CPR1000機組鼓網(wǎng)中低速電機同時停運原因分析及解決方案研究

摘要： CPR1000核電機組循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)置有鼓型旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)（簡稱鼓網(wǎng)），鼓網(wǎng)由兩臺低速電機或一臺中速電機或高速電機控制，當(dāng)鼓網(wǎng)兩側(cè)壓差超過既定控制閾值后，將啟動不同的電機帶載，以確保電廠的冷源。2018年10月國內(nèi)某CPR1000核電機組發(fā)生循環(huán)水系統(tǒng)鼓網(wǎng)中低速電機同時停運，造成一列循環(huán)水泵因鼓網(wǎng)壓差高而跳閘，機組降功率至600MWe運行。本文對上述事件的原因進行分析，并對解決措施進行了研究。

關(guān)鍵詞：CPR1000核電機組 鼓網(wǎng)壓差 中低速電機 降功率 原因分析

1. 問題介紹

2018 年10 月國內(nèi)某核電廠循環(huán)水系統(tǒng)鼓網(wǎng)水位差頻繁波動，并觸發(fā)鼓網(wǎng)壓差H1信號，低速電機自動停運，同時中速電機自動啟動。隨后鼓網(wǎng)壓差波動突然下降，H1 信號被復(fù)位，低速電機重新自動啟動，造成鼓網(wǎng)中低速電機同時運行，20s 后觸發(fā)中速電機堵轉(zhuǎn)保護動作，中速電機停止運行。隨后鼓網(wǎng)水位差逐漸升高，在鼓網(wǎng)達到H1 值時，低速電機自動停運，并閉鎖手動啟動低速電機指令，中速、高速電機因堵轉(zhuǎn)保護無法啟動，最終導(dǎo)致鼓網(wǎng)低速、中高速電機全部停運。隨后鼓網(wǎng)壓差達到H4 值，循泵跳閘，機組降功率運行。

2. 原因分析

在設(shè)計上，中速電機啟動之后將停運低速電機并閉鎖低速電機啟動。如下圖一所示，中速電機啟動后，其運行反饋信號生效，經(jīng)過取反，使得低速電機不滿足啟動條件，電機無法啟動。同時通過邏輯圖可發(fā)現(xiàn)，在低速電機啟動時，鼓網(wǎng)壓差H1信號不存在。因此，在事發(fā)過程中，本該存在的信號中速電機運行反饋信號消失，本該不存在的鼓網(wǎng)壓差H1信號出現(xiàn)。

鼓網(wǎng)壓差H1信號的消失在過程中已有明確表述，鼓網(wǎng)水位頻繁波動，表明鼓網(wǎng)壓差H1信號存在頻繁觸發(fā)和消失情況。因此，只要明確了中速電機運行反饋信號消失的原因即可定位此次事件的根本原因。中速電機運行反饋信號是由電機運行繼電器控制，在電機啟動后，其運行狀態(tài)反饋信號回路導(dǎo)通，該信號送往非安全級DCS系統(tǒng)，然后通訊到安全級DCS系統(tǒng)參與低速電機啟停控制邏輯運算。信號消失的常規(guī)故障模式是信號回路斷開或者傳輸路徑開路。但在事后的檢查中發(fā)現(xiàn)電機運行狀態(tài)反饋的信號回路和傳輸路徑均完好。說明，在事件發(fā)生時，中速電機運行反饋信號尚未送至安全級DCS，而此時鼓網(wǎng)壓差H1信號因頻繁波動而消失，滿足低速電機啟動條件，低速電機啟動。

中速電機運行反饋信號在DCS系統(tǒng)中傳輸時間很短，包括在安全級DCS系統(tǒng)和非安全級DCS系統(tǒng)之間傳輸也不過1s左右，在1s的時間內(nèi)，鼓網(wǎng)壓差H1信號從觸發(fā)到消失，在實際鼓網(wǎng)液位并無大幅波動的情況下，說明此時鼓壓差在H1閾值附近，同時其回差設(shè)置偏小，導(dǎo)致在液位波動的情況下極容易恢復(fù)。

綜上所述，此次事件的根本原因是：鼓網(wǎng)低速電機啟停控制存在設(shè)計缺陷，在鼓網(wǎng)壓差H1信號閾值設(shè)置偏小且鼓網(wǎng)液位存在波動的情況下，在安全級DCS系統(tǒng)接收到中速電機運行反饋信號前，H1信號已消失，滿足低速電機啟動條件，最終導(dǎo)致中低速電機同時停運。

3. 改進分析

1） 改進整體概述

從事件的根本原因上分析，存在兩個問題需要改進。一是鼓網(wǎng)壓差H1信號回差設(shè)置需增大;二是低速電機啟動控制邏輯需要優(yōu)化。單一解決鼓網(wǎng)壓差H1信號回差設(shè)置問題可以降低事件重發(fā)的概率，需要徹底避免事件重發(fā)需要優(yōu)化低速電機啟停控制邏輯。

2） 改進必要性

在CPR1000核電機組中循環(huán)水系統(tǒng)通過兩條獨立的進水渠向機組冷凝器和輔助冷卻水系統(tǒng)提供冷卻水源。循環(huán)水系統(tǒng)鼓網(wǎng)壓差高將導(dǎo)致循環(huán)水泵跳閘，單臺循環(huán)水泵跳閘機組需降功率運行，兩臺循環(huán)水泵跳閘將自動停機挺堆。故任何導(dǎo)致循環(huán)水泵停運的問題都將直接影響電廠的經(jīng)濟效益同時對核安全造成威脅，所以對上述問題進行改進，能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證電廠經(jīng)濟效益的同時更是有利于機組的和安全。

3） 改進方案

（1） 鼓網(wǎng)壓差H1信號回差修改

目前鼓網(wǎng)壓差H1信號定值為0.1mWC，其回差設(shè)計值為0.095mWC，回差區(qū)間僅為0.005mWC。該回差區(qū)間較小，在鼓網(wǎng)水位差波動時，極容易造成鼓網(wǎng)壓差H1信號頻繁觸發(fā)后又立即消失，根據(jù)鼓網(wǎng)低速電機自動控制邏輯，可能造成中低速電機同時停運，最終導(dǎo)致循環(huán)水泵跳閘。改造方案增大鼓網(wǎng)壓差H1信號回差區(qū)間，考慮到該回差值修改不能對低速電機的正常啟動造成影響，所以該區(qū)間設(shè)置應(yīng)以0.005mWC回差值的4～6倍為宜，具體設(shè)定值可根據(jù)機組實際情況做不同設(shè)置。修改回差值后，可有效降低中低速電機同時停運的概率。

（2） 低速電機控制邏輯優(yōu)化

從事件根本原因上看，鼓網(wǎng)壓差H1信號短時間的觸發(fā)和消失是造成中速電機啟動而低速電機停運后再啟動的根本原因。從鼓網(wǎng)壓差H1信號短時間的觸發(fā)和消失從性質(zhì)上看是系統(tǒng)的擾動，此種擾動是實際工藝和環(huán)境決定的，要改變需要耗費極大的資源，同時改進的效果也不確定。在確定此種情況為系統(tǒng)正常擾動，而且對系統(tǒng)穩(wěn)定運行有較大安全隱患的，可以通過消除擾動的方式解決。在DCS系統(tǒng)中常用的方案即為增加延時模塊，以消除系統(tǒng)擾動帶來的影響。

從機組安全考慮，不論鼓網(wǎng)壓差H1信號觸發(fā)時間長短，信號是否為擾動，此時啟動中速電機是對機組有利的，是偏安全的設(shè)置。即在保證鼓網(wǎng)壓差信號觸發(fā)后不立即消失，則可避免中低速電機同時停運。此種情況下，在延時模塊的選擇上應(yīng)該選擇后延時模塊，即在鼓網(wǎng)壓差H1信號觸發(fā)后，無論其長短，都將其保位一段時間，在安全級DCS收到中速電機運行反饋信號后復(fù)位，則可閉鎖低速電機啟動，同時達到避免中低速電機同時停運的目的。

關(guān)于后延時模塊延時時長設(shè)定的問題需要根據(jù)實際情況分析而定。例如，中速電機運行反饋信號通過變頻器輸出頻率建立，中速電機的工作頻率為25Hz，變頻器從0Hz 達到中速電機工作頻率需2.3s左右，疊加兩次DCS掃描周期400ms，以及系統(tǒng)容錯的余量時間，總時間小于3s，故將后延時時間設(shè)置為3s即可滿足要求。優(yōu)化后的低速電機控制邏輯如下圖2所示：

4. 結(jié)論

通過鼓網(wǎng)壓差H1信號回差的增加，可以有效降低中低速電機同時停運的概率;通過增加后延時模塊，可以有效抑制系統(tǒng)擾動帶來的影響，可以從根本上解決鼓網(wǎng)壓差H1信號擾動造成中低速電機同時停運的問題。提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證了核電廠的經(jīng)濟效益，更保證了核電廠的和安全。

5. 參考文獻

《核動力廠基于計算機的安全重要系統(tǒng)軟件》HAD102-16-2004

《核電廠安全系統(tǒng)計算機軟件》EJ-T1058-1998

《核電廠安全系統(tǒng)數(shù)字計算機準則》IEEE7-4.3.2-2003

《CPR1000機組系統(tǒng)與設(shè)備》

6. 作者介紹

于明 男 1986年生 儀控系統(tǒng)工程師 主要從事核電廠儀控系統(tǒng)、設(shè)備改造和設(shè)備管理工作。