組跳閘，在新機(jī)組邏輯設(shè)計(jì)或運(yùn)行機(jī)組檢修時(shí)，應(yīng)采用容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法，對(duì)運(yùn)行中容易出現(xiàn)故障的設(shè)備、部件和元件，從控制邏輯上進(jìn)行優(yōu)化和完善，通過(guò)預(yù)先設(shè)置的邏輯措施來(lái)避免控制邏輯的失效。

a）通過(guò)增加測(cè)點(diǎn)的方法，將單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)邏輯改為信號(hào)三選二選擇邏輯。

b）無(wú)法實(shí)施a）的，通過(guò)對(duì)單點(diǎn)信號(hào)間的因果關(guān)系研究，加入證實(shí)信號(hào)改為二選二邏輯。

c）無(wú)法實(shí)施a）和b）的單測(cè)點(diǎn)信號(hào)，通過(guò)專題論證，在信號(hào)報(bào)警后能夠通過(guò)人員操作處理、保證設(shè)備安全的前提下可改為報(bào)警。

d）實(shí)施上述措施的同時(shí)，對(duì)進(jìn)入保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)的模擬量信號(hào)，合理設(shè)置變化速率保護(hù)、延時(shí)時(shí)間和縮小量程（提高壞值信號(hào)剔除作用靈敏度）等故障診斷功能，設(shè)置保護(hù)聯(lián)鎖信號(hào)壞值切除與報(bào)警邏輯，減少或消除因接線松動(dòng)、干擾信號(hào)或設(shè)備故障引起的信號(hào)突變而導(dǎo)致的控制對(duì)象異常動(dòng)作[2]。

這一描述為二取二保護(hù)邏輯提供了依據(jù)，對(duì)于有兩個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)的軸承溫度保護(hù)采用二取二保護(hù)邏輯是可行的，并且在核電、火電項(xiàng)目均有成熟的應(yīng)用。對(duì)于重要輔機(jī)的單點(diǎn)溫度測(cè)點(diǎn)，從設(shè)計(jì)思路上采取優(yōu)化措施，在同一軸承上加裝一個(gè)或兩個(gè)溫度元件，改為兩個(gè)溫度元件同時(shí)到跳閘值的“與”關(guān)系，或“三取二”邏輯，以提高輔機(jī)溫度保護(hù)的可靠性[3]。

3）國(guó)內(nèi)核電給水泵溫度保護(hù)邏輯配置調(diào)研

調(diào)研國(guó)內(nèi)核電機(jī)組給水泵軸承溫度保護(hù)配置情況見表1。

表1 國(guó)內(nèi)核電機(jī)組主給水泵軸承溫度、振動(dòng)保護(hù)配置情況Table 1 The bearing temperature and vibration protection configuration of the main feed water pump of the domestic nuclear power plant

從表1可以看出：

① 無(wú)論中核，還是中廣核，對(duì)于溫度為單測(cè)點(diǎn)的，主給水泵軸承溫度僅設(shè)置報(bào)警，沒(méi)有設(shè)置自動(dòng)跳泵保護(hù)邏輯。

② 福清核電1-4號(hào)機(jī)組、嶺澳核電2臺(tái)機(jī)組給水泵原設(shè)計(jì)有軸承溫度保護(hù)跳閘邏輯，后來(lái)因誤動(dòng)而進(jìn)行了優(yōu)化，取消了單點(diǎn)跳泵邏輯，僅用于報(bào)警，軸承溫度高作為手動(dòng)停泵的依據(jù)。

③ 對(duì)于采用二冗余的，軸承溫度保護(hù)邏輯采用二取二，如中廣核的陽(yáng)江核電、中核的田灣5號(hào)、6號(hào)機(jī)組主給水泵。

④ 國(guó)內(nèi)核電機(jī)組常規(guī)島保護(hù)邏輯目前沒(méi)有采用二取一的

目前，國(guó)內(nèi)核電機(jī)組使用上海KSB廠家的電動(dòng)給水泵有秦山二期擴(kuò)建工程、海南昌江核電、防城港1號(hào)、2號(hào)機(jī)組及田灣核電5號(hào)、6號(hào)機(jī)組。其中，秦山二期擴(kuò)建工程給水泵軸承溫度高保護(hù)采用三取二邏輯；海南昌江核電給水泵軸承溫度初期也是單點(diǎn)跳泵邏輯，后來(lái)機(jī)組運(yùn)行中多次出現(xiàn)由于溫度測(cè)點(diǎn)問(wèn)題導(dǎo)致誤跳閘，將給水泵溫度高跳泵邏輯優(yōu)化為軸承溫度與該軸承振動(dòng)測(cè)點(diǎn)組成組合邏輯跳泵；防城港1號(hào)、2號(hào)機(jī)組給水泵廠家提供的溫度測(cè)點(diǎn)也是單點(diǎn)，業(yè)主為防止給水泵誤跳閘，取消了徑向軸承溫度高跳閘邏輯；田灣核電5號(hào)、6號(hào)機(jī)組主給水泵軸承溫度保護(hù)邏輯采用二取二。

3 主給水泵跳閘邏輯優(yōu)化

3.1 主給水泵振動(dòng)保護(hù)優(yōu)化

由于軸承振動(dòng)信號(hào)敏感，受信號(hào)電纜端接方式、接地情況、電磁干擾及探頭安裝等影響，易出現(xiàn)因電磁或機(jī)械原因?qū)鬏斝盘?hào)的影響而觸發(fā)振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，使振動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的幾率增大[4]。為避免因主給水泵軸承振動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)觸發(fā)主給水泵跳閘，取消該振動(dòng)保護(hù)，改為報(bào)警。

3.2 主給水泵軸承溫度保護(hù)優(yōu)化

對(duì)于軸承溫度為二冗余的，保留溫度測(cè)點(diǎn)的溫度變化率和延時(shí)等防誤動(dòng)措施，但是優(yōu)化保護(hù)邏輯為二取二邏輯，可以采用一個(gè)軸承溫度達(dá)到報(bào)警值與上一個(gè)軸承溫度達(dá)到跳閘值則主給水泵溫度保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)兩個(gè)冗余的溫度測(cè)點(diǎn)有一個(gè)出現(xiàn)故障則應(yīng)將該點(diǎn)剔除，保護(hù)邏輯變?yōu)閹P模塊的單點(diǎn)保護(hù)。

4 結(jié)論

主給水泵作為核電機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性直接影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過(guò)以上的分析可以得出如下結(jié)論：

1）為防止因振動(dòng)測(cè)點(diǎn)異常等引起的振動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，取消主給水泵振動(dòng)保護(hù)跳閘，改為報(bào)警。

2）借鑒中核、中廣核的設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在溫度測(cè)點(diǎn)無(wú)法增加的情況下，為降低給水泵誤跳閘引起的機(jī)組異常降功率乃至非停的風(fēng)險(xiǎn)，將主給水泵軸承溫度跳閘保護(hù)邏輯優(yōu)化為二取二。