CPR1000机组鼓网中低速电机同时停运原因分析及解决方案研究

摘要： CPR1000核电机组循环水系统设置有鼓型旋转滤网（简称鼓网），鼓网由两台低速电机或一台中速电机或高速电机控制，当鼓网两侧压差超过既定控制阈值后，将启动不同的电机带载，以确保电厂的冷源。2018年10月国内某CPR1000核电机组发生循环水系统鼓网中低速电机同时停运，造成一列循环水泵因鼓网压差高而跳闸，机组降功率至600MWe运行。本文对上述事件的原因进行分析，并对解决措施进行了研究。

关键词：CPR1000核电机组 鼓网压差 中低速电机 降功率 原因分析

1. 问题介绍

2018 年10 月国内某核电厂循环水系统鼓网水位差频繁波动，并触发鼓网压差H1信号，低速电机自动停运，同时中速电机自动启动。随后鼓网压差波动突然下降，H1 信号被复位，低速电机重新自动启动，造成鼓网中低速电机同时运行，20s 后触发中速电机堵转保护动作，中速电机停止运行。随后鼓网水位差逐渐升高，在鼓网达到H1 值时，低速电机自动停运，并闭锁手动启动低速电机指令，中速、高速电机因堵转保护无法启动，最终导致鼓网低速、中高速电机全部停运。随后鼓网压差达到H4 值，循泵跳闸，机组降功率运行。

2. 原因分析

在设计上，中速电机启动之后将停运低速电机并闭锁低速电机启动。如下图一所示，中速电机启动后，其运行反馈信号生效，经过取反，使得低速电机不满足启动条件，电机无法启动。同时通过逻辑图可发现，在低速电机启动时，鼓网压差H1信号不存在。因此，在事发过程中，本该存在的信号中速电机运行反馈信号消失，本该不存在的鼓网压差H1信号出现。

鼓网压差H1信号的消失在过程中已有明确表述，鼓网水位频繁波动，表明鼓网压差H1信号存在频繁触发和消失情况。因此，只要明确了中速电机运行反馈信号消失的原因即可定位此次事件的根本原因。中速电机运行反馈信号是由电机运行继电器控制，在电机启动后，其运行状态反馈信号回路导通，该信号送往非安全级DCS系统，然后通讯到安全级DCS系统参与低速电机启停控制逻辑运算。信号消失的常规故障模式是信号回路断开或者传输路径开路。但在事后的检查中发现电机运行状态反馈的信号回路和传输路径均完好。说明，在事件发生时，中速电机运行反馈信号尚未送至安全级DCS，而此时鼓网压差H1信号因频繁波动而消失，满足低速电机启动条件，低速电机启动。

中速电机运行反馈信号在DCS系统中传输时间很短，包括在安全级DCS系统和非安全级DCS系统之间传输也不过1s左右，在1s的时间内，鼓网压差H1信号从触发到消失，在实际鼓网液位并无大幅波动的情况下，说明此时鼓压差在H1阈值附近，同时其回差设置偏小，导致在液位波动的情况下极容易恢复。

综上所述，此次事件的根本原因是：鼓网低速电机启停控制存在设计缺陷，在鼓网压差H1信号阈值设置偏小且鼓网液位存在波动的情况下，在安全级DCS系统接收到中速电机运行反馈信号前，H1信号已消失，满足低速电机启动条件，最终导致中低速电机同时停运。

3. 改进分析

1） 改进整体概述

从事件的根本原因上分析，存在两个问题需要改进。一是鼓网压差H1信号回差设置需增大;二是低速电机启动控制逻辑需要优化。单一解决鼓网压差H1信号回差设置问题可以降低事件重发的概率，需要彻底避免事件重发需要优化低速电机启停控制逻辑。

2） 改进必要性

在CPR1000核电机组中循环水系统通过两条独立的进水渠向机组冷凝器和辅助冷却水系统提供冷却水源。循环水系统鼓网压差高将导致循环水泵跳闸，单台循环水泵跳闸机组需降功率运行，两台循环水泵跳闸将自动停机挺堆。故任何导致循环水泵停运的问题都将直接影响电厂的经济效益同时对核安全造成威胁，所以对上述问题进行改进，能够提高系统稳定性，保证电厂经济效益的同时更是有利于机组的和安全。

3） 改进方案

（1） 鼓网压差H1信号回差修改

目前鼓网压差H1信号定值为0.1mWC，其回差设计值为0.095mWC，回差区间仅为0.005mWC。该回差区间较小，在鼓网水位差波动时，极容易造成鼓网压差H1信号频繁触发后又立即消失，根据鼓网低速电机自动控制逻辑，可能造成中低速电机同时停运，最终导致循环水泵跳闸。改造方案增大鼓网压差H1信号回差区间，考虑到该回差值修改不能对低速电机的正常启动造成影响，所以该区间设置应以0.005mWC回差值的4～6倍为宜，具体设定值可根据机组实际情况做不同设置。修改回差值后，可有效降低中低速电机同时停运的概率。

（2） 低速电机控制逻辑优化

从事件根本原因上看，鼓網压差H1信号短时间的触发和消失是造成中速电机启动而低速电机停运后再启动的根本原因。从鼓网压差H1信号短时间的触发和消失从性质上看是系统的扰动，此种扰动是实际工艺和环境决定的，要改变需要耗费极大的资源，同时改进的效果也不确定。在确定此种情况为系统正常扰动，而且对系统稳定运行有较大安全隐患的，可以通过消除扰动的方式解决。在DCS系统中常用的方案即为增加延时模块，以消除系统扰动带来的影响。

从机组安全考虑，不论鼓网压差H1信号触发时间长短，信号是否为扰动，此时启动中速电机是对机组有利的，是偏安全的设置。即在保证鼓网压差信号触发后不立即消失，则可避免中低速电机同时停运。此种情况下，在延时模块的选择上应该选择后延时模块，即在鼓网压差H1信号触发后，无论其长短，都将其保位一段时间，在安全级DCS收到中速电机运行反馈信号后复位，则可闭锁低速电机启动，同时达到避免中低速电机同时停运的目的。

关于后延时模块延时时长设定的问题需要根据实际情况分析而定。例如，中速电机运行反馈信号通过变频器输出频率建立，中速电机的工作频率为25Hz，变频器从0Hz 达到中速电机工作频率需2.3s左右，叠加两次DCS扫描周期400ms，以及系统容错的余量时间，总时间小于3s，故将后延时时间设置为3s即可满足要求。优化后的低速电机控制逻辑如下图2所示：

4. 结论

通过鼓网压差H1信号回差的增加，可以有效降低中低速电机同时停运的概率;通过增加后延时模块，可以有效抑制系统扰动带来的影响，可以从根本上解决鼓网压差H1信号扰动造成中低速电机同时停运的问题。提高了系统稳定性，保证了核电厂的经济效益，更保证了核电厂的和安全。

5. 参考文献

《核动力厂基于计算机的安全重要系统软件》HAD102-16-2004

《核电厂安全系统计算机软件》EJ-T1058-1998

《核电厂安全系统数字计算机准则》IEEE7-4.3.2-2003

《CPR1000机组系统与设备》

6. 作者介绍

于明 男 1986年生 仪控系统工程师 主要从事核电厂仪控系统、设备改造和设备管理工作。