核電廠非放射性排水地坑液位控制系統(tǒng)改造

龍鑫閣，吳海燕，張瀚文，許鄭杰

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

非放射性排水系統(tǒng)的目的是用于收集和排放汽輪機廠房、輔助廠房、海水泵房和水處理廠等區(qū)域的廢水。廢水由位于各廠房底部的地坑進(jìn)行收集以后，泵排到廠房外，按不同的廢水來源進(jìn)行集中，在經(jīng)過物理處理或化學(xué)處理后再排往大海。

1 地坑液位控制系統(tǒng)存在的問題

地坑液位的自動控制主要由機械式液位開關(guān)來完成，這種控制方式在目前看來已經(jīng)比較落后，隨著安裝于現(xiàn)場的年限增加，其故障率也在逐年上升，主要存在以下問題：

1）機械式液位開關(guān)故障率高。該類型的液位開關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)故障，導(dǎo)致液位控制失效，使地坑排水泵不能按照控制要求及時啟動進(jìn)行排水，致使地坑溢水，有導(dǎo)致地坑周圍設(shè)備受淹的風(fēng)險。

2）液位開關(guān)浮球在故障損壞后不能進(jìn)行修復(fù)，只能進(jìn)行更換處理，維護(hù)成本高，增加生產(chǎn)成本。

3）機械式液位開關(guān)控制精度差，在液位出現(xiàn)較大波動時，容易造成排水泵的頻繁啟停，可能造成設(shè)備損壞，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

4）機械浮球、雙觸點可切換式液位開關(guān)，目前廠家已停產(chǎn)，后續(xù)備件采購難度較大，難以滿足后續(xù)系統(tǒng)的消缺維護(hù)要求。

在對地坑控制系統(tǒng)故障分析過程中發(fā)現(xiàn)，由于控制系統(tǒng)故障，有導(dǎo)致廠房底層積水的風(fēng)險。如廠房底層積水達(dá)到305mm，將會觸發(fā)安裝于廠房底層的水淹沒液位開關(guān)，使機組保護(hù)信號動作，有導(dǎo)致機組停機、停堆的重大風(fēng)險。綜上所述，對地坑液位控制系統(tǒng)進(jìn)行改造刻不容緩。

2 地坑液位控制系統(tǒng)改造設(shè)計

地坑液位控制系統(tǒng)改造，將對原控制設(shè)備機械浮球、雙觸點可切換式液位開關(guān)進(jìn)行拆除更換，改造成以PLC為中心，導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器為測量設(shè)備的控制系統(tǒng)，并對系統(tǒng)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化。系統(tǒng)正常運行時，由導(dǎo)波雷達(dá)變送器對地坑液位進(jìn)行測量，轉(zhuǎn)化為4mA～20mA模擬量傳送給模擬量輸入卡件，再通過PLC的內(nèi)部運算輸出控制信號，控制潛水泵啟停，實現(xiàn)對地坑液位的自動控制。改造時保留原控制系統(tǒng)中的獨立浮子/上下可動式液位開關(guān)供液位報警使用。

“凡你們的耳，只聽金鼓，眼只看旗幟，夜看高招雙燈，如某色旗豎起點動，便是某營兵收拾，聽候號頭行營出戰(zhàn)。不許聽人口說的言語擅起擅動；若旗幟金鼓不動，就是主將口說要如何，也不許依從；就是天神來口說要如何，也不許依從，只是一味看旗鼓號令。”易平安讀完這段，忍不住嘆了口氣，“戚大帥當(dāng)年也真夠辛苦的，這哪里是帶兵，根本是帶孩子啊……寫得這么簡明直白，就算蠢到駱劍峰他們那種程度，也該能夠過關(guān)了吧？”

2.1 PLC硬件設(shè)計

地坑液位控制系統(tǒng)所使用的PLC為橫河FA-M3R系列，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，配置了一塊8點的模擬量輸入模塊、一塊4點的開關(guān)量輸出模塊，具體硬件配置見表1。該PLC邏輯運算能力較強，完全能夠滿足地坑液位控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理要求。按照系統(tǒng)現(xiàn)場的控制要求，對輸入輸出地址進(jìn)行分配，具體地址分配情況見表2。

表1 PLC硬件配置表Table 1 PLC Hardware configuration table

表2 PLC輸入輸出地址分配表Table 2 PLC input and output address allocation table

2.2 導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器硬件設(shè)計

地坑液位控制系統(tǒng)所使用的導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器采用VEGA FX61系列[2]，采用兩線制24VDC供電，量程為0mm～4000mm，輸出信號為4mA～20mA電流信號，精度為±3mm～±10mm。

因液位信號由原控制系統(tǒng)的開關(guān)量信號變更為4mA～20mA模擬量信號，需要對液位設(shè)定值進(jìn)行重新設(shè)定，參考以前的設(shè)備值以及地坑內(nèi)抽水管位置，將設(shè)定值更改如下：

1）高液位復(fù)位值為1840mm（11.36mA）。

2）高液位設(shè)定值為2800mm（15.20mA）。

3）高高液位復(fù)位值2800mm（15.20mA）。

4）高高液位設(shè)定值為2840mm（15.36mA）。

2.3 報警邏輯優(yōu)化

原控制系統(tǒng)獨立浮子/上下可動式液位開關(guān)，雖然加以保留作為液位報警使用，但由于其可靠性不高，只能作為備用報警設(shè)備使用。新控制系統(tǒng)對報警邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，在PLC中增加了極高液位報警程序，設(shè)定當(dāng)?shù)乜右何贿_(dá)到3280mm（17.12mA）時，進(jìn)行報警；當(dāng)液位回落至3240mm（16.96mA）時，報警復(fù)位。此報警使用一副開關(guān)量輸出信號進(jìn)行控制，信號并聯(lián)至原極高液位報警回路，這樣在日常使用中，由精度更高的PLC控制系統(tǒng)對極高液位情況進(jìn)行監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)極高液位情況后進(jìn)行報警。獨立浮子/上下可動式液位開關(guān)僅作為備用手段，在PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時進(jìn)行報警，起到雙保險作用，及時對地坑設(shè)備故障進(jìn)行報警，減少廠房積水的風(fēng)險。

3 地坑液位控制系統(tǒng)改造實施及調(diào)試

3.1 地坑液位控制系統(tǒng)改造實施

地坑液位控制系統(tǒng)改造無特殊要求，在日常運行期間即可進(jìn)行，其實施步驟如下：

1）聯(lián)系運行人員做好安全措施，斷開地坑就地控制盤臺以及兩臺潛水泵電源。

2）安裝臨時抽水泵，將地坑內(nèi)廢水全部抽出，并人工對地坑液位進(jìn)行實時監(jiān)測，定期啟動臨時抽水泵，使地坑中水量始終保持在低液位。

3）拆除機械浮球、雙觸點可切換式液位開關(guān)及其附件，拆除潛水泵控制盤內(nèi)原控制系統(tǒng)接線。

4）敷設(shè)新控制系統(tǒng)所需電纜。

5）安裝PLC控制盤柜，安裝導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器，并完成設(shè)備就地接線端接[3]。

6）將新控制系統(tǒng)信號接線接入地坑就地控制盤臺。

3.2 地坑液位控制系統(tǒng)調(diào)試

在新地坑液位控制系統(tǒng)安裝完成后，為保證新控制系統(tǒng)功能正常，需要對新控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試設(shè)置，并執(zhí)行變更后試驗，以驗證其邏輯功能正常，具體步驟如下：

1）給兩臺潛水泵和控制系統(tǒng)送電，并確認(rèn)兩臺潛水泵控制手柄處于OFF位置。

2）完成PLC控制程序下載和導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器設(shè)置，確認(rèn)PLC和導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器工作正常，PLC無異常報警。

3）確認(rèn)液位在導(dǎo)波雷達(dá)探測棒之下時，導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器輸出4mA信號，隨著液位上漲，導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的輸出電流信號也隨著液位緩慢上升，當(dāng)輸出電流信號到達(dá)17.12mA時，PLC輸出開關(guān)量信號，觸發(fā)主控室極高液位報警。

4）使用調(diào)試模塊模擬液位信號為2800mm（15.20mA），將兩臺潛水泵手柄置于自動狀態(tài)，確認(rèn)1號泵啟動進(jìn)行排水；再將模擬信號設(shè)置為2840mm（15.36mA），確認(rèn)2號泵啟動排水；確認(rèn)2臺泵運行正常后，將模擬信號設(shè)置為2800mm（15.20mA），確認(rèn)1號泵停運，再將模擬信號設(shè)置為1840mm（11.36mA），確認(rèn)2號泵停運，再次將兩臺潛水泵置于OFF。

5）確認(rèn)地坑液位再次回到極高液位左右后，設(shè)置模擬液位信號為2800mm（15.20mA），將兩臺潛水泵手柄置于自動狀態(tài)，確認(rèn)2號潛水泵運行，設(shè)置模擬液位信號為2840mm（15.36mA），確認(rèn)1號潛水泵運行，確認(rèn)兩臺泵運行正常后，將模擬信號設(shè)置為2800mm（15.20mA），確認(rèn)2號泵停運，再將模擬信號設(shè)置為1840mm（11.36mA），確認(rèn)1號泵停運。

6）將模擬信號設(shè)置為2800mm（15.20mA），確認(rèn)1號泵運行，將模擬信號設(shè)置為1840mm（11.36mA），確認(rèn)1號泵停運。將模擬信號設(shè)置為2800mm（15.20mA），確認(rèn)2號泵運行，再將模擬信號設(shè)置為1840mm（11.36mA），確認(rèn)2號泵停運。

確認(rèn)調(diào)試完成后，拆除液位變送器調(diào)試模塊，拆除臨時抽水泵，將兩臺潛水泵控制手柄置于自動狀態(tài)。

4 地坑液位控制系統(tǒng)改造效果

地坑液位控制系統(tǒng)自改造完成后，運行于現(xiàn)場已有一年多的時間，在此期間地坑液位控制良好，未發(fā)生過一次故障。經(jīng)過變更改造后，在提高了液位控制系統(tǒng)精確度的同時，還極大地降低了系統(tǒng)故障率，保證了地坑集水的集水排除和排水設(shè)備的穩(wěn)定運行，減少了設(shè)備的維護(hù)量，降低了生產(chǎn)維護(hù)的成本。

5 結(jié)束語

本文以減少地坑液位控制系統(tǒng)故障率，提高系統(tǒng)控制精確度的基本需求出發(fā)，通過多方比較，設(shè)計了一套以PLC、導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器組成的控制系統(tǒng)。經(jīng)過前期的設(shè)計、邏輯優(yōu)化到后期的安裝、調(diào)試，最終應(yīng)用于現(xiàn)場，并經(jīng)過現(xiàn)場運行實踐，證明了此次變更提高了地坑液位控制系統(tǒng)的控制精確度，大大減少了控制系統(tǒng)的故障率，為電廠降低了生產(chǎn)維護(hù)成本做出了貢獻(xiàn)，對其它電廠同類型工況設(shè)備變更改造也有著積極的借鑒作用。