环形空间通风系统的控制系统调试问题分析与处理

昌薇薇 林 佳 胡 靖

摘要：“华龙一号”环形空间通风系统用于维持环形空间的负压，保证来自内层安全壳内部的空气在排放前经过过滤，从而减少放射性物质向环境的释放。因环形空间实际泄漏量受土建安装质量影响，环形空间通风系统应用自动变频控制实时调节系统输出能力去匹配实际泄漏率以维持环形空间的负压,针对调试实施过程中发现的系统在正常变频运行工况下系统设计和设备不满足要求的缺陷，调节变频控制系统的控制参数，修改变频风机控制逻辑，处理系统设计和设备缺陷，验证调试结果满足设计要求。

关键词：华龙一号；双层安全壳；变频控制系统；缺陷

概述

“华龙一号”核电机组采用了双层安全壳设计，外层安全壳除了能防止飞机撞击外，还能对裂变产物具有一定的包容、滞留和过滤作用。环形空间通风系统用于维持环形空间的负压，保证来自内层安全壳内部的空气在排放前经过过滤，从而减少放射性物质向环境的释放^[1]。 “华龙一号”首堆核电机组环形空间通风系统是首次将自动变频控制系统的通风系统应用于核岛厂房，变频控制系统参数无先例参考，同时环形空间实际泄漏量受土建安装质量影响，系统设计无法确定正常运行工况下风机运行工作点，环形空间通风系统应用自动变频控制实时调节系统输出能力去匹配实际泄漏率以维持环形空间的负压，环形空间通风系统的控制系统调试遇到下列缺陷问题，处理系统设计和设备缺陷，验证调试结果满足设计要求。

1流量开关在风机变频运行工况下无法满足设计要求

环形空间通风系统的控制逻辑是：正常系列变频风机出现故障时，系统切换到安全系列2碘过滤系列变频风机。如果安全系列2的变频风机发生故障，系统切换到安全系列1碘过滤系列变频风机。

环形空间通风系统正常系列变频风机运行时，维持环形空间负压在-100~-300Pa的范围时，变频风机运行频率为20Hz左右,风机流量开关动作，导致风机故障停运，然后联锁启动备用列风机，违背系统正常系列连续运行的设计要求，因此风机变频后各工况下流量开关不匹配问题严重影响系统的功能。

梳理风机厂家出厂的风机性能参数，以及流量开关的定值数据，此工况下流量开关数据符合要求。根据环形空间通风系统的安装布置，流量开关的正压侧引压口取自风机出口止回阀下游管道，负压侧引压口取自风机入口管道，风机在低频工况下运行，风量降低，相应通过止回阀的风速降低，止回阀开启角度减小，节流损失增大，因此流量开关测量的压差值远小于风机进出口压差，通过调试变更流程，将流量开关正压侧取压口移至风机出口与止回阀中间的平直管段，流量开关满足系统设计运行要求。

2止回阀逻辑在风机变频运行工况下无法满足设计要求

环形空间通风系统的控制逻辑是：正常系列变频风机出现故障时，系统切换到安全系列2碘过滤系列变频风机。如果安全系列2的变频风机发生故障，系统切换到安全系列1碘过滤系列变频风机。

环形空间通风系统风机排风至核辅助厂房通风系统的排风小室，后经烟囱排出，在机组正常运行工况下，环形空间通风系统维持环形空间负压-100Pa~-300Pa，其变频风机运行频率在20Hz左右，排风量约为200m³/h，因核辅助厂房通风系统的单台排风机风量为47000m³/h，核辅助厂房通风系统排风机启停过程中，导致排风小室背压变化，会通过环形空间通风系统排风管道影响变频风机出口止回阀状态，根据止回阀工作原理，当止回阀阀前形成正向压力且达到开启压差值时，阀板克服关闭力矩开启，阀板的开启角度随管道内风速的变化而变化，管道内风速大时阀板开启角度大，反之则开启角度小,因止回阀阀后背压突然增大会导致变频风机出口止回阀开限位信号存在短时间的扰动，联锁备用风机启动，为避免止回阀限位开关的扰动对系统运行的影响，止回阀开限位联锁逻辑增加20s延时,消除止回阀开限位信号的短时扰动,验证结果满足设计要求。

3变频风机控制参数调试优化

环形空间通风系统的控制逻辑是：正常系列变频风机出现故障时，系统切换到安全系列2碘过滤系列变频风机。如果安全系列2的变频风机发生故障，系统切换到安全系列1碘过滤系列变频风机。当正常系列风机出口止回阀开限位或风机电气运行信号消失时，联锁启动安全系列2风机，但联锁安全系列2风机时，风机变频启动到目的转速需要一定的启动时间，压力和风量才能建立，达到止回阀开启压差需要一定的时间，与设计给出的安全系列2风机出口止回阀限位触发延时开4s联锁安全系列1风机的要求不匹配，因此触发联锁安全系列1风机启动，导致安全系列2风机和安全系列1风机都启动运行，即设计的风机切换逻辑无法正确切换。调试风机变频器控制参数，修改变频风机安全启动速率和启动曲线，实测安全系列2风机变频启动时，出口止回阀开限位触发的时间，通过调试变更流程修改控制逻辑中延迟启动安全系列1风机的时间，风机切换满足设计要求。

华龙一号核电机组环形空间通风系统由3×100%变频风机系列组成，正常系列风机和安全系列1风机为A列风机，安全系列2风机为B列风机。风机对应环形空间压差传感器的引压管采用交叉取压方式布置，即正常列风机和安全系列1风机对应压差传感器从B列贯穿件处测量环形空间的压力，安全系列2风机对应压差传感器从A列贯穿件处测量环形空间压力。正常工况是正常系列风机运行，风机维持环形空间压力在-100~-300Pa的目标压力，而安全系列2的压差传感器受正常系列风机的影响，安全系列2的压差传感器测量值小于正常系列的压差传感器测量值，同时系统风机均处于自动控制状态，安全系列2风机受其控制器的积分作用影响，其控制器输出远小于实际能运行的输出，若此时正常系列风机故障时，自动切换至安全系列2风机，因安全系列2风机的变频器输出频率小，风机出口止回阀和流量开关均无法正常动作，导致系统无法正常运行，进而联锁启动安全系列1风机，系统切换逻辑无法满足设计要求。调试系统风机维持环形空间负压满足要求的频率下限，测试变频风机及其仪表正常运行的工作频率范围，设定变频器的最小输出频率，风机切换动作满足设计要求。

4 总结

为确保环形空间通风系统维持环形空间的负压，保证来自内层安全壳内部的空气在排放前经过过滤，从而减少放射性物质向环境的释放的功能符合设计要求，环形空间通风系统调试的关键在于其变频控制系统调试，针对系统变频运行工况下设计和设备缺陷，即环形空间通风系统根据环形空间实际泄漏量自动变频运行后，系统止回阀、流量开关应与变频风机运行参数能够匹配，调试变频控制系统的PID参数，确保环形空间通风系统连续运行维持环形空间负压，系统运行满足设计要求。

参考文献：

[1] 种毅敏, 石雪垚, 杨志义, 王海洋. 严重事故下开启双层安全壳环形空间通风过滤系统对缓解放射性向环境释放影响研究[J]．核科学与工程, 2016, 36(4):504-509.