趙起海

摘 要：溫度測(cè)量對(duì)于核電廠給水泵來(lái)說(shuō)是極其重要的參數(shù)，是保護(hù)泵組安全可靠不可替代的技術(shù)指標(biāo)，而溫度測(cè)量元件熱電阻容易因?yàn)榫€路故障或探頭問(wèn)題，產(chǎn)生信號(hào)值跳變或超限的現(xiàn)象，從而引發(fā)相關(guān)溫度保護(hù)誤動(dòng)。為了有效避免因?yàn)闇囟缺Ｗo(hù)誤動(dòng)造成給水泵設(shè)備跳泵，造成機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性影響。某核電廠從原設(shè)計(jì)出發(fā)，針對(duì)溫度保護(hù)控制邏輯進(jìn)行了以下優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)了整體運(yùn)行的良好效果。

關(guān)鍵詞：溫度；保護(hù)；邏輯；判斷；冗余

中圖分類號(hào)： TQ520.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）26-166-2

1 概述

核電廠中給水泵系統(tǒng)肩負(fù)著二回路水力供應(yīng)，泵組的安全可靠對(duì)于核安全的冷源供應(yīng)非常重要。而泵組從自身的設(shè)備安全可靠性考慮，止推軸承溫度監(jiān)視也是一個(gè)衡量泵組安全可靠的一個(gè)重要指標(biāo)。

一般泵組止推軸承溫度監(jiān)測(cè)采用熱電阻元器件，熱電阻元件測(cè)溫具有以下特點(diǎn)：測(cè)量精確度高，靈敏度高；測(cè)溫穩(wěn)定性好。但是由于旋轉(zhuǎn)設(shè)備本身振動(dòng)大的原因，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致熱電阻斷線、接線松動(dòng)、線路接觸不良等問(wèn)題。繼而造成測(cè)點(diǎn)采集信號(hào)跳變，引發(fā)泵組誤跳泵。某核電廠原設(shè)計(jì)中給水泵的止推軸承溫度監(jiān)測(cè)屬于單點(diǎn)保護(hù)，即每一塊止推軸承上僅有一個(gè)溫度探頭，一旦這個(gè)探頭觸發(fā)溫度高高報(bào)警即會(huì)造成跳泵。這種方案能夠極大限度的保護(hù)泵組本身，可是從核電廠機(jī)組的整體安全性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)講，這種設(shè)計(jì)也會(huì)引入很多的弊端。如何能進(jìn)行有效地降低給水泵的誤動(dòng)概率，即能保證泵組的安全性，也能維持良好的機(jī)組穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，就是本文主要研討的內(nèi)容。

2 溫度保護(hù)控制邏輯優(yōu)化

如何保證溫度保護(hù)的正確動(dòng)作，避免因溫度信號(hào)跳變引起保護(hù)誤動(dòng)是實(shí)現(xiàn)保護(hù)邏輯的重點(diǎn)。下面以給水泵止推軸承溫度高跳泵保護(hù)邏輯的實(shí)現(xiàn)為例進(jìn)行闡述說(shuō)明：

某核電廠為1000 MW 核電發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配有3臺(tái)由英國(guó)CLYDE廠家提供的給水泵組，其中一臺(tái)為備用，兩臺(tái)正常運(yùn)行。給水泵前置泵、壓力級(jí)泵、液力耦合器均設(shè)計(jì)有止推軸承溫度探頭，經(jīng)過(guò)就地接線盒、機(jī)柜進(jìn)入DCS控制系統(tǒng)參加邏輯運(yùn)算。

原設(shè)計(jì)中給水泵前、后止推軸承溫度保護(hù)屬于單點(diǎn)跳泵即溫度測(cè)點(diǎn)任一溫度高于定值，給水泵溫度保護(hù)動(dòng)作，給水泵跳泵。這種設(shè)計(jì)能夠極大地保護(hù)泵組本身；可是針對(duì)熱電阻的特點(diǎn)，存在誤動(dòng)的可能，那么對(duì)于機(jī)組該設(shè)計(jì)就有一定的局限性，對(duì)于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)重大隱患。

參考常規(guī)火電廠以及大亞灣基地其他給水泵止推軸承溫度設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)以下兩種方案：

①采取常規(guī)火電廠常用的在DCS系統(tǒng)邏輯中添加速率閾值比較的方式，實(shí)現(xiàn)誤動(dòng)閉鎖功能?？刂七壿嬋缦聢D2。

此方案將止推軸承溫信號(hào)先進(jìn)行一個(gè)微分計(jì)算得出溫升速率，然后通過(guò)一個(gè)閾值比較模塊進(jìn)行比較，來(lái)判斷該探頭信號(hào)是否為真實(shí)信號(hào)。

PT100型熱電阻對(duì)于介質(zhì)測(cè)量是有一定的溫度響應(yīng)關(guān)系，其溫度響應(yīng)動(dòng)態(tài)方程為：dT/dt=（Tf-Ts）/RC

其中Tf為介質(zhì)溫度（即給水泵止推軸承油膜溫度）；

RC為時(shí)間常數(shù)。R=（hA）-1，h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，A為熱電阻與介質(zhì)接觸面積；C=ρVc，其中ρ為介質(zhì)密度，V為熱電阻接觸部分的體積，c為熱電阻的比熱容；Ts為熱電阻某時(shí)刻的溫度。根據(jù)試驗(yàn)，得出的熱電阻的響應(yīng)曲線如下：

從公式可以看出來(lái)，熱電阻的溫度響應(yīng)速率和RC時(shí)間常數(shù)相關(guān)，是一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)；通過(guò)響應(yīng)速率監(jiān)測(cè)能夠判斷熱電阻的探測(cè)是否正常。

如果溫升速率大于閾值則說(shuō)明該信號(hào)是擾動(dòng)產(chǎn)生，通過(guò)一個(gè)RS觸發(fā)器閉鎖掉高高報(bào)警的跳泵信號(hào)，避免了給水泵泵意外跳泵；同時(shí)當(dāng)擾動(dòng)信號(hào)消失或者擾動(dòng)信號(hào)小于高報(bào)警時(shí)，會(huì)自動(dòng)復(fù)位閉鎖信號(hào)，防止此時(shí)泵真實(shí)止推軸承溫高時(shí)而不能跳泵，減小了拒動(dòng)的概率。該方案能有效避免信號(hào)產(chǎn)生的各種脈沖擾動(dòng)和階躍擾動(dòng)而導(dǎo)致跳泵的風(fēng)險(xiǎn)，是避免給水泵誤跳泵的一種很有效方法。

但是該方案本身也存在問(wèn)題，即速率閾值不好界定，閾值太小會(huì)使得真實(shí)信號(hào)被閉鎖，閾值太大會(huì)該邏輯生效的概率會(huì)降低。

該核電廠應(yīng)用該方案后，于2011年12月16日曾出現(xiàn)了一起由于壓力級(jí)泵其中一個(gè)止推軸承溫度探頭失效，導(dǎo)致該泵組意外跳泵的事件。經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為本次跳泵的原因在于其溫度失效后，測(cè)量溫度值波動(dòng)頻繁，其中一次波動(dòng)的速率較低未達(dá)到DCS設(shè)置的速率定值，觸發(fā)跳泵信號(hào)。故該方案也存在一定的缺陷。

②結(jié)合上述兩種邏輯優(yōu)化存在的問(wèn)題，某核電廠給水泵系統(tǒng)止推軸承溫度保護(hù)最終采用二取二冗余設(shè)計(jì)方案：即新增一個(gè)溫度測(cè)量元件，參與保護(hù)邏輯，以前置泵止推軸承溫度保護(hù)為例如下圖4。

新增加的溫度元器件和原元器件為同一廠家的產(chǎn)品，當(dāng)兩個(gè)溫度元器件同時(shí)出現(xiàn)溫度高高信號(hào)時(shí)就會(huì)觸發(fā)報(bào)警，一秒后觸發(fā)跳泵邏輯。另外為了減小保護(hù)拒動(dòng)的概率，引用DCS中引用壞點(diǎn)監(jiān)測(cè)，判斷探頭失效，也同樣參與跳泵邏輯。

任何一個(gè)探頭出現(xiàn)斷線等故障（失效）或是觸發(fā)高高信號(hào)都僅會(huì)觸發(fā)相應(yīng)報(bào)警，不會(huì)跳閘。報(bào)警能夠使運(yùn)行操作員提高關(guān)注度，并聯(lián)系儀控人員及時(shí)響應(yīng)處理，減小設(shè)備誤動(dòng)的時(shí)間；同時(shí)由于采用的熱電阻溫度探頭為雙支PT100型，故當(dāng)一個(gè)溫度探頭出現(xiàn)故障時(shí)候，在線使用備用支，避免離線停泵檢修。

冗余的溫度元器件的安裝采用以下方式，如圖5，實(shí)現(xiàn)了真正的雙點(diǎn)監(jiān)測(cè)，能夠表征真實(shí)的給水泵運(yùn)行瞬態(tài)工況下的溫度測(cè)量，避免相鄰?fù)哂捎诎惭b等問(wèn)題造成設(shè)備誤動(dòng)情況。

3 總結(jié)

止推軸承溫度保護(hù)改進(jìn)后，該核電廠給水泵運(yùn)行三年?duì)顩r良好，未出現(xiàn)過(guò)一起給水泵溫度保護(hù)功能失效情況，提高了保護(hù)動(dòng)作可靠性，保證了機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。同時(shí)該設(shè)計(jì)改進(jìn)也在其他核電廠得到了推廣和運(yùn)用，收效很好。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王俊貴.淺談和利時(shí)DCS系統(tǒng)溫度速率保護(hù)限制器[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015.3.