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(guò)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(wú)旁路管線和旁路閥。在除氧器處于熱態(tài)帶壓時(shí)，主給水泵檢修后的充水過(guò)程中，主給水泵入口蝶閥多次出現(xiàn)閥門(mén)前后壓力過(guò)大，導(dǎo)致入口蝶閥無(wú)法開(kāi)啟，無(wú)法對(duì)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(guò)研究和實(shí)踐，針對(duì)除氧器處于熱態(tài)帶壓時(shí)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(guò)開(kāi)再循環(huán)閥門(mén)引壓（逆向引壓，存在泵反轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)），平衡進(jìn)口閥門(mén)前后壓差后，再開(kāi)進(jìn)口閥門(mén)，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(dòng)隔離閥、再循環(huán)調(diào)閥、手動(dòng)隔離閥關(guān)閉；③打開(kāi)手動(dòng)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(chǎng)將再循環(huán)電動(dòng)隔離閥置于就地位置，手動(dòng)緩慢開(kāi)電動(dòng)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(hào)，出現(xiàn)反轉(zhuǎn)或是除氧器壓力水位大的波動(dòng)時(shí)，立即回關(guān)閥門(mén)；⑤在電動(dòng)隔離閥全開(kāi)后，將閥門(mén)置于遠(yuǎn)程；⑥然后主控手動(dòng)緩慢開(kāi)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(shí)，則可以開(kāi)啟主給水泵入口蝶閥進(jìn)行充水排氣。

經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐驗(yàn)證通過(guò)再循環(huán)管路引壓，平衡主給水泵入口蝶閥前后壓差后，開(kāi)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(jí)泵驅(qū)動(dòng)端軸密封水流向反向問(wèn)題

在主給水泵調(diào)試試驗(yàn)的過(guò)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(méi)問(wèn)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(guò)溫度計(jì)APA204MT（測(cè)量泵軸封出水溫度），再經(jīng)過(guò)冷卻器APA203RF，再經(jīng)過(guò)Y 形過(guò)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(guò)溫度計(jì)Y 形過(guò)濾器APA207FI（或208FI），再經(jīng)過(guò)冷卻器APA203RF，再經(jīng)過(guò)1APA204MT（流向反向后此時(shí)測(cè)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(wèn)題。

（1）Y 形過(guò)濾器要實(shí)現(xiàn)過(guò)濾功能是有流向限制的（圖2）。泵軸密封水流動(dòng)方向反向，這將導(dǎo)致Y 形濾網(wǎng)無(wú)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(shí)雜質(zhì)有返回到軸封的可能，泵運(yùn)行時(shí)雜質(zhì)可能引起軸封磨損，損壞軸封。

（2）溫度計(jì)APA204MT 本來(lái)測(cè)量泵軸密封水出水溫度。流向反向后，APA204MT 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(shí)，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(bào)警規(guī)程中報(bào)警卡和模擬圖，給水泵傳動(dòng)端軸封出水溫度APA204MT 升高到100 ℃時(shí)，是需要手動(dòng)跳閘給水泵的。流向反向后，給水泵傳動(dòng)端軸封出水溫度真實(shí)溫度升高到100 ℃甚至更高時(shí)，由于APA204MT 變成了冷卻器后軸封水溫度可能還遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到手動(dòng)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(guò)濾器流向

（3）由于APA 的3 臺(tái)前置泵和3 臺(tái)壓力級(jí)泵自由端、傳動(dòng)端均設(shè)置有軸密封水管線，單個(gè)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(guò)程也有出現(xiàn)誤操作、誤隔離、誤維修對(duì)象設(shè)備的可能。

經(jīng)與廠家說(shuō)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(lái)人進(jìn)行處理更正。

運(yùn)行優(yōu)化：針對(duì)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(shí)，即開(kāi)始切換Y 形過(guò)濾器，對(duì)被堵塞的Y 形過(guò)濾器進(jìn)行清洗。

2 主給水泵控制邏輯缺陷問(wèn)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(wèn)題的邏輯優(yōu)化

2.1.1 調(diào)試過(guò)程中給水泵跳閘邏輯存在的“單一跳泵”問(wèn)題

調(diào)試過(guò)程時(shí)，主給水泵原設(shè)計(jì)的自動(dòng)跳泵信號(hào)：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(dòng)高高（一取一）；⑥給水泵潤(rùn)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(shí)給水泵出口壓力低；⑩來(lái)自反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的跳泵信號(hào)：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(hào)主要分為軸承溫度高高、繞組溫度高高、軸承振動(dòng)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(hào)共有38個(gè)，任一傳感器高高報(bào)將會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)跳機(jī)（表1）。各核電廠給水泵本體保護(hù)邏輯對(duì)比情況見(jiàn)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(bào)警信號(hào)均導(dǎo)致跳機(jī)，如福清；②部分報(bào)警信號(hào)三取二后跳機(jī)，如二擴(kuò)和田灣；報(bào)警信號(hào)不會(huì)導(dǎo)致跳機(jī)，如一期、三期；部分報(bào)警信號(hào)三取二后跳機(jī)，推力軸承溫度報(bào)警信號(hào)二取二后跳機(jī)，如嶺澳。

表1 APA 設(shè)備本體保護(hù)信號(hào)數(shù)量 個(gè)

表2 各核電廠給水泵本體保護(hù)邏輯對(duì)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(bào)警跳泵邏輯，前期經(jīng)過(guò)業(yè)主推動(dòng)，對(duì)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(hào)僅產(chǎn)生報(bào)警，而不會(huì)自動(dòng)跳泵。對(duì)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(dòng)導(dǎo)致誤跳泵的事件。

當(dāng)發(fā)生接地故障、接線松動(dòng)、傳感器故障、板卡故障時(shí)，會(huì)發(fā)生信號(hào)擾動(dòng)現(xiàn)象。考慮到參考電廠四號(hào)機(jī)商運(yùn)半年不到便出現(xiàn)因?yàn)閱我粶囟刃盘?hào)擾動(dòng)導(dǎo)致誤跳泵事件發(fā)生，說(shuō)明信號(hào)發(fā)生擾動(dòng)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(dòng)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(bào)二取二后自動(dòng)跳機(jī)，從而降低傳感器擾動(dòng)導(dǎo)致誤跳泵的概率。并且對(duì)于APA 的單一傳感器跳泵保護(hù)邏輯進(jìn)行檢查，除保留潤(rùn)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(bào)警后者是二取二信號(hào)跳機(jī)。

2.1.2 主給水泵跳閘信號(hào)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(hào)更多（APA 共有38 個(gè)單一跳泵信號(hào)，參考電廠2011 年12月前共有11 個(gè)單一跳泵信號(hào)），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(lái)不可掌控的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)商討后，對(duì)自動(dòng)跳泵邏輯進(jìn)行了變更。

變更后的給水泵自動(dòng)跳閘邏輯（以A 泵為例）：

（1）給水泵潤(rùn)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：?jiǎn)蝹€(gè)溫度高高建議手動(dòng)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：?jiǎn)蝹€(gè)溫度高高建議手動(dòng)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：?jiǎn)蝹€(gè)溫度高高建議手動(dòng)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(hào)。（15）P14 信號(hào)。

對(duì)電機(jī)線圈溫度高高改為各相二取二自動(dòng)跳泵，軸承振動(dòng)高高改為報(bào)警不跳泵，徑向軸承溫度高高改為手動(dòng)跳泵信號(hào)，軸向位移高高改為軸向位移高高同時(shí)對(duì)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(guò)高高定值自動(dòng)跳泵信號(hào)。

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

2.1.3 尚需要進(jìn)一步邏輯優(yōu)化的情況

針對(duì)“給水前置泵進(jìn)口閥關(guān)（一取一）”引起跳泵的問(wèn)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(mén)關(guān)閉，勢(shì)必會(huì)引起前置泵入口壓力低出現(xiàn)。通過(guò)這樣修改，可以避免給水前置泵進(jìn)口閥門(mén)關(guān)限位誤觸發(fā)引起給水泵非預(yù)期誤跳閘的問(wèn)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(cuò)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(shí)發(fā)現(xiàn)，模擬圖中SHT19 中序號(hào)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(dòng)跳泵的模擬圖中接線錯(cuò)誤（圖5 中連接所示），導(dǎo)致邏輯變?yōu)椋航o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(lái)前置泵自由端位移向電機(jī)側(cè)（+）位移高高增大時(shí)，即軸向電機(jī)側(cè)移動(dòng)增大，推力軸承內(nèi)側(cè)溫度會(huì)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(shí)，本應(yīng)自動(dòng)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(guò)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(dòng)邏輯

圖4 APA 模擬圖SHT19

主給水泵允許啟動(dòng)（DUTY）邏輯：①給水泵啟動(dòng)狀態(tài)正常：給水泵最小流量隔離閥和再循環(huán)閥全開(kāi)且給水前置泵進(jìn)口閥全開(kāi)、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(rùn)滑油壓>0.17 MPa。

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

2.3.2 主給水泵允許啟動(dòng)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(shí)，給水泵將自動(dòng)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(shí)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(mén)ARE090VL的影響：在主給水泵未啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)行高壓加熱器系統(tǒng)（AHP）沖洗時(shí)，沖洗回水通過(guò)閥門(mén)ARE090VL 回至凝汽器。該閥門(mén)開(kāi)啟條件是主給水泵（APA 泵）和啟動(dòng)給水泵（APD 泵）不在運(yùn)行。若APA/APD 泵在運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟該閥門(mén)，給水泵出口高壓水直接注入真空狀態(tài)下的凝氣器，會(huì)造成凝氣器損壞。且該閥開(kāi)啟會(huì)造成主給水流量嚴(yán)重分流，導(dǎo)致泵超流量。由于啟動(dòng)給水泵并不給ARE090VL 自動(dòng)關(guān)閉信號(hào)，且主給水泵啟動(dòng)后因閥門(mén)前后壓差太大，也無(wú)法關(guān)閉。

因此啟動(dòng)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(gè)對(duì)給水泵安全運(yùn)行的影響后，建議對(duì)主給水泵允許啟動(dòng)邏輯進(jìn)行修改（圖5）。

圖5 APA 允許啟動(dòng)邏輯優(yōu)化

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)電動(dòng)主給水泵運(yùn)行過(guò)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(shí)處理干預(yù)類似的異常缺陷。針對(duì)調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)主給水泵控制邏輯問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)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(dòng)給水泵安全穩(wěn)定地運(yùn)行。