福清核電給水泵系統(tǒng)運(yùn)行和控制邏輯優(yōu)化分析

谷 鐵，吳忠航，張美強(qiáng)，朱克勤

（1.福建福清核電有限公司，福建福清 350300；2.上海健康醫(yī)學(xué)院，上海 201318）

1 主給水泵運(yùn)行異常的處理措施和運(yùn)行操作優(yōu)化

1.1 入口閥在系統(tǒng)調(diào)試過程中的異常

福清核電主給水泵入口閥APA100VL（A泵）/200VL（B泵）/300VL（C泵）采用蝶閥，蝶閥所在的入口管路無旁路管線和旁路閥。在除氧器處于熱態(tài)帶壓時，主給水泵檢修后的充水過程中，主給水泵入口蝶閥多次出現(xiàn)閥門前后壓力過大，導(dǎo)致入口蝶閥無法開啟，無法對主給水泵進(jìn)行充水的情況出現(xiàn)（圖1）。

圖1 主給水泵流程

運(yùn)行操作優(yōu)化:通過研究和實(shí)踐，針對除氧器處于熱態(tài)帶壓時的主給水泵檢修后的充水排氣進(jìn)行了運(yùn)行優(yōu)化，編制了檢修后主給水充水排氣的典操。主要思路:通過開再循環(huán)閥門引壓（逆向引壓，存在泵反轉(zhuǎn)風(fēng)險），平衡進(jìn)口閥門前后壓差后，再開進(jìn)口閥門，進(jìn)行充水排氣在線。

主要步驟如下:①確認(rèn)主給水泵疏水閥關(guān)閉；②確認(rèn)主給水泵再循環(huán)管路上的再循環(huán)電動隔離閥、再循環(huán)調(diào)閥、手動隔離閥關(guān)閉；③打開手動隔離閥關(guān)閉；④考慮再循環(huán)調(diào)閥一般存在內(nèi)漏不嚴(yán)密，現(xiàn)場將再循環(huán)電動隔離閥置于就地位置，手動緩慢開電動隔離閥進(jìn)行充水排氣，密切監(jiān)視除氧器壓力和水位，以及主給水泵反轉(zhuǎn)信號，出現(xiàn)反轉(zhuǎn)或是除氧器壓力水位大的波動時，立即回關(guān)閥門；⑤在電動隔離閥全開后，將閥門置于遠(yuǎn)程；⑥然后主控手動緩慢開啟再循環(huán)調(diào)閥進(jìn)行緩慢充壓；⑦當(dāng)給水泵入口壓力表讀數(shù)與除氧器壓力基本一致（前置泵入口壓力達(dá)到約等于除氧器壓力+高度差（約0.2 MPa））時，則可以開啟主給水泵入口蝶閥進(jìn)行充水排氣。

經(jīng)過多次實(shí)踐驗(yàn)證通過再循環(huán)管路引壓，平衡主給水泵入口蝶閥前后壓差后，開主給水泵入口蝶閥充水排氣的方法有效可行，實(shí)際操作中也可以避免給水泵反轉(zhuǎn)情況的出現(xiàn)。

1.2 主給水泵B泵組壓力級泵驅(qū)動端軸密封水流向反向問題

在主給水泵調(diào)試試驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)B泵軸密封水流向反向，導(dǎo)致軸封出水溫度計(jì)比A，C泵軸封出水溫度都低很多，B泵軸封出水溫度APA204MT沒問題，故懷疑內(nèi)部軸密封水管接反導(dǎo)致軸密封水流向反向。

壓力泵軸密封水正常流程:先經(jīng)過溫度計(jì)APA204MT（測量泵軸封出水溫度），再經(jīng)過冷卻器APA203RF，再經(jīng)過Y形過濾器APA207FI（或208FI）返回泵。

泵軸密封水管布置反向后導(dǎo)致流向反向:變成了先經(jīng)過溫度計(jì)Y形過濾器APA207FI（或208FI），再經(jīng)過冷卻器APA203RF，再經(jīng)過1APA204MT（流向反向后此時測量的就不再是泵軸封出水溫度，而是進(jìn)水溫度）。軸密封水反向?qū)?dǎo)致產(chǎn)生如下問題。

（1）Y形過濾器要實(shí)現(xiàn)過濾功能是有流向限制的（圖2）。泵軸密封水流動方向反向，這將導(dǎo)致Y形濾網(wǎng)無法正常工作。使得水中雜質(zhì)在濾網(wǎng)外，而非在濾網(wǎng)內(nèi)，由于Y形濾網(wǎng)位置比軸封高，泵停運(yùn)時雜質(zhì)有返回到軸封的可能，泵運(yùn)行時雜質(zhì)可能引起軸封磨損，損壞軸封。

（2）溫度計(jì)APA204MT本來測量泵軸密封水出水溫度。流向反向后，APA204MT現(xiàn)場測量的不再是泵軸封出水溫度，而是進(jìn)水溫度。不能真實(shí)的反映泵軸封處的溫度。當(dāng)實(shí)際的軸封溫度升高到要損壞軸封時，APA204MT卻不能反饋實(shí)際情況。不能為操作員提供真實(shí)可靠的參考信息。根據(jù)最新的報警規(guī)程中報警卡和模擬圖，給水泵傳動端軸封出水溫度APA204MT升高到100℃時，是需要手動跳閘給水泵的。流向反向后，給水泵傳動端軸封出水溫度真實(shí)溫度升高到100℃甚至更高時，由于APA204MT變成了冷卻器后軸封水溫度可能還遠(yuǎn)沒達(dá)到手動跳泵值。這可能造成操作員誤判，導(dǎo)致泵軸封溫度高損壞的可能。

圖2 Y形過濾器流向

（3）由于APA的3臺前置泵和3臺壓力級泵自由端、傳動端均設(shè)置有軸密封水管線，單個的APA202PO的軸密封水流向反向和其他的不一致，“出水”變成了“入水”，將存在在運(yùn)行操作或維修工作的隔離操作的過程也有出現(xiàn)誤操作、誤隔離、誤維修對象設(shè)備的可能。

經(jīng)與廠家說明軸密封水流向反向的后果后，得到廠家的認(rèn)同，協(xié)調(diào)后廠家來人進(jìn)行處理更正。

運(yùn)行優(yōu)化:針對軸密封水管線管徑小、易被堵塞，Y形濾網(wǎng)在機(jī)組調(diào)試階段因水質(zhì)差，多次出現(xiàn)不同程度堵塞情況，導(dǎo)致軸密封水回路溫度升高，危機(jī)軸密封。目前日常運(yùn)行巡檢表要求當(dāng)軸密封回路溫度上升到65℃時，即開始切換Y形過濾器，對被堵塞的Y形過濾器進(jìn)行清洗。

2 主給水泵控制邏輯缺陷問題和邏輯優(yōu)化分析

2.1 給水泵跳閘邏輯存在的“單一跳泵”問題的邏輯優(yōu)化

2.1.1 調(diào)試過程中給水泵跳閘邏輯存在的“單一跳泵”問題

調(diào)試過程時，主給水泵原設(shè)計(jì)的自動跳泵信號:①給水泵或前置泵軸封出水溫度高高（一取一）；②給水泵或前置泵軸承溫度高高（一取一）；③給水泵液力耦合器工作油溫度高高（一取一）；④給水泵電機(jī)線圈溫度高高（一取一）；⑤給水泵耦合器輸入軸或輸出軸軸承X向振動高高（一取一）；⑥給水泵潤滑油壓力<0.08 MPa（三取二）；⑦給水泵或前置泵軸向位移超限（一取一）；⑧除氧器水位低低（三取二）；⑨給水泵運(yùn)行且給水泵轉(zhuǎn)速>3950 r/min，同時給水泵出口壓力低；⑩來自反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的跳泵信號:安注或蒸汽發(fā)生器水位高高。

APA設(shè)備本體的跳機(jī)信號主要分為軸承溫度高高、繞組溫度高高、軸承振動高高、軸密封水溫度高高、泵軸軸向位移高高5類。福建福清核電有限公司APA設(shè)備本體保護(hù)信號共有38個，任一傳感器高高報將會導(dǎo)致自動跳機(jī)（表1）。各核電廠給水泵本體保護(hù)邏輯對比情況見表2。

各核電廠的APA跳泵保護(hù)邏輯可以大致分為4類:任一報警信號均導(dǎo)致跳機(jī)，如福清；②部分報警信號三取二后跳機(jī)，如二擴(kuò)和田灣；報警信號不會導(dǎo)致跳機(jī)，如一期、三期；部分報警信號三取二后跳機(jī)，推力軸承溫度報警信號二取二后跳機(jī)，如嶺澳。

表1 APA設(shè)備本體保護(hù)信號數(shù)量 個

表2 各核電廠給水泵本體保護(hù)邏輯對比情況

參考電廠APA泵本體保護(hù)在設(shè)計(jì)階段也曾存在單一報警跳泵邏輯，前期經(jīng)過業(yè)主推動，對于徑向溫度高、電機(jī)繞組溫度、工作油回油溫度，出口壓力低等單一跳泵邏輯進(jìn)行優(yōu)化，在商運(yùn)后后上述信號僅產(chǎn)生報警，而不會自動跳泵。對于單一推力瓦溫度溫度高高泵跳泵邏輯，因廠家不同意而未進(jìn)行更改，導(dǎo)致2011年12月16日出現(xiàn)因?yàn)橥屏ν邷囟忍筋^擾動導(dǎo)致誤跳泵的事件。

當(dāng)發(fā)生接地故障、接線松動、傳感器故障、板卡故障時，會發(fā)生信號擾動現(xiàn)象。考慮到參考電廠四號機(jī)商運(yùn)半年不到便出現(xiàn)因?yàn)閱我粶囟刃盘枖_動導(dǎo)致誤跳泵事件發(fā)生，說明信號發(fā)生擾動導(dǎo)致跳泵的概率較大。

參考電廠采取的措施:為了避免后續(xù)繼續(xù)出現(xiàn)單一溫度探頭擾動導(dǎo)致誤跳泵的事件，決定在推力瓦處增加冗余探頭，高高報二取二后自動跳機(jī)，從而降低傳感器擾動導(dǎo)致誤跳泵的概率。并且對于APA的單一傳感器跳泵保護(hù)邏輯進(jìn)行檢查，除保留潤滑油壓力低跳泵這一單體跳泵保護(hù)邏輯外，其余均改為報警后者是二取二信號跳機(jī)。

2.1.2 主給水泵跳閘信號優(yōu)化變更后的邏輯

與參考電廠相比，福建福清核電有限公司APA泵單一跳泵信號更多（APA共有38個單一跳泵信號，參考電廠2011年12月前共有11個單一跳泵信號），為避免誤跳泵給蒸發(fā)器水位控制、機(jī)組正常運(yùn)行帶來不可掌控的風(fēng)險。經(jīng)商討后，對自動跳泵邏輯進(jìn)行了變更。

變更后的給水泵自動跳閘邏輯（以A泵為例）:

（1）給水泵潤滑油壓力低低（AGM101SP1、102SP1和104SP1，3 取 2<0.08 MPa）。

（2）除氧器水位低低（ADG001MN、002 MN、003 MN ，3取2<-850 mm）。

（3）給水前置泵進(jìn)口閥全關(guān)（一取一）。

（4）給水泵A運(yùn)行且轉(zhuǎn)速大于3950 r/min，延遲20 s，給水泵出口壓力低（<4.5 MPa.g）。

（5）給水前置泵A推力軸承內(nèi)側(cè)或外側(cè)溫度-2（SPARE）高高（≥105 ℃）。

（6）給水泵A推力軸承內(nèi)側(cè)或外側(cè)溫度-2（SPARE）高高（≥105℃）。

（7）給水泵 A電機(jī)U相線圈溫度-1（118MT）高高（≥155℃）&給水泵A電機(jī)U相線圈溫度-2（119MT）高高（≥155℃）（即電機(jī)U線圈溫度二取二跳閘給水泵）（注:單個溫度高高建議手動停泵）。

（8） 給水泵A電機(jī)V相線圈溫度-1（120MT）高高（≥155 ℃）&給水泵A電機(jī)V相線圈溫度-2（121MT）高高（≥155℃）（即電機(jī)V線圈溫度二取二跳閘給水泵）（注:單個溫度高高建議手動停泵）。

（9）給水泵A電機(jī)W相線圈溫度-1（122MT）高高（≥155℃）&給水泵A電機(jī)W相線圈溫度-2（123MT）高高（≥155℃）（即電機(jī)W線圈溫度二取二跳閘給水泵）（注:單個溫度高高建議手動停泵）。

（10）給水前置泵A軸向位移超限（>+260 μm）&給水前置泵A推力軸承內(nèi)側(cè)溫度-1高高。

（11）給水前置泵A軸向位移超限（<-670 μm）&給水前置泵A推力軸承外側(cè)溫度-1高高。

（12）給水泵A軸向位移超限(>+260 μm)&給水泵A推力軸承內(nèi)側(cè)溫度-1高高。

（13）給水泵A軸向位移超限(<-670 μm)&給水泵A推力軸承外側(cè)溫度-1高高。

（14）安注信號。

（15）P14信號。

對電機(jī)線圈溫度高高改為各相二取二自動跳泵，軸承振動高高改為報警不跳泵，徑向軸承溫度高高改為手動跳泵信號，軸向位移高高改為軸向位移高高同時對應(yīng)側(cè)的推力軸承溫度-1高高跳泵。給水前置泵和給水泵推力軸承備用的內(nèi)側(cè)溫度-2、外側(cè)溫度-2單一超過高高定值自動跳泵信號。

為保護(hù)給水泵本體，當(dāng)單個的溫度探頭高高時，發(fā)出手動停泵的報警，操作員根據(jù)報警卡提示，核實(shí)報警的真實(shí)性和原因后考慮手動停泵。

2.1.3 尚需要進(jìn)一步邏輯優(yōu)化的情況

針對“給水前置泵進(jìn)口閥關(guān)（一取一）”引起跳泵的問題，考慮修改成:給水前置泵進(jìn)口閥全關(guān)與給水前置泵進(jìn)口壓低“相與”后跳泵。真實(shí)的給水前置泵進(jìn)口閥門關(guān)閉，勢必會引起前置泵入口壓力低出現(xiàn)。通過這樣修改，可以避免給水前置泵進(jìn)口閥門關(guān)限位誤觸發(fā)引起給水泵非預(yù)期誤跳閘的問題。建議修改成圖3所示的邏輯。

2.2 主給水泵跳泵邏輯存在的錯誤及修改

設(shè)計(jì)方在修改跳泵邏輯后，提供了最新的APA系統(tǒng)G版模擬圖（圖4）。在學(xué)習(xí)時發(fā)現(xiàn)，模擬圖中SHT19中序號①和③標(biāo)反，與SHT7中的①和③描述剛好相反:SHT7中SHT19①為給水前置泵A推力軸承外側(cè)溫度-1高高，③為給水前置泵A推力軸承內(nèi)側(cè)溫度-1高高。但是SHT19圖中的SHT7①卻為給水前置泵A推力軸承內(nèi)側(cè)溫度-1高高，SHT7③卻為給水前置泵A推力軸承外側(cè)溫度-1高高。

圖3 給水前置泵進(jìn)口閥關(guān)跳閘主給水泵邏輯優(yōu)化

研究模擬圖發(fā)現(xiàn)，推力軸承溫度高高與自由端軸向位移高高自動跳泵的模擬圖中接線錯誤（圖5中連接所示），導(dǎo)致邏輯變?yōu)?給水前置泵A推力軸承外側(cè)溫度-1高高（>105℃）且給水前置泵A自由端軸向位移>+260 μm，給水前置泵A推力軸承內(nèi)側(cè)溫度-1高高（>105℃）且給水前置泵A自由端軸向位移>-670 μm。這與設(shè)計(jì)的初衷違背:本來前置泵自由端位移向電機(jī)側(cè)（+）位移高高增大時，即軸向電機(jī)側(cè)移動增大，推力軸承內(nèi)側(cè)溫度會相應(yīng)的升高，當(dāng)給水前置泵A自由端軸向位移>+260 μm和給水前置泵A推力軸承內(nèi)側(cè)溫度-1高高出現(xiàn)時，本應(yīng)自動跳泵的邏輯，卻被改變未能跳泵，這將導(dǎo)致泵推力軸承溫度持續(xù)升高而損壞。

B泵、C泵情況類似，經(jīng)過向儀控人員交涉，與設(shè)計(jì)方反饋協(xié)調(diào)，目前已修改為:給水前置泵A推力軸承內(nèi)側(cè)溫度-1高高（>105℃）&給水前置泵A自由端軸向位移>+260 μm，給水前置泵A推力軸承外側(cè)溫度-1高高（>105℃）&給水前置泵A自由端軸向位移>-670 μm。

2.3 啟泵允許邏輯的優(yōu)化分析

2.3.1 當(dāng)前的主給水泵允許啟動邏輯

圖4 APA模擬圖SHT19

主給水泵允許啟動（DUTY）邏輯:①給水泵啟動狀態(tài)正常:給水泵最小流量隔離閥和再循環(huán)閥全開且給水前置泵進(jìn)口閥全開、給水泵不反轉(zhuǎn)；②給水泵出口閥關(guān)；③給水泵轉(zhuǎn)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)在最小轉(zhuǎn)速位置；④給水泵潤滑油壓>0.17 MPa。

主給水泵允許啟動（STANDBY）邏輯:①給水泵啟動狀態(tài)正常:給水泵最小流量隔離閥和再循環(huán)閥全開且給水前置泵進(jìn)口閥全開、給水泵不反轉(zhuǎn)；②給水泵出口閥全開；③給水泵轉(zhuǎn)速自動控制；④給水泵潤滑油壓>0.17 MPa。

2.3.2 主給水泵允許啟動邏輯優(yōu)化分析

（1）考慮到除氧器低液位的影響，不能滿足APA泵的吸入壓頭要求，容易導(dǎo)致給水泵氣蝕損壞，除氧器液位低于-850 mm時，給水泵將自動跳泵。為保護(hù)給水泵，建議增加“除氧器液位要求”的啟泵允許條件，以避免水位不滿足條件時啟泵引起泵損壞。

（2）考慮到給水母管出口回水至凝汽器的閥門ARE090VL的影響:在主給水泵未啟動時，進(jìn)行高壓加熱器系統(tǒng)（AHP）沖洗時，沖洗回水通過閥門ARE090VL回至凝汽器。該閥門開啟條件是主給水泵（APA泵）和啟動給水泵（APD泵）不在運(yùn)行。若APA/APD泵在運(yùn)行時開啟該閥門，給水泵出口高壓水直接注入真空狀態(tài)下的凝氣器，會造成凝氣器損壞。且該閥開啟會造成主給水流量嚴(yán)重分流，導(dǎo)致泵超流量。由于啟動給水泵并不給ARE090VL自動關(guān)閉信號，且主給水泵啟動后因閥門前后壓差太大，也無法關(guān)閉。

因此啟動APA/APD泵之前應(yīng)確認(rèn)ARE090VL處于關(guān)閉狀態(tài)。為保護(hù)凝汽器建議增加“ARE090VL全關(guān)”的啟泵允許條件。考慮以上2個對給水泵安全運(yùn)行的影響后，建議對主給水泵允許啟動邏輯進(jìn)行修改（圖5）。

圖5 APA允許啟動邏輯優(yōu)化

3 結(jié)論

通過對電動主給水泵運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常缺陷進(jìn)行研究分析，提煉日常工作中的良好實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，采取有效的優(yōu)化策略，，編制典操、優(yōu)化日常運(yùn)行巡檢表巡檢項(xiàng)目等優(yōu)化措施。確保避免或是及時處理干預(yù)類似的異常缺陷。針對調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)主給水泵控制邏輯問題，經(jīng)過對邏輯進(jìn)行分析和優(yōu)化，提升主給水泵控制邏輯的合理性，以保障電動給水泵安全穩(wěn)定地運(yùn)行。