摘要：针对某核电厂常规岛除盐水分配系统三台供水泵跳闸问题，对除盐水分配系统控制逻辑进行了深入分析，发现控制逻辑设计不合理，在机组大量用水的情况下，会导致供水母管压力低跳泵。本文通过分析机组在大修启机阶段大量用水情况下的流量特性曲线，并对比其它同类型核电机组对控制逻辑提出了优化方案，并成功应用到现场。
关键词：除盐水分配系统；母管压力低；母管流量高；跳闸
0 引言
2014年2月15日，某核电厂1号机组满功率运行，2号机组处于大修启机阶段，常规岛两台凝汽器大量进水冲洗，厂内除盐水分配系统2号供水泵在自动运行状态下异常跳闸，3号泵未联锁启动，供水短时失去。随后联系电厂化学人员，手动启动3号供水泵，除盐水分配系统恢复正常运行。
1 系统流程和功能
电厂除盐水分配系统的作用为提供符合系统水质要求且pH值为9的除盐水。系统设计三台除盐水泵，将两个储存罐内的除盐水经过供水母管，分别输送给两台核电机组常规岛厂房用户，以满足用水要求。系统流程如下图1所示。
图1 除盐水分配系统流程图
三台除盐水泵根据运行需要可以选择一台为主泵，一台为副泵，一台为备用泵。备用关系为：如果1号泵作为主泵，则2号泵作为副泵；如果2号泵作为主泵，则3号泵作为副泵；如果3号泵作为主泵，则1号泵作为副泵。
2 除盐水泵控制方式
三台除盐水泵启停逻辑主要分为以下五种情况，具体可以参见下图2控制逻辑图。
1）手动控制模式下，通过上位机直接手动启停。
2）自动控制模式下，一台泵为主泵正常运行，一台泵设置为副泵，第三台泵为备用停运状态（此逻辑设计目的为不允许三台泵同时运行）。
3）自运控制模式下，作为副泵，若母管流量高于194t/h，那么将产生副泵的启动信号（此情况主要针对下游除盐用水量较大时，两台泵同时运行以满足用水需求）。
4）自动控制模式下，若除盐水泵母管压力低于6bar，延时15s后，将直接产生三台泵的跳泵信号。
5）自动控制模式下，若不满足相应的运行条件（供水母管流量高于514t/h或两个除盐水罐的液位低于1米或除盐水泵的入口阀都未打开），也会直接产生三台泵的跳泵信号。
3 控制逻辑存在的问题
机组正常运行时，一台除盐水主泵（具体控制逻辑如下图2所示，以3号供水泵设置为主泵为例）运行就可以满足系统的用水量。当系统用户需水量增加时，除盐水分配系统母管的流量增加，当流量到达高流量上限（194t/h）时，自动启动第二台除盐水泵（2号泵设为副泵）运行；当系统用户需水量减少时，除盐水泵的流量减少，当流量低至流量低限（184t/h）时，自动停止副泵运行。此外，除盐水分配系统母管压力低2信号（小于0.6MPa），会触发三台除盐水泵自动跳闸信号。
图2 优化前除盐水泵启停控制逻辑图
通过对除盐水系统母管的压力和流量曲线分析，发现在单台机大修启机阶段，由于机组冷凝器大量补水，导致母管流量上涨，但在到达启动副泵流量前，由于补水量以及补水速度的不同，供水母管的压力会多次接近或低于跳泵定值（0.6MPa）超过15s，具体如下图3所示（此时出口流量为190t/h），从而导致主泵跳闸，备用泵又无法启动，最终导致三台供水泵全停，给机组的供水造成困难。
图3 单台机组大修启机阶段除盐水母管流量和压力特性曲线图
4 控制逻辑优化与改进
针对控制逻辑存在的问题，通过计算压力与流量对应的关系，增加了除盐水泵出口母管压力低1（0.62MPa）联启副泵逻辑。此外，根据多次大修启机阶大量用水阶段流量曲线，将除盐水泵出口母管流量高1启动副泵定值由194t/h修改为174t/h，出口母管流量低停运副泵定值由184t/h修改为154t/h，将出口母管压力低2跳泵定值由0.6MPa修改为0.42MPa。
图4优化后除盐水泵启停控制逻辑图
优化后，除盐水泵流量高（由194t/h修改为174t/h）启动副泵和流量低（由184t/h修改为154t/h）停运副泵定值，可以保证在下游用水量较大情况下，提前启动副泵保持除盐水泵出口母管的流量和压力，避免母管压力频繁接近跳泵定值。此外，增加压力低1（0.62MPa）联启副泵逻辑，并将供水压力母管压力低2跳泵定值由0.6MPa修改为0.42MPa。一方面可以避免除盐水泵的出口母管压力与流量不对应关系带来的跳泵风险，即除盐水泵在到达启动副泵流量前，由于压力低而造成主泵跳闸，备用泵又无法启动，机组失去供水问题；另一方面可以避免每次大修启机机组用水较多时，除盐水泵主泵出口压力很容易达到跳泵定值，从而导致三台除盐水泵全部跳停，机组失去供水。另外，查询除盐水泵的说明书手册并咨询泵生产厂家，修改除盐水泵出口母管流量和压力定值对泵本身无影响。
对比其它同类型核电厂，也设置三台泵除盐水泵，一台主泵、一台副泵、一台备用泵，通过流量和压力联合控制泵的启停，出口母管流量高于184t/h时启动副泵，流量低于136t/h时停运副泵，出口母管压力低于0.42MPa时三泵停运。具体控制逻辑及主要参数对比关系如下表1所示。
表1 同类型核电机组除盐水控制逻辑及主要参数对比表
5 结论
通过对某核电厂除盐水分配系统的控制逻辑进行深入分析，并创新性的采用母管流量和压力两个参数对跳泵逻辑和副泵启动逻辑控制逻辑进行优化，经过几轮大修验证，效果与预期相符，彻底解决了机组在大修启机阶段大量用水时造成的跳闸问题，大大提高了除盐水分配系统的可靠性。此外，上述研究成果已经反馈到国内多个核电厂，并得到了广泛的应用和借鉴。
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：上册[M].北京：原子能出版社，2007.
[2]庞松涛.压水堆核电站过程控制系统[M].北京：中国电力出版社，2014.
论文作者:安跃森1,刘坤亮2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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