核電廠18PA6B型柴油機(jī)燃油輸送泵控制回路研究與優(yōu)化

羅建峰 關(guān)琦

【摘 要】18PA6B型應(yīng)急柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)改進(jìn)型三代壓水堆核電廠。論文針對(duì)該類型柴油發(fā)電機(jī)組燃油系統(tǒng)的燃油輸送泵控制回路進(jìn)行研究，并提出優(yōu)化方案。

【Abstract】The 18PA6B emergency diesel generator set is widely applied in domestic improved pressurized water reactor nuclear power plant of third generation. The control circuit of fuel supply pump of the fuel system of this kind of diesel generating set is studied， and the optimization scheme is put forward.

【關(guān)鍵詞】應(yīng)急柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組；燃油輸送泵；繼電器

【Keywords】 generator set of emergency diesel engine； fuel supply pump； electric relay

【中圖分類號(hào)】TK42 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）09-0159-02

1 引言

核電廠18PA6B型應(yīng)急柴油機(jī)組的燃油貯存在主儲(chǔ)油罐 101BA （安裝在每個(gè)柴油機(jī)廠房基礎(chǔ)-8.6m的凹坑內(nèi)，容量為 320m3）中，能保證柴油發(fā)電機(jī)組在額定功率下連續(xù)可靠地運(yùn)行 7天。日用油箱 102BA 安裝在柴油機(jī)廠房+3.75m層房間內(nèi)，其高度差以實(shí)現(xiàn)在火災(zāi)情況下能使日用油箱通過自然重力排油至 101BA。日用油箱的容量為 8m3，能夠供柴油發(fā)電機(jī)組在 1.1倍額定功率下運(yùn)行 4小時(shí)。

當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，通過電動(dòng)燃油輸送泵 101/102PO 中的一臺(tái)從主儲(chǔ)油罐 101BA連續(xù)地向日用油箱 102BA補(bǔ)油。兩臺(tái)燃油輸送泵101/102PO的輸油能力以及邏輯控制回路完全相同，互為冗余備用，當(dāng)運(yùn)行中的燃油輸送泵故障或出力不足時(shí)，將會(huì)自動(dòng)切換為另一臺(tái)泵運(yùn)行，持續(xù)為日用油箱供油，以提高應(yīng)急柴油機(jī)組的可靠性。

2 燃油輸送泵控制邏輯回路分析

核電廠18PA6B型柴油機(jī)組的邏輯控制回路是以硬接線方式連接，通過繼電器進(jìn)行搭建。102PO控制回路與101PO除使用的繼電器不同外，控制邏輯及接線完全一致。

2.1 燃油輸送泵的啟動(dòng)邏輯

以101PO為例，使燃油輸送泵101PO啟動(dòng)的條件如下：

①輔助系統(tǒng)手動(dòng)模式下，手動(dòng)啟動(dòng)；

②輔助系統(tǒng)自動(dòng)模式下，隨柴油機(jī)啟動(dòng)自動(dòng)啟動(dòng)；

③102PO運(yùn)行故障時(shí)切換至101PO自動(dòng)啟動(dòng)；

④ 101PO啟動(dòng)后的自保持信號(hào)。

2.2 燃油輸送泵的停運(yùn)邏輯

以101PO為例，使燃油輸送泵101PO停運(yùn)的條件如下：

①輔助系統(tǒng)自動(dòng)模式下，跟隨柴油機(jī)停運(yùn)而自動(dòng)停運(yùn)；

②JDT火警信號(hào)使燃油輸送泵停運(yùn)；

③ 柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)泵體產(chǎn)生故障或泵出力不足信號(hào)導(dǎo)致冗余切換運(yùn)行后，自保持停運(yùn)。

2.3 燃油輸送泵的冗余切換邏輯

同樣以101PO為例，當(dāng)輔助系統(tǒng)在自動(dòng)模式，燃油輸送泵選擇旋鈕選擇101PO時(shí)，101PO將隨著柴油機(jī)啟動(dòng)而自動(dòng)啟動(dòng)，啟動(dòng)后如果產(chǎn)生泵冗余切換信號(hào)，將會(huì)使101PO停運(yùn)，102PO啟動(dòng)，冗余切換情況有2種：

情況一：101PO啟動(dòng)后，由前延時(shí)繼電器開始計(jì)時(shí)，38s后一對(duì)延時(shí)節(jié)點(diǎn)閉合，如果這時(shí)日用油箱液位低信號(hào)存在，邏輯上認(rèn)為此時(shí)101PO泵出力不足，將導(dǎo)致燃油供給無(wú)法滿足柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)的消耗，因此產(chǎn)生冗余切泵信號(hào)，使101PO停運(yùn)，切換至102PO運(yùn)行。

情況二：101PO正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生101PO泵故障信號(hào)，此時(shí)直接產(chǎn)生冗余切泵信號(hào)，使101PO停運(yùn)，切換至102PO運(yùn)行。

3 邏輯控制回路存在的缺陷

3.1 冗余切換次數(shù)限制

由于101/102PO的控制邏輯完全相同，101/102PO的冗余切換信號(hào)控制繼電器具有互鎖功能，當(dāng)101PO因冗余切換至102PO運(yùn)行后，冗余切換信號(hào)會(huì)進(jìn)行自保持，同時(shí)會(huì)閉鎖102PO的冗余切換信號(hào)。因此101/102PO的冗余切換功能，只能實(shí)現(xiàn)一次。

3.2 JDT火警信號(hào)產(chǎn)生后失去冗余

當(dāng)出現(xiàn)JDT系統(tǒng)火警信號(hào)，火警信號(hào)將會(huì)分別送至101/102PO控制回路，使兩臺(tái)燃油輸送泵均停運(yùn)。而所有控制繼電器之間的信號(hào)傳遞均使用硬接線連接，火警信號(hào)會(huì)同時(shí)送到兩臺(tái)泵的停運(yùn)控制回路，現(xiàn)有邏輯接線上將使兩個(gè)泵控制回路的冗余切換控制繼電器勵(lì)磁，而由于兩個(gè)冗余切換繼電器存在互鎖關(guān)系，因此兩個(gè)繼電器必然只會(huì)有一個(gè)繼電器勵(lì)磁，將另一個(gè)閉鎖。當(dāng)火警信號(hào)消失后，已經(jīng)勵(lì)磁的冗余切換繼電器將會(huì)實(shí)現(xiàn)自保持。假如原始運(yùn)行的是101PO，101PO的冗余切換繼電器先勵(lì)磁，則火警信號(hào)消失后，重新恢復(fù)啟動(dòng)的燃油輸送泵是由于切換而啟動(dòng)的102PO，101PO保持停運(yùn)。而由于前面提到的冗余切換功能只實(shí)現(xiàn)一次，所以火警信號(hào)出現(xiàn)并消失后，當(dāng)切換后運(yùn)行的泵出現(xiàn)故障等情況時(shí)，燃油輸送泵將可能無(wú)法進(jìn)行冗余切換，降低重要應(yīng)急設(shè)備的可靠性。

3.3 燃油輸送泵切換后造成間隔38S啟停一次

假設(shè)一開始101PO保持運(yùn)行，當(dāng)燃油輸送泵因故障或出力不足時(shí)，101PO停運(yùn)同時(shí)101PO切換繼電器勵(lì)磁，產(chǎn)生冗余切換信號(hào)使102PO啟動(dòng)運(yùn)行。102PO運(yùn)行信號(hào)的延時(shí)繼電器開始計(jì)時(shí)，達(dá)到38S時(shí)，若此時(shí)存在日用油箱液位低信號(hào)，因101PO切換繼電器已經(jīng)勵(lì)磁并閉鎖102PO的切換繼電器，所以，102PO無(wú)法再次切換至101PO運(yùn)行，但該信號(hào)仍會(huì)使102PO停運(yùn)繼電器勵(lì)磁。由于燃油輸送泵的停運(yùn)優(yōu)先級(jí)高于啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)，即102PO會(huì)先進(jìn)行停運(yùn)，后因101PO的冗余切換信號(hào)一直給102PO啟動(dòng)命令，因此將使102PO再次啟動(dòng)。泵停運(yùn)的啟動(dòng)和停運(yùn)同樣存在互鎖關(guān)系，且停運(yùn)優(yōu)先，因此102PO啟動(dòng)后會(huì)再次因?yàn)槿加鸵何徊桓叩男盘?hào)而停運(yùn)，由此陷入邏輯上的循環(huán)，在燃油液位不高信號(hào)未消失的情況下，使得切換后運(yùn)行的燃油輸送泵102PO將會(huì)每隔38S停運(yùn)并再次啟動(dòng)一次。

4 燃油輸送泵控制邏輯回路優(yōu)化方案

針對(duì)當(dāng)前18PA6B型應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的燃油輸送泵邏輯控制回路存在的缺陷，在不做較大改變控制回路邏輯的情況下，提出以下優(yōu)化方案，如圖1所示：

優(yōu)化1： 將燃油輸送泵故障冗余切換的條件與泵出力不足的切換條件進(jìn)行隔離分化，使泵故障冗余切換的條件改為不限制，即任何時(shí)候任一臺(tái)泵產(chǎn)生故障信號(hào)時(shí)，都可以進(jìn)行冗余切換運(yùn)行，不再受次數(shù)限制影響。

優(yōu)化2：原JDT火警信號(hào)控制繼電器設(shè)計(jì)中僅使用2對(duì)節(jié)點(diǎn)，尚有2對(duì)空余。因此在101/102PO控制回路中各引入現(xiàn)有JDT火警信號(hào)繼電器一對(duì)節(jié)點(diǎn)，將火警信號(hào)停運(yùn)泵的邏輯回路與燃油輸送泵切換的控制回路隔離開來(lái)，使燃油泵切換信號(hào)不再因火警信號(hào)影響導(dǎo)致誤觸發(fā)，而失去冗余功能。

優(yōu)化3：如圖1所示，僅通過機(jī)柜內(nèi)的硬接線修改，改變?nèi)哂嗲袚Q控制繼電器相互閉鎖的位置，避免燃油輸送泵切換運(yùn)行后，運(yùn)行38S后液位低信號(hào)存在導(dǎo)致泵每隔38S啟停一次，減少了對(duì)泵本體設(shè)備的損傷。

5 結(jié)論與總結(jié)

通過上述內(nèi)容可知，優(yōu)化方案可以基本解決現(xiàn)有控制邏輯回路存在的缺陷，同時(shí)盡可能的減少對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的改造工作，最終可以實(shí)現(xiàn)提高核電廠應(yīng)急柴油機(jī)組設(shè)備冗余備用的可靠性，減少對(duì)設(shè)備的非必要損傷。