某核电机组主给水泵保护跳泵逻辑优化探讨

姚 震，罗吉江

（国核示范电站责任有限公司，山东 威海 264300）

0 引言

压水堆核电机组的给水泵是给水系统中的重要设备，主要功能是将除氧器的水进行升压，然后供给蒸汽发生器[1]。某压水堆核电每台机组的主给水系统配置3台主给水泵，每台给水泵能够传输总给水流量的33.3%给水。主给水泵由德国KSB供货。

每台给水泵均为电动定速给水泵，由给水前置泵、主给水泵及减速箱组成；电动机采用双轴伸结构，主轴伸通过增速齿轮箱驱动主给水泵，副轴伸直接驱动给水前置泵，每台给水泵组共有10个径向支持轴承（包括2个电动机轴承），2个推力轴承和1个组合轴承。

每台给水泵组配置1套独立的润滑油系统，各轴承均采用强制润滑油润滑。

机组正常运行期间，3台给水泵同时运行，没有备用泵，任一给水泵误跳闸均可能导致机组RB动作，机组负荷将降低至70%额定功率运行，甚至机组跳闸；低负荷运行泵跳闸，启动备用泵，备用泵无法启动时，将导致停机停堆。因此，避免给水泵误跳闸对机组的安全、经济运行具有重要意义。

1 某核电机组主给水泵跳闸逻辑存在的问题

1.1 某核电机组主给水泵的保护类型

某核电机组主给水泵的保护跳闸信号包括以下几种：

1）给水泵、前置泵轴承座振动高。

2）给水泵、前置泵径向轴承及给水泵组齿轮箱金属温度高。

3）给水泵、前置泵止推轴承金属温度高。

4）给水泵组电机轴承金属、定子绕组温度高。

5）除氧器液位低低。

6）给水泵进口流量低低。

7）给水泵进口流量高高。

8）前置泵进出口差压高高。

9）给水泵组稀油站润滑油母管压力低低。

10）PMS来跳泵信号。

1.2 主给水泵保护逻辑存在的问题

1）主给水泵轴承振动保护为单点保护

在主给水泵轴承座、前置泵轴承座、齿轮箱输出轴位置分别设置了振动测点，振动保护跳闸信号均采用单点设置，即任一测点的振动达到跳闸值将触发主给水泵振动大跳闸，存在主给水泵误跳闸的风险。

2）主给水泵轴承温度保护逻辑采用二取一逻辑

主给水泵轴承为上下两半的滑动轴承，温度测温元件采用热电阻，每个支持轴承配置两个轴承温度测点，均布置在轴承下半部分，两个轴承温度测点相差60°布置。

主给水泵跳闸逻辑采用了延时跳闸、温升速率大于5℃/s的防误动措施，但是跳闸逻辑采用二取一保护逻辑，即任一轴承温度达到跳闸值均触发保护动作，在运行中存在易导致主给水泵组误跳闸的风险。主给水泵轴承温度保护逻辑如图1所示。

2 问题分析

2.1 主给水泵轴承振动单点保护

《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》防止热工保护失灵部分9.4.3“所有重要的主、辅机保护都应采用‘三取二’的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则，确因系统原因测点数量不够，应有防保护误动措施”。

主给水泵轴承振动测点为1个，振动保护采用单点保护，不符合二十五项反措要求，虽然后来对振动保护增加了延时，但是由于振动测点故障概率大，引起振动保护误动作的概率也很大。

调研国内核电机组给水泵振动保护配置情况，中核的秦山核电、福清核电及三门核电主给水泵未配置振动跳闸保护，仅用于报警；中广核的阳江核电、红沿河核电主给水泵也未配置振动跳闸保护，仅用于报警。

2.2 主给水泵轴承温度保护

1）主给水泵轴承温度测点多，采用二取一逻辑

某核电机组每台给水泵轴承较多，共有8个支持轴承，2个推力轴承（每个推力轴承配置4个温度测点）及1个组合轴承（配置2个温度测点）；每个给水泵共有26个温度测点，每个轴承温度达到跳闸值均会导致给水泵跳闸。给水泵轴承温度测点较多，增加了温度虚假信号产生的概率。

某核电的给水泵轴承温度跳泵逻辑虽采用延时0.5s及温升率两项措施进行防误动，但是由于用于保护的温度测点较多，且采用二取一保护逻辑，使给水泵存在一定的误跳闸风险。

2）电力行业规范支持二取二逻辑

电力行业热工自动化技术委员会编写的《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》中，关于单点保护逻辑的设计有以下描述：

为避免单个部件或设备故障而造成机组跳闸，在新机组逻辑设计或运行机组检修时，应采用容错逻辑设计方法，对运行中容易出现故障的设备、部件和元件，从控制逻辑上进行优化和完善，通过预先设置的逻辑措施来避免控制逻辑的失效。

a）通过增加测点的方法，将单点信号保护逻辑改为信号三选二选择逻辑。

b）无法实施a）的，通过对单点信号间的因果关系研究，加入证实信号改为二选二逻辑。

c）无法实施a）和b）的单测点信号，通过专题论证，在信号报警后能够通过人员操作处理、保证设备安全的前提下可改为报警。

d）实施上述措施的同时，对进入保护联锁系统的模拟量信号，合理设置变化速率保护、延时时间和缩小量程（提高坏值信号剔除作用灵敏度）等故障诊断功能，设置保护联锁信号坏值切除与报警逻辑，减少或消除因接线松动、干扰信号或设备故障引起的信号突变而导致的控制对象异常动作[2]。

这一描述为二取二保护逻辑提供了依据，对于有两个温度测点的轴承温度保护采用二取二保护逻辑是可行的，并且在核电、火电项目均有成熟的应用。对于重要辅机的单点温度测点，从设计思路上采取优化措施，在同一轴承上加装一个或两个温度元件，改为两个温度元件同时到跳闸值的“与”关系，或“三取二”逻辑，以提高辅机温度保护的可靠性[3]。

3）国内核电给水泵温度保护逻辑配置调研

调研国内核电机组给水泵轴承温度保护配置情况见表1。

表1 国内核电机组主给水泵轴承温度、振动保护配置情况Table 1 The bearing temperature and vibration protection configuration of the main feed water pump of the domestic nuclear power plant

从表1可以看出：

① 无论中核，还是中广核，对于温度为单测点的，主给水泵轴承温度仅设置报警，没有设置自动跳泵保护逻辑。

② 福清核电1-4号机组、岭澳核电2台机组给水泵原设计有轴承温度保护跳闸逻辑，后来因误动而进行了优化，取消了单点跳泵逻辑，仅用于报警，轴承温度高作为手动停泵的依据。

③ 对于采用二冗余的，轴承温度保护逻辑采用二取二，如中广核的阳江核电、中核的田湾5号、6号机组主给水泵。

④ 国内核电机组常规岛保护逻辑目前没有采用二取一的

目前，国内核电机组使用上海KSB厂家的电动给水泵有秦山二期扩建工程、海南昌江核电、防城港1号、2号机组及田湾核电5号、6号机组。其中，秦山二期扩建工程给水泵轴承温度高保护采用三取二逻辑；海南昌江核电给水泵轴承温度初期也是单点跳泵逻辑，后来机组运行中多次出现由于温度测点问题导致误跳闸，将给水泵温度高跳泵逻辑优化为轴承温度与该轴承振动测点组成组合逻辑跳泵；防城港1号、2号机组给水泵厂家提供的温度测点也是单点，业主为防止给水泵误跳闸，取消了径向轴承温度高跳闸逻辑；田湾核电5号、6号机组主给水泵轴承温度保护逻辑采用二取二。

3 主给水泵跳闸逻辑优化

3.1 主给水泵振动保护优化

由于轴承振动信号敏感，受信号电缆端接方式、接地情况、电磁干扰及探头安装等影响，易出现因电磁或机械原因对传输信号的影响而触发振动保护动作，使振动保护误动的几率增大[4]。为避免因主给水泵轴承振动保护误动触发主给水泵跳闸，取消该振动保护，改为报警。

3.2 主给水泵轴承温度保护优化

对于轴承温度为二冗余的，保留温度测点的温度变化率和延时等防误动措施，但是优化保护逻辑为二取二逻辑，可以采用一个轴承温度达到报警值与上一个轴承温度达到跳闸值则主给水泵温度保护动作。当两个冗余的温度测点有一个出现故障则应将该点剔除，保护逻辑变为带HP模块的单点保护。

4 结论

主给水泵作为核电机组的关键设备，其运行的可靠性直接影响机组的安全、经济运行。通过以上的分析可以得出如下结论：

1）为防止因振动测点异常等引起的振动保护误动，取消主给水泵振动保护跳闸，改为报警。

2）借鉴中核、中广核的设计、运行经验，在温度测点无法增加的情况下，为降低给水泵误跳闸引起的机组异常降功率乃至非停的风险，将主给水泵轴承温度跳闸保护逻辑优化为二取二。