核電廠非放射性排水地坑液位控制系統改造

龍鑫閣，吳海燕，張瀚文，許鄭杰

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

非放射性排水系統的目的是用于收集和排放汽輪機廠房、輔助廠房、海水泵房和水處理廠等區域的廢水。廢水由位于各廠房底部的地坑進行收集以后，泵排到廠房外，按不同的廢水來源進行集中，在經過物理處理或化學處理后再排往大海。

1 地坑液位控制系統存在的問題

地坑液位的自動控制主要由機械式液位開關來完成，這種控制方式在目前看來已經比較落后，隨著安裝于現場的年限增加，其故障率也在逐年上升，主要存在以下問題：

1）機械式液位開關故障率高。該類型的液位開關經常出現故障，導致液位控制失效，使地坑排水泵不能按照控制要求及時啟動進行排水，致使地坑溢水，有導致地坑周圍設備受淹的風險。

2）液位開關浮球在故障損壞后不能進行修復，只能進行更換處理，維護成本高，增加生產成本。

3）機械式液位開關控制精度差，在液位出現較大波動時，容易造成排水泵的頻繁啟停，可能造成設備損壞，影響系統安全穩定運行。

4）機械浮球、雙觸點可切換式液位開關，目前廠家已停產，后續備件采購難度較大，難以滿足后續系統的消缺維護要求。

在對地坑控制系統故障分析過程中發現，由于控制系統故障，有導致廠房底層積水的風險。如廠房底層積水達到305mm，將會觸發安裝于廠房底層的水淹沒液位開關，使機組保護信號動作，有導致機組停機、停堆的重大風險。綜上所述，對地坑液位控制系統進行改造刻不容緩。

2 地坑液位控制系統改造設計

地坑液位控制系統改造，將對原控制設備機械浮球、雙觸點可切換式液位開關進行拆除更換，改造成以PLC為中心，導波雷達液位變送器為測量設備的控制系統，并對系統控制邏輯進行優化。系統正常運行時，由導波雷達變送器對地坑液位進行測量，轉化為4mA～20mA模擬量傳送給模擬量輸入卡件，再通過PLC的內部運算輸出控制信號，控制潛水泵啟停，實現對地坑液位的自動控制。改造時保留原控制系統中的獨立浮子/上下可動式液位開關供液位報警使用。

“凡你們的耳，只聽金鼓，眼只看旗幟，夜看高招雙燈，如某色旗豎起點動，便是某營兵收拾，聽候號頭行營出戰。不許聽人口說的言語擅起擅動；若旗幟金鼓不動，就是主將口說要如何，也不許依從；就是天神來口說要如何，也不許依從，只是一味看旗鼓號令。”易平安讀完這段，忍不住嘆了口氣，“戚大帥當年也真夠辛苦的，這哪里是帶兵，根本是帶孩子啊……寫得這么簡明直白，就算蠢到駱劍峰他們那種程度，也該能夠過關了吧？”

2.1 PLC硬件設計

地坑液位控制系統所使用的PLC為橫河FA-M3R系列，根據現場實際情況，配置了一塊8點的模擬量輸入模塊、一塊4點的開關量輸出模塊，具體硬件配置見表1。該PLC邏輯運算能力較強，完全能夠滿足地坑液位控制系統的數據處理要求。按照系統現場的控制要求，對輸入輸出地址進行分配，具體地址分配情況見表2。

表1 PLC硬件配置表Table 1 PLC Hardware configuration table

表2 PLC輸入輸出地址分配表Table 2 PLC input and output address allocation table

2.2 導波雷達液位變送器硬件設計

地坑液位控制系統所使用的導波雷達液位變送器采用VEGA FX61系列[2]，采用兩線制24VDC供電，量程為0mm～4000mm，輸出信號為4mA～20mA電流信號，精度為±3mm～±10mm。

因液位信號由原控制系統的開關量信號變更為4mA～20mA模擬量信號，需要對液位設定值進行重新設定，參考以前的設備值以及地坑內抽水管位置，將設定值更改如下：

1）高液位復位值為1840mm（11.36mA）。

2）高液位設定值為2800mm（15.20mA）。

3）高高液位復位值2800mm（15.20mA）。

4）高高液位設定值為2840mm（15.36mA）。

2.3 報警邏輯優化

原控制系統獨立浮子/上下可動式液位開關，雖然加以保留作為液位報警使用，但由于其可靠性不高，只能作為備用報警設備使用。新控制系統對報警邏輯進行了優化，在PLC中增加了極高液位報警程序，設定當地坑液位達到3280mm（17.12mA）時，進行報警；當液位回落至3240mm（16.96mA）時，報警復位。此報警使用一副開關量輸出信號進行控制，信號并聯至原極高液位報警回路，這樣在日常使用中，由精度更高的PLC控制系統對極高液位情況進行監測，在發現極高液位情況后進行報警。獨立浮子/上下可動式液位開關僅作為備用手段，在PLC控制系統出現故障時進行報警，起到雙保險作用，及時對地坑設備故障進行報警，減少廠房積水的風險。

3 地坑液位控制系統改造實施及調試

3.1 地坑液位控制系統改造實施

地坑液位控制系統改造無特殊要求，在日常運行期間即可進行，其實施步驟如下：

1）聯系運行人員做好安全措施，斷開地坑就地控制盤臺以及兩臺潛水泵電源。

2）安裝臨時抽水泵，將地坑內廢水全部抽出，并人工對地坑液位進行實時監測，定期啟動臨時抽水泵，使地坑中水量始終保持在低液位。

3）拆除機械浮球、雙觸點可切換式液位開關及其附件，拆除潛水泵控制盤內原控制系統接線。

4）敷設新控制系統所需電纜。

5）安裝PLC控制盤柜，安裝導波雷達液位變送器，并完成設備就地接線端接[3]。

6）將新控制系統信號接線接入地坑就地控制盤臺。

3.2 地坑液位控制系統調試

在新地坑液位控制系統安裝完成后，為保證新控制系統功能正常，需要對新控制系統進行調試設置，并執行變更后試驗，以驗證其邏輯功能正常，具體步驟如下：

1）給兩臺潛水泵和控制系統送電，并確認兩臺潛水泵控制手柄處于OFF位置。

2）完成PLC控制程序下載和導波雷達液位變送器設置，確認PLC和導波雷達液位變送器工作正常，PLC無異常報警。

3）確認液位在導波雷達探測棒之下時，導波雷達液位變送器輸出4mA信號，隨著液位上漲，導波雷達液位變送器的輸出電流信號也隨著液位緩慢上升，當輸出電流信號到達17.12mA時，PLC輸出開關量信號，觸發主控室極高液位報警。

4）使用調試模塊模擬液位信號為2800mm（15.20mA），將兩臺潛水泵手柄置于自動狀態，確認1號泵啟動進行排水；再將模擬信號設置為2840mm（15.36mA），確認2號泵啟動排水；確認2臺泵運行正常后，將模擬信號設置為2800mm（15.20mA），確認1號泵停運，再將模擬信號設置為1840mm（11.36mA），確認2號泵停運，再次將兩臺潛水泵置于OFF。

5）確認地坑液位再次回到極高液位左右后，設置模擬液位信號為2800mm（15.20mA），將兩臺潛水泵手柄置于自動狀態，確認2號潛水泵運行，設置模擬液位信號為2840mm（15.36mA），確認1號潛水泵運行，確認兩臺泵運行正常后，將模擬信號設置為2800mm（15.20mA），確認2號泵停運，再將模擬信號設置為1840mm（11.36mA），確認1號泵停運。

6）將模擬信號設置為2800mm（15.20mA），確認1號泵運行，將模擬信號設置為1840mm（11.36mA），確認1號泵停運。將模擬信號設置為2800mm（15.20mA），確認2號泵運行，再將模擬信號設置為1840mm（11.36mA），確認2號泵停運。

確認調試完成后，拆除液位變送器調試模塊，拆除臨時抽水泵，將兩臺潛水泵控制手柄置于自動狀態。

4 地坑液位控制系統改造效果

地坑液位控制系統自改造完成后，運行于現場已有一年多的時間，在此期間地坑液位控制良好，未發生過一次故障。經過變更改造后，在提高了液位控制系統精確度的同時，還極大地降低了系統故障率，保證了地坑集水的集水排除和排水設備的穩定運行，減少了設備的維護量，降低了生產維護的成本。

5 結束語

本文以減少地坑液位控制系統故障率，提高系統控制精確度的基本需求出發，通過多方比較，設計了一套以PLC、導波雷達液位變送器組成的控制系統。經過前期的設計、邏輯優化到后期的安裝、調試，最終應用于現場，并經過現場運行實踐，證明了此次變更提高了地坑液位控制系統的控制精確度，大大減少了控制系統的故障率，為電廠降低了生產維護成本做出了貢獻，對其它電廠同類型工況設備變更改造也有著積極的借鑒作用。