300MW核主泵全流量试验台自动控制及连锁保护系统

摘要

本发明涉及一种300MW核主泵全流量试验台自动控制及连锁保护系统，PLC作为控制的核心设备，其控制包括了整体的安全监控及设备运行情况的显示与运算。机泵润滑油系统的控制与安全连锁；以及试验循环水系统的加压控制、减温控制；试验过程中，控制系统根据预设的连锁保护逻辑与规范进行设备的连锁控制，保障启机、运行、停机过程中的设备保护与设备安全方面的控制要求。

说明书

技术领域：

本发明涉及300MW核主泵全流量试验台自动控制及连锁保护系统。

背景技术：

核电已经被公认为是一种相对经济、可靠、清洁的能源，而核电站用反应堆冷却剂泵(简称核主泵)是核电站核岛的心脏，提供足够流量的冷却剂能够强迫循环冷却剂通过核反应堆堆芯，全流量试验台能够对核主泵出厂的各方面性能进行检测，核主泵全流量试验台是模拟核电站一回路高温高压的实际情况建设，PLC主控系统也是试验台测控系统中重要的组成部分，并起到了核心支配作用，可以理解为试验台的控制大脑。当前其他试验台或部分电站现场采用传统电气手动控制，交互形式大多为操作员按钮式操作，需要人脑记忆一系列操作流程，此试验台自动化程度低，而且试验工艺要求又比较严格，试验项目多，因而在试验过程中，操作复杂，劳动强度大，工作环境恶劣，效率低，可靠性差等以及人为因素引起的问题十分严重，为此，在试验台控制系统中引入PLC连锁控制系统，以提高试验台的自动化程度，减少人为操作失误的发生。

发明内容：

本发明目的是提供300MW核主泵全流量试验台自动控制及连锁保护系统，强制保护主泵及其主要部件不受损坏。发明的技术方案是：

一、系统恒压调节流程：试验平台的额定工作压力为15MPa，采用了一个压力补偿泵和比例溢流阀组成二级调压系统；

二、主泵停止连锁保护系统

如果满足以下任一给定条件，主泵应被停止运行；

1)SPS PT801(一级密封前压力值)<2MPa；

2)SPS TE807(高压制冷器后的轴封注入水温度)>57℃；

3)SPS TE801(推力轴承轴瓦温度)>110℃；

4)SPS TE809/810(高压泄露水温度)>95℃；

5)SPS FE803(高压泄露流量)>1300kg/h超过4秒；

6)SPS FE804(高压泄露流量)>1350kg/h超过4秒；

7)SPS FE803(高压泄露流量)<250kg/h超过4秒；

8)SPS FE804(高压泄露流量)<200kg/h超过4秒；

9)SPS GS801(停车密封位置开关)未打开；

10)SPS GS802(停车密封位置开关)未打开；

11)SPS LS807(主泵轴承室内油位)<min；

12)SPS FE801(轴封注入水流量)<1500kg/h超过45秒同时阀门SPS V06未打开；

13)SPS GS803(主泵电机飞轮位置开关)和SPS804(主泵电机飞轮位置开关)都处于启动状态；

14)主泵处于启动状态同时SPS YE801(主泵电机转速)<200min-1超过5秒；

三、SPS V05(高压制冷器的旁通阀)/V06(紧急注入水回路阀门)连锁动作：

1)SPS V06(紧急注入水回路阀门)在以下条件具备时保护关闭：TE807(高压制冷器后的注入水温度)或者SPS TE808(高压制冷器后的注入水温度)>57℃；

2)SPS V06(紧急注入水回路阀门)在以下条件具备时保护打开：SPS FE801(轴封注入水流量)<1500kg/h超过3秒，或者SPS FE802(轴封注入水流量)<1500kg/h超过3秒，同时主泵启动，同时SPS V05(高压制冷器的旁通阀)关闭，同时SPS FE805(高压制冷器冷却水流量)>24800kg/h，同时SPS V03(高压制冷器前阀门)打开，SPS V04(同时高压制冷器后阀门)打开；

3)阀门SPS V06(紧急注入水回路阀门)在以下条件具备时必须被手动关闭：再一次运行轴封注入水系统；

4)阀门SPS V06(紧急注入水回路阀门)在以下条件具备时能够打开：主泵启动，同时SPS V05(高压制冷器的旁通阀)关闭，同时SPS FE805(高压制冷器冷却水流量)>24800kg/h，同时(高压冷却器前阀门SPS V03)打开，同时SPS V04(高压冷却器后阀门)打开。

本发明工作原理及技术效果：

本发明主要描述了核主泵全流量试验台测控系统中PLC自动控制的投入，包括自动调节流程和连锁保护控制。

1、系统恒压调节流程：系统恒压调节流程为整体试验台回路的压力自动控制，根据300MW核主泵全流量试验台自身的设备情况设定调节流程，无需试验员手动操作，只通过自动设定压力值达到自动恒压的效果，由于全流量试验周期长达20天且24小时不间断运行，压力过高会导致试验台安全阀起跳，压力过低会导致试验介质发生汽化，所以，此恒压调节流程大大减少了人工控制以及误操作的风险。试验过程中需要回路系统压力保持15MPa不变且长期运行，所以恒压调节系统至关重要，本测控系统的系统压力是由两个比例溢流阀(可调节开度针阀)来进行调节的，比例溢流阀在压力保持的初期，调节的稳定性不高，系统自动调节上下波动大，试验平台的额定工作压力为15MPa，如果单用比例溢流阀来调节，则恒压的调节精度会比较低。因此，采用了一个压力补偿泵(可调节频率柱塞泵)和比例溢流阀组成二级调压系统，来提高恒压调定的精度和降低最小设定值。以往试验台没有此流程，调节系统压力可以通过操作员的手动调节过程来完成，操作员实际操作的工作量非常巨大。具体手动操作过程为：调节比例溢流阀143和比例溢流阀144，并且在此同时供给压力补偿泵，通过操作员经验判断阀门开度大小以及补偿泵频率，此操作过程需要一直持续到整个试验结束。此系统恒压调节流量大大减小了操作员的人工操作流程，系统通过PLC控制自动保持压力恒定。

2、主泵停止连锁保护：主泵在运行过程中需要监控各类参数，每类参数的变化都从不同程度上反应出各部件的状态，核主泵的连锁保护系统也是在时刻监控各类参数是否到达限值，并强制停机以保护主泵各部件不受损坏，此连锁保护逻辑的设定从各个方面考虑到核主泵部件的安全性，一旦检测出参数异常紧急发出停机信号，传至供电变频器，连锁停机。下面是对每条连锁停机条件触发所导致的主泵部件损坏做描述。

1)一级密封前压力SPS PT801<2MPa；

注：当一级密封前压力低于2MPa时，主泵副瓦承受压力过大，容易造成副瓦磨损。

2)高压制冷器后的轴封注入水温度SPS TE807>57℃；

注：当高压制冷器后的轴封注入水温度SPS TE807高于57℃时，容易造成密封室温度过高，损伤三级密封。

3)推力轴承轴瓦温度SPS TE801>110℃；

注：当推力轴承轴瓦温度SPS TE801高于110℃时，容易造成推力轴承轴瓦因温度过高导致的损坏。

4)高压泄露水温SPS TE809/810>95℃；

注：当高压泄露水温SPS TE809/810高于95℃时，此时说明密封室温度以及过高，三级密封容易高温损坏。

5)高压泄露流量SPS FE803>1300kg/h超过4秒；

注：当高压泄露流量SPS FE803>1300kg/h超过4秒，说明三级密封中第一级密封后泄露流量过大，密封表面可能损坏。

6)高压泄露流量SPS FE804>1350kg/h超过4秒；

注：当高压泄露流量SPS FE804>1350kg/h超过4秒，同上，泄露量大的二次报警。

7)高压泄露流量SPS FE803<250kg/h超过4秒；

注：当高压泄露流量SPS FE803<250kg/h超过4秒，此时三级密封中第一级密封后泄露流量过小，密封之间的间隙过小。

8)高压泄露流量SPS FE804<200kg/h超过4秒；

注：当高压泄露流量SPS FE803<250kg/h超过4秒，同上，泄露量过小的二次报警。

9)停车密封位置开关SPS GS801未打开；

注：当主泵运转时，停车密封位置未打开，处于关闭状态，停车密封将损坏。

10)停车密封位置开关SPS GS802未打开；

注：当主泵运转时，停车密封位置未打开，处于关闭状态，停车密封将损坏。

11)主泵轴承室内油位SPS LS807<min；

注：当主泵轴承室内油位SPS LS807<min时，轴承将不能处于浸油状态，轴承将被损坏。

12)轴封注入水流量SPS FE801<1500kg/h超过45秒同时阀门SPS V06未打开；

注：此状态相当于轴封注入水量减少并且紧急注入水不运行，导致密封室温度上升，三级密封容易被损坏。

13)主泵电机飞轮位置开关SPS GS803和SPS804都处于启动状态；

注：当主泵电机飞轮位置开关SPS GS803和SPS804都处于启动状态时，说明电机飞轮位置发生了纵向的变化。

14)主泵处于启动状态同时主泵电机转速SPS YE801<200min-1超过5秒。注：此时转速传感器可能出现问题或主泵以及处于低转速状态。

以往的试验台无此连锁保护条件，操作员只能依靠人眼观察主泵的每一项运行参数，以上14种停机条件的任何一种发生，并且主泵还在运转状态中，都会导致主泵某种部件损坏。所以此连锁保护条件能够保证主泵在某种参数异常情况下及时有效地通过PLC自动控制停机，防止部件损伤的扩大化。

3、紧急注入水回路阀门SPS V05/V06连锁动作：紧急注入水回路为保护核主泵三级密封组件的重要回路。紧急注入水回路的功能为一旦轴封注入水断失，紧急注入水将自动打开，通过叶轮旋转从泵壳引入热水，温度为系统温度，约300℃，经过高压冷却器冷却至常温并注入三级密封。如果正常的轴封注入水断失或者流量减小时，紧急注入水阀门不启动，将会导致密封室温度因缺少冷却水而升高，当密封室温度大于120℃时，三级密封将可能被损坏。以往试验台无紧急注入水回路连锁保护逻辑，那么打开紧急注入水阀门仅仅依靠操作员手动控制，操作员的失误或离岗会导致热水有可能会进入到密封室，或者进入到密封室的注入水流量很小，都会伤及到三级密封组件。三级密封为主泵运转过程中的重要组件，所以紧急注入水阀门的开关响应至关重要，此连锁保护能够保证紧急注入水的供应。

附图说明：

图1为系统恒压调节流程流程图。

图2所示为停机连锁保护系统图。

图3所示为紧急注入水回路阀门连锁保护动作图。

具体实施方式：

如图1所示，一、系统恒压调节流程，试验平台的额定工作压力为15MPa，采用了一个压力补偿泵和比例溢流阀组成二级调压系统；试验员手动输入15MPa恒压数值并键入自动控制，系统将会自动控压至15MPa额定工况。

二、主泵停止连锁保护系统

如图2所示，试验员在主泵启动前需保证以下14个条件不被触发并且将自动停机连锁投入方可启机，在启机前如果某一个条件触发并且投入的连锁停机条件，核主泵将不能启机并自动跳闸。如果满足以下任一给定条件，主泵应被停止运行；

1)SPS PT801(一级密封前压力值)<2MPa；

2)SPS TE807(高压制冷器后的轴封注入水温度)>57℃；

3)SPS TE801(推力轴承轴瓦温度)>110℃；

4)SPS TE809/810(高压泄露水温度)>95℃；

5)SPS FE803(高压泄露流量)>1300kg/h超过4秒；

6)SPS FE804(高压泄露流量)>1350kg/h超过4秒；

7)SPS FE803(高压泄露流量)<250kg/h超过4秒；

8)SPS FE804(高压泄露流量)<200kg/h超过4秒；

9)SPS GS801(停车密封位置开关)未打开；

10)SPS GS802(停车密封位置开关)未打开；

11)SPS LS807(主泵轴承室内油位)<min；

12)SPS FE801(轴封注入水流量)<1500kg/h超过45秒同时阀门SPS V06未打开；

13)SPS GS803(主泵电机飞轮位置开关)和SPS804(主泵电机飞轮位置开关)都处于启动状态；

14)主泵处于启动状态同时SPS YE801(主泵电机转速)<200min-1超过5秒；

如图3所示，三、SPS V05(高压制冷器的旁通阀)/V06(紧急注入水回路阀门)连锁动作：

操作员在核主泵启机前投入高压制冷器旁通阀SPS V05和紧急注入水回路阀门V06自动连锁后，满足以下条件阀门将会被连锁保护控制。

1)SPS V06(紧急注入水回路阀门)在以下条件具备时保护关闭：TE807(高压制冷器后的注入水温度)或者SPS TE808(高压制冷器后的注入水温度)>57℃；

2)SPS V06(紧急注入水回路阀门)在以下条件具备时保护打开：SPS FE801(轴封注入水流量)<1500kg/h超过3秒，或者SPS FE802(轴封注入水流量)<1500kg/h超过3秒，同时主泵启动，同时SPS V05(高压制冷器的旁通阀)关闭，同时SPS FE805(高压制冷器冷却水流量)>24800kg/h，同时SPS V03(高压制冷器前阀门)打开，SPS V04(同时高压制冷器后阀门)打开；

3)阀门SPS V06(紧急注入水回路阀门)在以下条件具备时必须被手动关闭：再一次运行轴封注入水系统；

4)阀门SPS V06(紧急注入水回路阀门)在以下条件具备时能够打开：主泵启动，同时SPS V05(高压制冷器的旁通阀)关闭，同时SPS FE805(高压制冷器冷却水流量)>24800kg/h，同时(高压冷却器前阀门SPS V03)打开，同时SPS V04(高压冷却器后阀门)打开。