某核电厂风机自动加油控制技术分析研究与应用
李斌 肖峰 张俊 李勇
【摘 要】核辅助厂房通风系统为整个核电站核辅助厂房和反应堆厂房提供通风换气、加热、制冷、过滤、负压维持等功能，该系统风机设计有自动加油器。论文从前期项目采用的控制方案出发，分析论证该方案的缺陷和不足之处，并针对这些问题引入高频振荡接近开关的控制方案。运行实践表明，该方案经济可靠，实用性强，能有效保证核电厂核辅助厂房通风系统风机的运行安全，后续核电项目亦可参考借鉴。
【Abstract】Nuclear auxiliary building ventilation system takes the function of air exchange， heating， cooling， filtrating and keeping negative pressure for the whole nuclear auxiliary building and reactor building. The fan of the system is designed with automatic oiler. Starting from the control scheme adopted in the earlier project， this paper analyzes and proves the defects and shortcomings of the project， and introduces the control scheme of high frequency oscillation approaching switch for these problems. And the operation practice shows that this control project is economically， reliable， and has high practicability， can efficiency ensure the safety of fan. It also has reference value for the future nuclear power project.
【關键词】核电厂；风机自动加油 ；高频振荡接近开关
【Keywords】nuclear power plant； fan automatic refueling； high frequency oscillation approaching switch
【中图分类号】F407.23 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0170-03
1 引言
核电厂核辅助厂房通风系统为整个核电站最大的通风系统，为整个核电站核辅助厂房和反应堆厂房提供通风换气、加热、制冷、过滤、负压维持等功能，在核电站正常运行期间或者冷停堆换料期间，该系统持续处于运行状态，以维持人员和设备可接受的环境。
由于该通风系统运行期间所服务空间大，设备多，故该通风系统风量大（共三台排风机，单台风机排风量约为100000m3/h），电机配备为6600V三相异步电动机，且在核电站运行期间，系统持续处于运行状态，无法停运设备给予维护润滑，故在设计时，该风机配备有自动加油器。
某核电厂采用我国自主品牌的改进型先进压水堆核电技术路线—CPR1000，为商用核电站。在该核电厂核辅助厂房通风系统自动加油控制方案改进之前，各核电厂均使用从该风机的上游供电盘柜接电源抽屉反馈信号作为自动加油器启停信号的方案。但该方案存在风机上游电气抽屉在试验位启动而现场实际未启动时，电源抽屉动作引发反馈导致自动加油器误动作的缺陷。
针对上述问题，经过分析论证，引入高频振荡接近开关控制自动加油器启停，解决风机在试验位动作而实际未启动时，自动加油器动作的难题，避免设备误动作，降低设备损坏机率和人身伤害风险。
2 风机自动加油器及前期核电厂自动加油器控制方案简介
风机自动加油器安装于风机房间内，由PLC、油泵、润滑油管、润滑油罐等组成，其供电电源为AC220V动力电源，PLC内部安装有变压器，将动力电源经过变压器变为DC24V和原AC220V电源，DC24V为控制电源，AC220V为油泵动力电源，根据上游送来的风机启停信号通过继电器由经过变压的DC24V控制该油泵的动力电源进而控制油泵的启停，从而实现自动加油器和风机的同步运行。
在前期核电厂自动加油器控制方案中，该风机的启停信号来自风机的上游供电盘柜接电源抽屉反馈信号送入核电厂数字化仪控系统（以下简称DCS），经过DCS运算后发出信号至自动加油器控制单元（以下简称PLC）控制自动加油器启停（见图1）：
但采用此方案时的缺陷在于，当风机上游供电盘柜电气抽屉处于试验位动作（即由于试验需要，将电气盘柜抽屉送入，但未将电气抽屉控制旋钮转至WORK位，而是处于TEST位，此时如有设备启动命令，电气抽屉内DC110V接触器会闭合，抽屉发出反馈信号亦为启动状态，但是动力电源仍未接通，下游工艺设备依然未真实启动）时，电气抽屉运行反馈依然会送至DCS，DCS根据反馈信号将风机启动信号发至自动加油器PLC，由于自动加油器AC220V一直处于供电状态，此时下游加油器依然会自动启动加油。即：上游盘柜并未给风机送动力电，风机实际未运行，但是此时自动加油器却启动运行。而设计中却要求在风机未启动时，自动加油器不能运行以防止过度润滑造成设备振动高、轴承超温等设备损坏。
基于此，迫切的需要设计一种自动加油器控制方案，使得上游电源处于试验位运行时，下游自动加油器能识别且不能动作，以降低设备损坏的机率。
3 高频振荡接近开关控制自动加油器方案的确定
针对前期核电厂自动加油器控制方案的缺陷，结合核电厂特殊结构和耐辐照、抗震等要求，通过对设备的调研，确定了引入高频振荡接近开关信号，实现控制自动加油器的方案。
3.1 设计原理
引入高频振荡型接近开关，该接近开关工作原理为：振荡器产生一个交变磁场，当无金属目标接近该交变磁场时候，该磁场信号强度保持稳定（见图2）；当金属目标接近这一磁场并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振（见图3）。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，可触发驱动控制器件（继电器）。
3.2 技术方案
基于此原理，在风机出口逆止风阀转轴处固定一圆弧形挡板并与振荡接近开关保持适当距离。由于振荡器会产生一个交变磁场，当金属目标接近这一磁场并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。
风机的启停会导致风机出口逆止风阀转轴的转动，进而引起圆弧形挡板与接近开关距离的变化引发信号振荡衰减，即利用高频振荡型接近开关检测风机启停。
将接近开关的信号連接至自动加油器控制柜继电器，当风机带电运行时，高频振荡型接近开关检测到风机转动，使控制箱内达到继电器处于动作状态，自动加油器工作；当风机处于停止状态，高频振荡型接近开关检测到风机停止，使控制箱内的继电器处于复位状态，加油器停止工作，从而实现自动加油控制。
自动加油器电气控制图如图4所示。
4 应用效果
创新了该核电厂风机自动加油器控制方案，有效解决了前期核电厂自动加油器易误动的问题，提高了控制的安全性、可靠性，为推进工程建设做出了积极贡献。此外，该自动加油器控制方案也可作为后续核电站的参考方案或直接使用。
该方案实施后，系统经济安全、运行稳定，保障有力，主要体现在以下几个方面：
①本控制方案无须从DCS将上游电源电气盘柜反馈信号送至自动加油器PLC，解决了电气盘柜试验位动作而导致自动加油器运行的难题，有效避免了设备误动作的风险。
②与参考电站相比，采用高频振荡型接近开关控制的核辅助厂房通风系统 6600V风机自动加油方案简单，设备运行稳定、可靠，控制灵敏，精度高。
③节约工程成本。节约控制电缆从电气厂房11.5m，引至核辅助厂房11.5m的约300m的控制电缆长度的铺设，节约了托盘的安装，减少了房间之间的土建开孔及电缆敷设后孔洞封堵，节省工程成本。
④该控制方案后续试验步骤简洁快速，设备调试时间短。某核电厂1号机该控制设备在机组装料前一周到货，但设备安装调试测试简洁，未影响机组装料。
⑤相关成果已直接应用于某核电厂1/2号机，经过一个燃料周期运行该控制方法稳定、灵敏度高，设备简单，调试工期短，节省了装料、临界及商运等调试工期。
⑥后续在进行风机自动加油器控制设计时，可直接使用该控制方案。
5 总结分析
本方法在理论、实际试验中均满足要求，且经过某核电厂1号机一个燃料周期的运行考验及多次定期试验中验证，均满足要求，同时首次有效解决了电气盘柜试验位动作和下游加油器真实动作的矛盾。该控制方案创新点如下：
①利用高频振荡开关和风机运行止回阀动作之间距离变化引起信号衰减振荡关系解决了风机自动加油器的控制问题，经长时间的运行考验，本装置运行稳定，验证了其可靠性；
②该方法首次从根本上解决了当风机上游电气盘柜处于实验位动作而现场电机未动作，由电气盘柜反馈信号作为自动加油器动作信号带来的风险，提高了安全性。
③该方法中的控制信号并不进入DCS信号，相比参考核电站，减少了DCS输入输出端口，减小了DCS的复杂性和烦琐度，有效地避免了信号的错乱，提高了工程的经济性。
④相比将信号从DCS引至就地自动加油器，该方法有效地避免了房间之间的土建开孔和电缆托盘的安装，节约了工程成本；
⑤该方法可靠、经济兼具安全性，有较高的推广应用价值，该方案适用于后续国内二代加、三代等不同技术路线的核电机组。
6 结语
该研究实施前，通过充分研究分析以及多次试验论证，采用了技术合理可行且经济安全的自动加油器方案，改进了在核电风机自动加油控制方面的缺陷。经实践验证，该控制方案控制灵敏，运行稳定，方法简单可靠，满足核电厂对设备的特殊要求。该控制方案的成功引入及运用，节省了装料、临界及商运关键路径调试工期，同时节约土建、安装等工程成本，可较好地指导后续机组的自动加油器控制方案的设计和调试启动工作。
【摘 要】核辅助厂房通风系统为整个核电站核辅助厂房和反应堆厂房提供通风换气、加热、制冷、过滤、负压维持等功能，该系统风机设计有自动加油器。论文从前期项目采用的控制方案出发，分析论证该方案的缺陷和不足之处，并针对这些问题引入高频振荡接近开关的控制方案。运行实践表明，该方案经济可靠，实用性强，能有效保证核电厂核辅助厂房通风系统风机的运行安全，后续核电项目亦可参考借鉴。
【Abstract】Nuclear auxiliary building ventilation system takes the function of air exchange， heating， cooling， filtrating and keeping negative pressure for the whole nuclear auxiliary building and reactor building. The fan of the system is designed with automatic oiler. Starting from the control scheme adopted in the earlier project， this paper analyzes and proves the defects and shortcomings of the project， and introduces the control scheme of high frequency oscillation approaching switch for these problems. And the operation practice shows that this control project is economically， reliable， and has high practicability， can efficiency ensure the safety of fan. It also has reference value for the future nuclear power project.
【關键词】核电厂；风机自动加油 ；高频振荡接近开关
【Keywords】nuclear power plant； fan automatic refueling； high frequency oscillation approaching switch
【中图分类号】F407.23 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0170-03
1 引言
核电厂核辅助厂房通风系统为整个核电站最大的通风系统，为整个核电站核辅助厂房和反应堆厂房提供通风换气、加热、制冷、过滤、负压维持等功能，在核电站正常运行期间或者冷停堆换料期间，该系统持续处于运行状态，以维持人员和设备可接受的环境。
由于该通风系统运行期间所服务空间大，设备多，故该通风系统风量大（共三台排风机，单台风机排风量约为100000m3/h），电机配备为6600V三相异步电动机，且在核电站运行期间，系统持续处于运行状态，无法停运设备给予维护润滑，故在设计时，该风机配备有自动加油器。
某核电厂采用我国自主品牌的改进型先进压水堆核电技术路线—CPR1000，为商用核电站。在该核电厂核辅助厂房通风系统自动加油控制方案改进之前，各核电厂均使用从该风机的上游供电盘柜接电源抽屉反馈信号作为自动加油器启停信号的方案。但该方案存在风机上游电气抽屉在试验位启动而现场实际未启动时，电源抽屉动作引发反馈导致自动加油器误动作的缺陷。
针对上述问题，经过分析论证，引入高频振荡接近开关控制自动加油器启停，解决风机在试验位动作而实际未启动时，自动加油器动作的难题，避免设备误动作，降低设备损坏机率和人身伤害风险。
2 风机自动加油器及前期核电厂自动加油器控制方案简介
风机自动加油器安装于风机房间内，由PLC、油泵、润滑油管、润滑油罐等组成，其供电电源为AC220V动力电源，PLC内部安装有变压器，将动力电源经过变压器变为DC24V和原AC220V电源，DC24V为控制电源，AC220V为油泵动力电源，根据上游送来的风机启停信号通过继电器由经过变压的DC24V控制该油泵的动力电源进而控制油泵的启停，从而实现自动加油器和风机的同步运行。
在前期核电厂自动加油器控制方案中，该风机的启停信号来自风机的上游供电盘柜接电源抽屉反馈信号送入核电厂数字化仪控系统（以下简称DCS），经过DCS运算后发出信号至自动加油器控制单元（以下简称PLC）控制自动加油器启停（见图1）：
但采用此方案时的缺陷在于，当风机上游供电盘柜电气抽屉处于试验位动作（即由于试验需要，将电气盘柜抽屉送入，但未将电气抽屉控制旋钮转至WORK位，而是处于TEST位，此时如有设备启动命令，电气抽屉内DC110V接触器会闭合，抽屉发出反馈信号亦为启动状态，但是动力电源仍未接通，下游工艺设备依然未真实启动）时，电气抽屉运行反馈依然会送至DCS，DCS根据反馈信号将风机启动信号发至自动加油器PLC，由于自动加油器AC220V一直处于供电状态，此时下游加油器依然会自动启动加油。即：上游盘柜并未给风机送动力电，风机实际未运行，但是此时自动加油器却启动运行。而设计中却要求在风机未启动时，自动加油器不能运行以防止过度润滑造成设备振动高、轴承超温等设备损坏。
基于此，迫切的需要设计一种自动加油器控制方案，使得上游电源处于试验位运行时，下游自动加油器能识别且不能动作，以降低设备损坏的机率。
3 高频振荡接近开关控制自动加油器方案的确定
针对前期核电厂自动加油器控制方案的缺陷，结合核电厂特殊结构和耐辐照、抗震等要求，通过对设备的调研，确定了引入高频振荡接近开关信号，实现控制自动加油器的方案。
3.1 设计原理
引入高频振荡型接近开关，该接近开关工作原理为：振荡器产生一个交变磁场，当无金属目标接近该交变磁场时候，该磁场信号强度保持稳定（见图2）；当金属目标接近这一磁场并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振（见图3）。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，可触发驱动控制器件（继电器）。
3.2 技术方案
基于此原理，在风机出口逆止风阀转轴处固定一圆弧形挡板并与振荡接近开关保持适当距离。由于振荡器会产生一个交变磁场，当金属目标接近这一磁场并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。
风机的启停会导致风机出口逆止风阀转轴的转动，进而引起圆弧形挡板与接近开关距离的变化引发信号振荡衰减，即利用高频振荡型接近开关检测风机启停。
将接近开关的信号連接至自动加油器控制柜继电器，当风机带电运行时，高频振荡型接近开关检测到风机转动，使控制箱内达到继电器处于动作状态，自动加油器工作；当风机处于停止状态，高频振荡型接近开关检测到风机停止，使控制箱内的继电器处于复位状态，加油器停止工作，从而实现自动加油控制。
自动加油器电气控制图如图4所示。
4 应用效果
创新了该核电厂风机自动加油器控制方案，有效解决了前期核电厂自动加油器易误动的问题，提高了控制的安全性、可靠性，为推进工程建设做出了积极贡献。此外，该自动加油器控制方案也可作为后续核电站的参考方案或直接使用。
该方案实施后，系统经济安全、运行稳定，保障有力，主要体现在以下几个方面：
①本控制方案无须从DCS将上游电源电气盘柜反馈信号送至自动加油器PLC，解决了电气盘柜试验位动作而导致自动加油器运行的难题，有效避免了设备误动作的风险。
②与参考电站相比，采用高频振荡型接近开关控制的核辅助厂房通风系统 6600V风机自动加油方案简单，设备运行稳定、可靠，控制灵敏，精度高。
③节约工程成本。节约控制电缆从电气厂房11.5m，引至核辅助厂房11.5m的约300m的控制电缆长度的铺设，节约了托盘的安装，减少了房间之间的土建开孔及电缆敷设后孔洞封堵，节省工程成本。
④该控制方案后续试验步骤简洁快速，设备调试时间短。某核电厂1号机该控制设备在机组装料前一周到货，但设备安装调试测试简洁，未影响机组装料。
⑤相关成果已直接应用于某核电厂1/2号机，经过一个燃料周期运行该控制方法稳定、灵敏度高，设备简单，调试工期短，节省了装料、临界及商运等调试工期。
⑥后续在进行风机自动加油器控制设计时，可直接使用该控制方案。
5 总结分析
本方法在理论、实际试验中均满足要求，且经过某核电厂1号机一个燃料周期的运行考验及多次定期试验中验证，均满足要求，同时首次有效解决了电气盘柜试验位动作和下游加油器真实动作的矛盾。该控制方案创新点如下：
①利用高频振荡开关和风机运行止回阀动作之间距离变化引起信号衰减振荡关系解决了风机自动加油器的控制问题，经长时间的运行考验，本装置运行稳定，验证了其可靠性；
②该方法首次从根本上解决了当风机上游电气盘柜处于实验位动作而现场电机未动作，由电气盘柜反馈信号作为自动加油器动作信号带来的风险，提高了安全性。
③该方法中的控制信号并不进入DCS信号，相比参考核电站，减少了DCS输入输出端口，减小了DCS的复杂性和烦琐度，有效地避免了信号的错乱，提高了工程的经济性。
④相比将信号从DCS引至就地自动加油器，该方法有效地避免了房间之间的土建开孔和电缆托盘的安装，节约了工程成本；
⑤该方法可靠、经济兼具安全性，有较高的推广应用价值，该方案适用于后续国内二代加、三代等不同技术路线的核电机组。
6 结语
该研究实施前，通过充分研究分析以及多次试验论证，采用了技术合理可行且经济安全的自动加油器方案，改进了在核电风机自动加油控制方面的缺陷。经实践验证，该控制方案控制灵敏，运行稳定，方法简单可靠，满足核电厂对设备的特殊要求。该控制方案的成功引入及运用，节省了装料、临界及商运关键路径调试工期，同时节约土建、安装等工程成本，可较好地指导后续机组的自动加油器控制方案的设计和调试启动工作。
