摘要：核电站循环水过滤系统作为核电站冷源系统的前端系统，其控制系统的可靠性和稳定性对后端用水系统及机组安全运行有着十分重要的影响。本文通过分析某核电站循环水过滤系统鼓网中、低速电机同时运行的异常工况影响核电机组正常运行的问题，研究并分析中低速电机异常运行的原因，针对性地提出系统优化策略。该策略有效解决了鼓网电机运行异常的问题，提升了机组可靠性，为后续机组类似问题的解决提 供技术参考。

关键词：CFI；中低速电机同时运行；控制逻辑优化

Abstract: As the front-end system of nuclear power plant cold source  system, the reliability and stability of its control system have a very  important impact on the back-end water system and the safe operation  of the unit. This paper analyzes the abnormal operation of drum screen  motor in circulating water filtration system of a nuclear power plant,  which affects the normal operation of nuclear power unit, studies  and analyzes the causes of abnormal operation of medium and low  speed motors, and puts forward the system optimization strategy. This  strategy can effectively solve the problem of drum motor abnormal  operation, improve the unit reliability, and provide technical reference  for solving similar problems of subsequent units.

Key words: CFI; Medium and low speed motor running at the same time;  Control logic optimization Analysis on Control Logic Optimization of Drum Screen Motor in Circulating Water Filtration  System of Nuclear Power Plant

1　引言

沿海核电站的机组降温主要采用过滤后的海水作为冷源水进行降温冷却，为保证海水进入核电机组后运行过程中的安全可靠，防止海洋生物对机组供水管道、电机等供水系统的安全运行产生影响，需要采用一套安全可靠的海水过滤系统，核电站循环水过滤系统（CFI）就是该套海水过滤系统的重要一环。通过该系统的运行可以过滤机组所使用的全部海水，防止海洋生物入侵，有效保证机组冷源水后续过程的安全使用。

CFI系统由一系列变频设备，粗、细过滤设备等组成，其中的细过滤设备（一次滤网）为鼓形滤网，由中低速电机控制其旋转速度，是控制方案中的重点。该控制方案是否完善决定着能否为机组正常运行提供稳定可靠的冷源水系统。CPR1000系列核电站鼓网中低速电机控制逻辑在长期运行中发现存在中低速电机同时运行的可能，需要优化逻辑，消除这种风险，提高系统可靠性，更好地为核电站安全运行保驾护航。

2　CFI系统原控制逻辑

CFI系统分为A、B两列，如图1所示，每列鼓网安装有两台低速电机，一台中高速电机（由变频器供电，中速供电频率25Hz，高速供电频率50Hz），每台电机与减速箱相连，驱动鼓网旋转。

图1 循环水过滤系统流程图

CPR1000核电机组中，CFI系统属于安全相关系统，其控制逻辑基于安全级DCS平台实现。

CFI系统每列鼓网均设有三组压差液位传感器，每组传感器设有H1/H2/H3/H4四个定值 （H1<H2<H3<H4）。DCS控制系统根据压差液位传感器定值的不同，控制对应的中低速电机运行：

（1）正常期间，三组鼓网压差值均小于H1定值（H1定值0.1mWc）

低速电机驱动转动鼓网；

（2）当三组鼓网压差中任一组压差值≥H1定值且＜H2定值时（H2定值0.2mWc）

停运低速电机，启动中速电机模式（变频器供电频率25Hz），鼓网切换到中速运行状态；

（3）当三组鼓网压差中任两组压差值≥H2定值时

触发高速电机模式，同时停运中速电机模式（变频器供电频率由25Hz切换到50Hz），鼓网切换到高速运行状态；

（4）当三组鼓网压差中任两组压差值≥H3定值时（H3定值0.3mWc）

触发H3报警，无连锁动作，提醒操作员关注机组状态；

（5）当三组鼓网压差中任两组压差值≥H4定值时（H4定值0.8mWc）

触发循环水系统CRF跳泵指令。

正常情况下，当鼓网水位差出现变化，触发水位差H1信号时，低速电机停运，中速电机启动。中速电机的运行反馈信号将闭锁低速电机启动指令。即低速电机与中速电机不能同时运行。但在长期运行中，发现中低速电机控制逻辑存在同时运行的可能，需要进行逻辑优化。以A列鼓网为例，低速电机控制逻辑简图如图2所示。

图2 低速电机控制逻辑原理图

3　CFI中低速电机同时运行问题分析

3.1　现象概述

2018年10月某电站5号机组出现CFI系统B列中、低速电机同时运行状态，20s后触发安全级DCS系统电机堵转保护动作，中速电机停止运行。随后鼓网水位差逐渐升高，在压差升高大于H1值时，低速电机自动停运，并闭锁手动启动低速电机指令，中高速电机因堵转保护无法启动，最终导致CFI鼓网低速、中高速电机全部停运，随后CFI B列压差达到H4定值，触发循环水系统相应水泵跳闸保护，影响冷源可靠性，机组被迫开始降功率，最终导致影响机组正常运行问题。

3.2　问题定位

根据CFI鼓网中低速电机控制逻辑，当时现场鼓网水位差发生变化，频繁波动，触发水位差H1信号，满足5s延时后，自动停运低速电机，同时启动中速电机。

鼓网差压波动随后突然降至H1回差值，鼓网压差 H1信号被复位。

此时中速电机启动反馈尚未传至DCS，低速电机启动条件再次满足被触发，低速电机再次投运，同时中速电机也已启动。现场出现中、低速电机同时运行状态。

20s后触发电机堵转保护动作，中高速停止运行，安全级DCS系统无法自动复位该故障，在手动复位前中高速电机无法启动。

随后，鼓网水位差逐渐升高，在压差升高再次大于H1值时，低速电机自动停运，并闭锁手动启动低速电机指令，此时，中高速电机因堵转保护无法启动。

最终，导致CFI鼓网低速、中高速电机全部停运，CFI B列压差达到H4定值，触发B列循环水泵跳闸保护，机组被迫开始降功率。

通过事件追溯分析，鼓网中速电机启动后，低速电机连锁控制条件失效，随后启动，出现中低速电机同时运行的现象，是后续事件发生的原因所在。

3.3　原因分析

低速电机启动条件中连锁了中高速电机运行反馈信号，但现场实际运行中，低速电机连锁控制条件失效，出现上述现象是由以下两个因素叠加导致：

（１）现有中高速电机由变频器控制，其运行反馈通过频率建立。电机启动曲线为5Hz/s的线性加速度，中速电机正常运行时最大允许工作频率为25Hz，变频器由0Hz达到最大允许工作频率25Hz需2.5s。在变频器由0Hz达到指定工作频率期间，中速电机运行反馈信号存在滞后现象。中高速电机启动后，变频器反馈信号的延迟时间，即低速电机启动连锁指令失效的时间。

（2）现场实际工况复杂，鼓网压差测量值处于波动状态，且波动范围相对较大。经核实，现有鼓网压差H1定值为0.1mWc，复位值为0.095mWc，回差区间仅为0.005mWc。当CFI鼓网差压信号超过H1回差区间，将复位H1信号。现场CFI鼓网压差H1信号持续时间刚好5.2s左右，除去H1信号的5s延时时间，实际作用时间为0.2s，少于中高速电机运行状态反馈至DCS的时间。

综上，当鼓网水位差出现波动，触发水位差H1信号又消失的特殊工况下，H1信号时间过短，中速电机启动指令发出，但运行反馈尚未传至DCS，期间低速电机启动指令未被闭锁，而鼓网水位差H1信号已复位， 造成控制系统逻辑连锁条件失效，同时满足低速电机启动逻辑，低速电机将再次投运，此时将会造成低速电机、中速电机同时运行，最终影响机组运行，后续逻辑要据此优化。

4　CFI系统控制逻辑优化

综合分析CPR1000各核电站CFI系统的运行工况，发现当前安全级DCS平台中各基地CFI鼓网电机设备在控制逻辑和参数配置中均存在同样的问题。

考虑到控制逻辑的严谨性，结合整个CFI系统工艺过程，重新分析梳理逻辑结构、设备运行参数、DCS平台控制系统运行时间等内容，做出以下控制逻辑优化方案。

（1）在低速电机启动逻辑中进行延时优化，即修改A/B列低速电机切换控制逻辑，在低速电机启动信号前，自动模式与H1/H2信号连锁条件后增加后延时逻辑，以此规避低速电机启动连锁指令失效的时间。

延时时间设定为3s，设定时间原因分析如下：

查阅中速电机变频器资料，发现启动曲线为5Hz/ s的线性加速度。中速电机正常运行时最大允许工作频率为25Hz，变频器由0Hz达到最大允许工作频率25Hz需2.5s。2.5s可包括中速电机正常运行任一设定频率的反馈时间，叠加DCS控制平台扫描周期最大值400ms（DCS控制平台单次扫描周期为200ms，在此考虑到信号反馈周期最大值，按照2个平台扫描周期计算），时间小于3s，因此，3s延时已经能够充分涵盖中速电机运行反馈信号的建立所需时间，选用3s是恰当的。在项目实施后的长期运行中也证明时间参数是合适的。

（2）配合DCS平台的参数调整，同时需要调整鼓网压差现场仪表测H1信号的回差值，以免回差值过小影响H1信号频繁报警。将回差值由原设计值0.095mWc，调整后至0.07mWc，即水位差达到0.07mWc时复位水位差H1信号。在水位波动时，降低鼓网水位差H1信号触发后又立即复位的概率。

优化后的控制逻辑中，水位差H1信号触发后至少维持3s时间再送出复位信号，保证中高速电机运行反馈信号先于水位差H1复位信号参与逻辑控制，确保中高速电机启动反馈信号能够闭锁低速电机启动指令，优化前后的中、低速电机启动时序如图3所示。

图3 中、低速电机启动时序图

此方案可实现中高速电机运行时闭锁低速电机启动指令，以消除因水位波动而导致中低速电机同时启动 的风险。

5　结论

目前，该优化方案已陆续在CPR1000其它14台机组中实施，现场经长期运行反馈良好。

通过对循环水过滤系统鼓网中低速电机同时运行的异常工况进行分析，深入查找问题原因，并针对性地提出了设备逻辑优化及可靠性提升的优化策略。经过对此次优化方案的研究，系统优化内容能有效避免因参数设置、设备连锁时序问题导致系统异常的情况，提升设备运行的稳定性。为后续同类问题的处理明确了方向，提升了设备可靠性，更好地保障了机组的正常运行。

作者简介：

赵红霞（1982-），女，河南人，工程师，学士，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事在役核电站安全级DCS改造工作。

参考文献：

[1] 广东核电培训中心. 900 MW压水堆核电站系统与设备[M]. 北京: 原子能出版社, 2005

摘自《自动化博览》2021年6月刊