核电厂反应堆冷却剂泵控制逻辑优化

核电厂反应堆冷却剂泵控制逻辑优化

李敏胡喜庆苏兵向方成

（苏州热工研究院有限公司系统工程部广东深圳518124）

摘要：本文针对某核电厂反应堆冷却剂泵电机轴承温度高跳泵逻辑中存在的设计缺陷进行分析，并制定针对性的改进措施，并通过现场实施和试验证明了改造方案的可行性，有效的提升了反应堆冷却剂泵运行的可靠性，为同类型的问题处理提供了参考经验。

关键词：反应堆冷却剂泵；电机轴承温度；跳泵；逻辑优化

TheControlLogicOptimizationfortheReactorCoolantPumpinNuclearPowerPlant

LiMin,HuXiqing,SuBing,XiangFangcheng

(SuzhouNuclearPowerResearchInstitute,SystemEngineeringDepartment,ShenzhenofGuangdong,518124,China)

Abstract：thisarticleanalysesthedesigndefectofthetrippingpumplogicforthereactorcoolantpumpbecauseofthehightemperatureofthemotorbearing,andmakethepreventivemeasuretooptimizethecontrollogicforthisproblem,andthefeasibilityofthemodificationisprovedafterthemeasuretobecarriedoutandtobetested,thismodificationimprovesthereliabilityofthereactorcoolantpumpoperation,andprovidesareferenceexperienceforthesametypeproblem.

Keywords:reactorcoolantpump;temperatureofmotorbearing;trippingpump;logicaloptimization

0引言

压水堆核电站具有三条相同的环路，每个环路都有一台反应堆冷却剂泵（以下简称主泵），它是反应堆冷却剂系统中唯一高速旋转的设备，用于驱动高温高压放射性冷却剂，把堆芯中产生的热量传送给蒸汽发生器，是压水堆核电站的重要设备之一，因此其运行的可靠性直接影响到核电厂的安全[1]。

1背景

每台主泵的电机包含上下止推轴承，上部径向轴承和下部径向轴承，由8个温度探头对这些轴承温度进行监视（注：*为1或2或3,分别对应一、二、三号主泵）：

上止推轴瓦温度探测器：RCP*12MT、RCP*32MT；

下止推轴瓦温度探测器：RCP*11MT、RCP*31MT；

电动机上部径向轴承温度探测器：RCP*13MT、RCP*33MT；

电动机下部径向轴承温度探测器：RCP*10MT、RCP*30MT；

图1KRGV组NSSS机柜典型通道

以一号主泵（RCP001PO）为例，上止推轴瓦温度探头RCP112MT/132MT，通过RCP473XU实现二取二[2]逻辑；下止推轴瓦温度探头RCP111MT/131MT，通过RCP472XU实现二取二逻辑；上部轴承温度探头RCP113MT/133MT，通过RCP474XU实现二取二逻辑；下部轴承温度探头RCP110MT/130MT，通过RCP471XU实现二取二逻辑。

图2一号主泵轴承温度高跳泵逻辑

2集中控制量控制系统（KRG）

集中控制模拟量机柜简称（GeneralControlAnalogCabinets）KRG系统，它并不是一个为了完成某一工艺过程的独立系统，KRG系统接收来自现场过程测量仪表的模拟信号（包括4~20mA信号、热电阻信号、热电偶信号、频率信号等），同时给现场二线制变送器配电，根据设计要求对现场模拟信号进行处理，再送到相关系统和设备进行显示、记录、处理[3]等。

在核电厂，KRG又分为核岛KRG和常规岛KRG，其中核岛KRG又分为保护测量机柜（1E级）和控制测量机柜（非核级）。

控制测量机柜又称为KRGⅤ组（包括NSSS＋BNI），其中NSSS部分又分为4个小组（ⅠC、ⅡC、ⅢC、ⅣC），机柜分布如下：

ⅠC：KRG111/112/123AR

ⅡC：KRG121/122/123/124AR

ⅢC：KRG131/132/133AR

ⅣC：KRG141/142/143AR

其典型通道如图1所示。

本文涉及的三个主泵电机轴承温度高跳泵逻辑的阈值处理就是分别在控制测量机柜KRG111/121/131AR机柜内进行的：来自于现场的温度探头信号经过CT板件处理后变成4~20mA电流信号再经CA卡转换成1~5V电压信号送入阈值处理模块XU与设定值对比较后送往下游主泵的启停控制回路。

在设计上主泵电机上、下轴承和止推轴承上、下轴瓦正常温度为60℃至65℃，当轴承温度超过80℃时（由二取二逻辑处理）触发自动停泵信号并同时发出报警信号；但同一测点的两支探头阈值处理在同一块板件上实现，该设计存在阈值模块单一故障导致主泵误跳，进而引起反应堆跳堆，影响核电站的安全稳定运行。

三个主泵的控制逻辑设计都是一致的，故以一号主泵为研究对象，其轴承温度高跳泵逻辑的逻辑简图如图2所示。

图3RCP471XU接线图

3原因分析

主泵电机轴承同一测点的两个探头的温度阈值处理均在同一块XU上进行处理，阈值处理模块（XU）是bailey9020FE7F12型比较模块，该模块有两路独立的阈值处理回路，但模块电源部分是公用的，见图3（以RCP471XU为例）。

如果该类型阈值处理模块的公用电源部分发生故障导致定值下漂，将可能导致两路温度信号同时动作产生虚假的主泵轴承温度高的信号，通过二取二逻辑判断，引起主泵误跳，该设备不满足单一故障准则[4]，冗余的两个温度探头没有充分的独立性，没有进行实体分割[5]。

该类型的阈值处理模块在国内核电厂的应用过程发生过多起故障的案例，且在2010年因其三相稳压电子元件突然损坏导致定值下漂，造成了国内某电厂的非预期停堆，同时据EDF反馈虽然没有因该阈值处理模块故障导致发生主泵误跳，但是其故障率约为0.25%，因此将主泵电机轴承上同一测点的两路探头温度信号送往同一个阈值处理模块进行处理是不合适的，该设计存在阈值模块单一故障导致主泵误跳，进而可能引起反应堆跳堆，不符合单一故障准则，不利于核电站的安全稳定运行。

4改进方案

阈值处理模块是FE7F12型比较模块，其模块电源部分是公用的，但该模块的两路阈值处理回路是相互独立的，而且每个主泵监测轴承温度的8个温度探头的定值都一样，因此可以将同一测点的温度探头信号分配到不同的阈值处理回路，即使一个阈值处理模块的公共电源部分出现故障，也不会导致主泵电机轴承同一测点的两路温度信号同时动作从而导致主泵误跳。

根据改进方案，改造后的一号主泵轴承温度高跳泵逻辑的逻辑简图如图4所示。

图4一号主泵跳泵轴承温度高跳泵逻辑-改后

利用机组大修、主泵停运窗口，完成了改进方案的现场实施，同时通过模拟主泵轴承同一测点的两个温度探头的温度来观察是否出现相应的报警来进行功能再鉴定，以一号主泵为例，其试验结果如表1所示。

5总结

试验结果表明，主泵轴承温度信号重新分配后，解决了阈值继电器模块单一故障导致主泵误跳的问题，同时没有影响原系统的设计要求，确保了同一测点两个温度探头的冗余性和独立性，提高了主泵运行的稳定性和可靠性，给其他系统或者机组提供了参考经验：两个冗余信号尽量由两个独立的卡件进行处理，避免板卡的共模故障给系统和设备运行带来隐患，可以更好的满足单一故障准则的要求。

参考文献

[1]蔡龙，张丽平.浅谈压水堆核电站主泵[J].水泵技术，2007（4）:1-5.

[2]刘华，阳小华，陈柯.反应堆保护系统N取M判决系统分析与设计[J].自动化与仪器仪表，2013（6）：55-56

[3]刘琳娟，王禹轩.秦山二期过程控制系统功能设计[J].科技视界，2016（24）:236-236

[4]郑伟智.电站反应堆保护系统故障对策分析与应用[J].核电子学和探测技术，2012，32（3）:47-50.

[5]郑伟智，李相建，朱毅明.张弋.核电站反应堆保护系统防共因故障设计研究[J].自动化仪表，2012，33（2）：47-50.

作者简介

李敏（1986年7月—），男，工程师，E-mail：limin2009@cgnpc.com.cn

通讯作者

向方成（1985年11月—），男，工程师，E-mail：xiangfangcheng@cgnpc.com.cn