某核電廠風機自動加油控制技術分析研究與應用

李斌　肖峰　張俊　李勇

【摘 要】核輔助廠房通風系統為整個核電站核輔助廠房和反應堆廠房提供通風換氣、加熱、制冷、過濾、負壓維持等功能，該系統風機設計有自動加油器。論文從前期項目采用的控制方案出發，分析論證該方案的缺陷和不足之處，并針對這些問題引入高頻振蕩接近開關的控制方案。運行實踐表明，該方案經濟可靠，實用性強，能有效保證核電廠核輔助廠房通風系統風機的運行安全，后續核電項目亦可參考借鑒。

【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.

【關鍵詞】核電廠；風機自動加油 ；高頻振蕩接近開關

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

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

1 引言

核電廠核輔助廠房通風系統為整個核電站最大的通風系統，為整個核電站核輔助廠房和反應堆廠房提供通風換氣、加熱、制冷、過濾、負壓維持等功能，在核電站正常運行期間或者冷停堆換料期間，該系統持續處于運行狀態，以維持人員和設備可接受的環境。

由于該通風系統運行期間所服務空間大，設備多，故該通風系統風量大（共三臺排風機，單臺風機排風量約為100000m3/h），電機配備為6600V三相異步電動機，且在核電站運行期間，系統持續處于運行狀態，無法停運設備給予維護潤滑，故在設計時，該風機配備有自動加油器。

某核電廠采用我國自主品牌的改進型先進壓水堆核電技術路線—CPR1000，為商用核電站。在該核電廠核輔助廠房通風系統自動加油控制方案改進之前，各核電廠均使用從該風機的上游供電盤柜接電源抽屜反饋信號作為自動加油器啟停信號的方案。但該方案存在風機上游電氣抽屜在試驗位啟動而現場實際未啟動時，電源抽屜動作引發反饋導致自動加油器誤動作的缺陷。

針對上述問題，經過分析論證，引入高頻振蕩接近開關控制自動加油器啟停，解決風機在試驗位動作而實際未啟動時，自動加油器動作的難題，避免設備誤動作，降低設備損壞機率和人身傷害風險。

2 風機自動加油器及前期核電廠自動加油器控制方案簡介

風機自動加油器安裝于風機房間內，由PLC、油泵、潤滑油管、潤滑油罐等組成，其供電電源為AC220V動力電源，PLC內部安裝有變壓器，將動力電源經過變壓器變為DC24V和原AC220V電源，DC24V為控制電源，AC220V為油泵動力電源，根據上游送來的風機啟停信號通過繼電器由經過變壓的DC24V控制該油泵的動力電源進而控制油泵的啟停，從而實現自動加油器和風機的同步運行。

在前期核電廠自動加油器控制方案中，該風機的啟停信號來自風機的上游供電盤柜接電源抽屜反饋信號送入核電廠數字化儀控系統（以下簡稱DCS），經過DCS運算后發出信號至自動加油器控制單元（以下簡稱PLC）控制自動加油器啟停（見圖1）：

但采用此方案時的缺陷在于，當風機上游供電盤柜電氣抽屜處于試驗位動作（即由于試驗需要，將電氣盤柜抽屜送入，但未將電氣抽屜控制旋鈕轉至WORK位，而是處于TEST位，此時如有設備啟動命令，電氣抽屜內DC110V接觸器會閉合，抽屜發出反饋信號亦為啟動狀態，但是動力電源仍未接通，下游工藝設備依然未真實啟動）時，電氣抽屜運行反饋依然會送至DCS，DCS根據反饋信號將風機啟動信號發至自動加油器PLC，由于自動加油器AC220V一直處于供電狀態，此時下游加油器依然會自動啟動加油。即：上游盤柜并未給風機送動力電，風機實際未運行，但是此時自動加油器卻啟動運行。而設計中卻要求在風機未啟動時，自動加油器不能運行以防止過度潤滑造成設備振動高、軸承超溫等設備損壞。

基于此，迫切的需要設計一種自動加油器控制方案，使得上游電源處于試驗位運行時，下游自動加油器能識別且不能動作，以降低設備損壞的機率。

3 高頻振蕩接近開關控制自動加油器方案的確定

針對前期核電廠自動加油器控制方案的缺陷，結合核電廠特殊結構和耐輻照、抗震等要求，通過對設備的調研，確定了引入高頻振蕩接近開關信號，實現控制自動加油器的方案。endprint

3.1 設計原理

引入高頻振蕩型接近開關，該接近開關工作原理為：振蕩器產生一個交變磁場，當無金屬目標接近該交變磁場時候，該磁場信號強度保持穩定（見圖2）；當金屬目標接近這一磁場并達到感應距離時，在金屬目標內產生渦流，從而導致振蕩衰減，以至停振（見圖3）。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，可觸發驅動控制器件（繼電器）。

3.2 技術方案

基于此原理，在風機出口逆止風閥轉軸處固定一圓弧形擋板并與振蕩接近開關保持適當距離。由于振蕩器會產生一個交變磁場，當金屬目標接近這一磁場并達到感應距離時，在金屬目標內產生渦流，從而導致振蕩衰減，以至停振。

風機的啟停會導致風機出口逆止風閥轉軸的轉動，進而引起圓弧形擋板與接近開關距離的變化引發信號振蕩衰減，即利用高頻振蕩型接近開關檢測風機啟停。

將接近開關的信號連接至自動加油器控制柜繼電器，當風機帶電運行時，高頻振蕩型接近開關檢測到風機轉動，使控制箱內達到繼電器處于動作狀態，自動加油器工作；當風機處于停止狀態，高頻振蕩型接近開關檢測到風機停止，使控制箱內的繼電器處于復位狀態，加油器停止工作，從而實現自動加油控制。

自動加油器電氣控制圖如圖4所示。

4 應用效果

創新了該核電廠風機自動加油器控制方案，有效解決了前期核電廠自動加油器易誤動的問題，提高了控制的安全性、可靠性，為推進工程建設做出了積極貢獻。此外，該自動加油器控制方案也可作為后續核電站的參考方案或直接使用。

該方案實施后，系統經濟安全、運行穩定，保障有力，主要體現在以下幾個方面：

①本控制方案無須從DCS將上游電源電氣盤柜反饋信號送至自動加油器PLC，解決了電氣盤柜試驗位動作而導致自動加油器運行的難題，有效避免了設備誤動作的風險。

②與參考電站相比，采用高頻振蕩型接近開關控制的核輔助廠房通風系統 6600V風機自動加油方案簡單，設備運行穩定、可靠，控制靈敏，精度高。

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

④該控制方案后續試驗步驟簡潔快速，設備調試時間短。某核電廠1號機該控制設備在機組裝料前一周到貨，但設備安裝調試測試簡潔，未影響機組裝料。

⑤相關成果已直接應用于某核電廠1/2號機，經過一個燃料周期運行該控制方法穩定、靈敏度高，設備簡單，調試工期短，節省了裝料、臨界及商運等調試工期。

⑥后續在進行風機自動加油器控制設計時，可直接使用該控制方案。

5 總結分析

本方法在理論、實際試驗中均滿足要求，且經過某核電廠1號機一個燃料周期的運行考驗及多次定期試驗中驗證，均滿足要求，同時首次有效解決了電氣盤柜試驗位動作和下游加油器真實動作的矛盾。該控制方案創新點如下：

①利用高頻振蕩開關和風機運行止回閥動作之間距離變化引起信號衰減振蕩關系解決了風機自動加油器的控制問題，經長時間的運行考驗，本裝置運行穩定，驗證了其可靠性；

②該方法首次從根本上解決了當風機上游電氣盤柜處于實驗位動作而現場電機未動作，由電氣盤柜反饋信號作為自動加油器動作信號帶來的風險，提高了安全性。

③該方法中的控制信號并不進入DCS信號，相比參考核電站，減少了DCS輸入輸出端口，減小了DCS的復雜性和煩瑣度，有效地避免了信號的錯亂，提高了工程的經濟性。

④相比將信號從DCS引至就地自動加油器，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，節約了工程成本；

⑤該方法可靠、經濟兼具安全性，有較高的推廣應用價值，該方案適用于后續國內二代加、三代等不同技術路線的核電機組。

6 結語

該研究實施前，通過充分研究分析以及多次試驗論證，采用了技術合理可行且經濟安全的自動加油器方案，改進了在核電風機自動加油控制方面的缺陷。經實踐驗證，該控制方案控制靈敏，運行穩定，方法簡單可靠，滿足核電廠對設備的特殊要求。該控制方案的成功引入及運用，節省了裝料、臨界及商運關鍵路徑調試工期，同時節約土建、安裝等工程成本，可較好地指導后續機組的自動加油器控制方案的設計和調試啟動工作。endprint