某核電機組主給水泵保護跳泵邏輯優化探討

姚 震，羅吉江

（國核示范電站責任有限公司，山東 威海 264300）

0 引言

壓水堆核電機組的給水泵是給水系統中的重要設備，主要功能是將除氧器的水進行升壓，然后供給蒸汽發生器[1]。某壓水堆核電每臺機組的主給水系統配置3臺主給水泵，每臺給水泵能夠傳輸總給水流量的33.3%給水。主給水泵由德國KSB供貨。

每臺給水泵均為電動定速給水泵，由給水前置泵、主給水泵及減速箱組成；電動機采用雙軸伸結構，主軸伸通過增速齒輪箱驅動主給水泵，副軸伸直接驅動給水前置泵，每臺給水泵組共有10個徑向支持軸承（包括2個電動機軸承），2個推力軸承和1個組合軸承。

每臺給水泵組配置1套獨立的潤滑油系統，各軸承均采用強制潤滑油潤滑。

機組正常運行期間，3臺給水泵同時運行，沒有備用泵，任一給水泵誤跳閘均可能導致機組RB動作，機組負荷將降低至70%額定功率運行，甚至機組跳閘；低負荷運行泵跳閘，啟動備用泵，備用泵無法啟動時，將導致停機停堆。因此，避免給水泵誤跳閘對機組的安全、經濟運行具有重要意義。

1 某核電機組主給水泵跳閘邏輯存在的問題

1.1 某核電機組主給水泵的保護類型

某核電機組主給水泵的保護跳閘信號包括以下幾種：

1）給水泵、前置泵軸承座振動高。

2）給水泵、前置泵徑向軸承及給水泵組齒輪箱金屬溫度高。

3）給水泵、前置泵止推軸承金屬溫度高。

4）給水泵組電機軸承金屬、定子繞組溫度高。

5）除氧器液位低低。

6）給水泵進口流量低低。

7）給水泵進口流量高高。

8）前置泵進出口差壓高高。

9）給水泵組稀油站潤滑油母管壓力低低。

10）PMS來跳泵信號。

1.2 主給水泵保護邏輯存在的問題

1）主給水泵軸承振動保護為單點保護

在主給水泵軸承座、前置泵軸承座、齒輪箱輸出軸位置分別設置了振動測點，振動保護跳閘信號均采用單點設置，即任一測點的振動達到跳閘值將觸發主給水泵振動大跳閘，存在主給水泵誤跳閘的風險。

2）主給水泵軸承溫度保護邏輯采用二取一邏輯

主給水泵軸承為上下兩半的滑動軸承，溫度測溫元件采用熱電阻，每個支持軸承配置兩個軸承溫度測點，均布置在軸承下半部分，兩個軸承溫度測點相差60°布置。

主給水泵跳閘邏輯采用了延時跳閘、溫升速率大于5℃/s的防誤動措施，但是跳閘邏輯采用二取一保護邏輯，即任一軸承溫度達到跳閘值均觸發保護動作，在運行中存在易導致主給水泵組誤跳閘的風險。主給水泵軸承溫度保護邏輯如圖1所示。

2 問題分析

2.1 主給水泵軸承振動單點保護

《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》防止熱工保護失靈部分9.4.3“所有重要的主、輔機保護都應采用‘三取二’的邏輯判斷方式，保護信號應遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統原因測點數量不夠，應有防保護誤動措施”。

主給水泵軸承振動測點為1個，振動保護采用單點保護，不符合二十五項反措要求，雖然后來對振動保護增加了延時，但是由于振動測點故障概率大，引起振動保護誤動作的概率也很大。

調研國內核電機組給水泵振動保護配置情況，中核的秦山核電、福清核電及三門核電主給水泵未配置振動跳閘保護，僅用于報警；中廣核的陽江核電、紅沿河核電主給水泵也未配置振動跳閘保護，僅用于報警。

2.2 主給水泵軸承溫度保護

1）主給水泵軸承溫度測點多，采用二取一邏輯

某核電機組每臺給水泵軸承較多，共有8個支持軸承，2個推力軸承（每個推力軸承配置4個溫度測點）及1個組合軸承（配置2個溫度測點）；每個給水泵共有26個溫度測點，每個軸承溫度達到跳閘值均會導致給水泵跳閘。給水泵軸承溫度測點較多，增加了溫度虛假信號產生的概率。

某核電的給水泵軸承溫度跳泵邏輯雖采用延時0.5s及溫升率兩項措施進行防誤動，但是由于用于保護的溫度測點較多，且采用二取一保護邏輯，使給水泵存在一定的誤跳閘風險。

2）電力行業規范支持二取二邏輯

電力行業熱工自動化技術委員會編寫的《火電廠熱控系統可靠性配置與事故預控》中，關于單點保護邏輯的設計有以下描述：

為避免單個部件或設備故障而造成機組跳閘，在新機組邏輯設計或運行機組檢修時，應采用容錯邏輯設計方法，對運行中容易出現故障的設備、部件和元件，從控制邏輯上進行優化和完善，通過預先設置的邏輯措施來避免控制邏輯的失效。

a）通過增加測點的方法，將單點信號保護邏輯改為信號三選二選擇邏輯。

b）無法實施a）的，通過對單點信號間的因果關系研究，加入證實信號改為二選二邏輯。

c）無法實施a）和b）的單測點信號，通過專題論證，在信號報警后能夠通過人員操作處理、保證設備安全的前提下可改為報警。

d）實施上述措施的同時，對進入保護聯鎖系統的模擬量信號，合理設置變化速率保護、延時時間和縮小量程（提高壞值信號剔除作用靈敏度）等故障診斷功能，設置保護聯鎖信號壞值切除與報警邏輯，減少或消除因接線松動、干擾信號或設備故障引起的信號突變而導致的控制對象異常動作[2]。

這一描述為二取二保護邏輯提供了依據，對于有兩個溫度測點的軸承溫度保護采用二取二保護邏輯是可行的，并且在核電、火電項目均有成熟的應用。對于重要輔機的單點溫度測點，從設計思路上采取優化措施，在同一軸承上加裝一個或兩個溫度元件，改為兩個溫度元件同時到跳閘值的“與”關系，或“三取二”邏輯，以提高輔機溫度保護的可靠性[3]。

3）國內核電給水泵溫度保護邏輯配置調研

調研國內核電機組給水泵軸承溫度保護配置情況見表1。

表1 國內核電機組主給水泵軸承溫度、振動保護配置情況Table 1 The bearing temperature and vibration protection configuration of the main feed water pump of the domestic nuclear power plant

從表1可以看出：

① 無論中核，還是中廣核，對于溫度為單測點的，主給水泵軸承溫度僅設置報警，沒有設置自動跳泵保護邏輯。

② 福清核電1-4號機組、嶺澳核電2臺機組給水泵原設計有軸承溫度保護跳閘邏輯，后來因誤動而進行了優化，取消了單點跳泵邏輯，僅用于報警，軸承溫度高作為手動停泵的依據。

③ 對于采用二冗余的，軸承溫度保護邏輯采用二取二，如中廣核的陽江核電、中核的田灣5號、6號機組主給水泵。

④ 國內核電機組常規島保護邏輯目前沒有采用二取一的

目前，國內核電機組使用上海KSB廠家的電動給水泵有秦山二期擴建工程、海南昌江核電、防城港1號、2號機組及田灣核電5號、6號機組。其中，秦山二期擴建工程給水泵軸承溫度高保護采用三取二邏輯；海南昌江核電給水泵軸承溫度初期也是單點跳泵邏輯，后來機組運行中多次出現由于溫度測點問題導致誤跳閘，將給水泵溫度高跳泵邏輯優化為軸承溫度與該軸承振動測點組成組合邏輯跳泵；防城港1號、2號機組給水泵廠家提供的溫度測點也是單點，業主為防止給水泵誤跳閘，取消了徑向軸承溫度高跳閘邏輯；田灣核電5號、6號機組主給水泵軸承溫度保護邏輯采用二取二。

3 主給水泵跳閘邏輯優化

3.1 主給水泵振動保護優化

由于軸承振動信號敏感，受信號電纜端接方式、接地情況、電磁干擾及探頭安裝等影響，易出現因電磁或機械原因對傳輸信號的影響而觸發振動保護動作，使振動保護誤動的幾率增大[4]。為避免因主給水泵軸承振動保護誤動觸發主給水泵跳閘，取消該振動保護，改為報警。

3.2 主給水泵軸承溫度保護優化

對于軸承溫度為二冗余的，保留溫度測點的溫度變化率和延時等防誤動措施，但是優化保護邏輯為二取二邏輯，可以采用一個軸承溫度達到報警值與上一個軸承溫度達到跳閘值則主給水泵溫度保護動作。當兩個冗余的溫度測點有一個出現故障則應將該點剔除，保護邏輯變為帶HP模塊的單點保護。

4 結論

主給水泵作為核電機組的關鍵設備，其運行的可靠性直接影響機組的安全、經濟運行。通過以上的分析可以得出如下結論：

1）為防止因振動測點異常等引起的振動保護誤動，取消主給水泵振動保護跳閘，改為報警。

2）借鑒中核、中廣核的設計、運行經驗，在溫度測點無法增加的情況下，為降低給水泵誤跳閘引起的機組異常降功率乃至非停的風險，將主給水泵軸承溫度跳閘保護邏輯優化為二取二。