秦山核電站下泄背壓調節閥控制系統改進(jìn)

　　下泄背壓調節閥控制系統能夠穩定下泄管段孔板后的壓力，文章針對秦山核電站中系統功能冗余、電位被鉗的問(wèn)題，提出了解決方案。該方案刪除了固態(tài)邏輯組件、主控跟蹤卡，轉移了跟蹤卡取值位置，并在實(shí)際應用中運行良好。

　　為了保持控制器輸出信號不發(fā)生突變，避免給系統帶來(lái)干擾，控制系統通常采用無(wú)擾動(dòng)切換。無(wú)擾動(dòng)切換技術(shù)是指兩個(gè)一樣的控制設備(或回路)互為備用;在正常情況下，一個(gè)控制設備(或回路)使用，另一個(gè)控制設備(或回路)備用;出現故障時(shí)，切換啟用備用設備(或回路)。由于兩個(gè)控制設備(或回路)一樣，因此切換時(shí)不發(fā)生干擾和突變。

　　在核電廠(chǎng)中，化學(xué)和容積控制系統通過(guò)上充和下泄使穩壓器中的液位維持在額定設計變化范圍內。下泄背壓調節閥位于化學(xué)和容積控制系統下泄管段降壓孔板后，其作用在于控制下泄流壓力。在反應堆滿(mǎn)水情況下，該閥門(mén)可以控制反應堆冷卻劑系統的壓力。該閥門(mén)為核安全3級。秦山一期核電站采用主、應控雙回路控制下泄背壓調節閥，以實(shí)現無(wú)擾動(dòng)切換;但在實(shí)際應用中出現主、應控模式均無(wú)法控制該閥門(mén)的情況。

1、下泄背壓調節閥控制系統原理

　　下泄背壓調節閥前段壓力變送器送出的信號控制閥門(mén)至一定開(kāi)度，以達到控制降壓孔板后至一定壓力的目的。無(wú)擾動(dòng)切換是下泄背壓調節閥控制系統的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現無(wú)擾動(dòng)切換，系統采用了主控和應控兩個(gè)控制回路，控制系統原理圖和控制系統接線(xiàn)圖如圖1和圖2所示。

圖1 下泄背壓調節閥控制系統原理圖

　　該控制系統由壓力傳感器、信號隔離器(信號轉換模塊)、可編程程序控制器(調節卡)、跟蹤卡、手自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)、固態(tài)邏輯組件、繼電器邏輯組件包以及主應控選擇開(kāi)關(guān)組成。

　　固態(tài)邏輯組件由門(mén)電路構成，作用在于將開(kāi)關(guān)信號轉變?yōu)殡妷盒盘?繼電器邏輯組件包含有一個(gè)繼電器并帶有4副觸點(diǎn)，根據輸入觸點(diǎn)情況開(kāi)關(guān)、閉合輸出觸點(diǎn)。

　　壓力傳感器測量下泄管段孔板后的壓力值，并將測量值以4～20mA的信號經(jīng)過(guò)信號隔離器隔離后，分別送到主控、應控兩回路。

　　在主控回路中，4～20mA的測量值經(jīng)過(guò)I/V模塊轉成信號輸入主控調節卡。主控調節卡首先將測量值與期望值做差，再對差值做PID運算。調節卡的輸出由手自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)控制。當手自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)在“自動(dòng)”位置時(shí)，調節卡直接輸出到繼電器邏輯組件2+端;當手自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)在“手動(dòng)”位置時(shí)，已設置好的電流源輸入繼電器邏輯組件2+端，再由2-端輸出控制下泄背壓調節閥。該系統使用繼電器邏輯組件的端子1+、2+、2-、3+、5和6。1+端連接控制主應控切換開(kāi)關(guān)，2+端連接主控調節卡，3+端連接應控調節卡，5端通過(guò)固態(tài)邏輯組件連接主控跟蹤卡，6端通過(guò)固態(tài)邏輯組件連接應控跟蹤卡，2-端輸出信號經(jīng)信號轉換模塊連接至控制閥。5端與6端的電平始終相反。當端子5電壓為15V時(shí)，與之連接的主控跟蹤卡無(wú)跟蹤功能;此時(shí)，6端電壓為0V，應控跟蹤卡有跟蹤功能，跟蹤主控調節卡的輸出。反之，如果5端電壓為0V，主控跟蹤卡工作，跟蹤應控調節卡的輸出;而6端電壓為15V，應控跟蹤卡不工作。

圖2 下泄背壓調節閥控制系統接線(xiàn)圖

　　正常情況系統在主控模式下運行。此時(shí)，2+、2-為常閉觸點(diǎn)，3+、2-為常開(kāi)觸點(diǎn)，6端為低電平時(shí)，觸發(fā)應控跟蹤卡工作。應控跟蹤卡的輸入引自繼電器邏輯組件2-端，輸出到3+端，使得2+端和3+端電位相同，實(shí)現跟蹤主控調節卡的功能。

　　當主應控切換開(kāi)關(guān)打到應控模式時(shí)，3+、2-觸點(diǎn)閉合，2+、2-觸點(diǎn)打開(kāi)。由于3+、2+電位相同，因此能夠實(shí)現無(wú)擾動(dòng)切換。應控模式下，6端為低電平，觸發(fā)主控跟蹤卡與應控調節卡協(xié)調工作。同樣實(shí)現2+端和3+端電位相同，保證無(wú)擾動(dòng)切換。

　　但是任何時(shí)候，系統只能在一種模式下工作，只能有一個(gè)跟蹤卡工作。

2、存在的問(wèn)題

2.1、問(wèn)題描述

　　核電廠(chǎng)在運行時(shí)，出現“下泄控制閥前壓力正偏差”、“下泄控制閥前壓力高”報警，下泄控制閥故障全關(guān)，主控手動(dòng)無(wú)法打開(kāi)。切換到應控模式仍然無(wú)法操作。指導檢修人員更換控制回路跟蹤卡件后，下泄背壓調節閥的主控、應控手動(dòng)開(kāi)關(guān)才正常。

2.2、問(wèn)題分析

　　事故后發(fā)現主控跟蹤卡發(fā)生故障，驅動(dòng)輸入端電位始終為10V。從而導致與之連接的應控跟蹤卡輸入端、繼電器邏輯組件的輸入端電位鉗為10V。該問(wèn)題的背后反映出系統設計中存在下列深層原因：

　　1)功能冗余，部分設備可以刪除。固態(tài)邏輯組件的功能是將繼電器邏輯組件輸出(5+、5-和6+、6-)的開(kāi)關(guān)信號轉變?yōu)殡妷盒盘�，然后送到跟蹤�?3+、3-)。但是，跟蹤卡內部的電路結構能夠實(shí)現將開(kāi)關(guān)信號轉變?yōu)殡妷盒盘�。因此固態(tài)邏輯組件功能冗余，可以刪除。

　　2)主控、應控雙控模式不是互為備用的關(guān)系。核電廠(chǎng)正常運行時(shí)，操縱員都在主控制室對設備進(jìn)行監視和操縱。應急控制室需要跟蹤主控制室，以實(shí)現無(wú)擾動(dòng)切換。只有當主控制室不可用時(shí)，才切換到應急控制室。此時(shí)，操縱員會(huì )把電廠(chǎng)引入安全停堆狀態(tài)。原設計中，主控室跟蹤應控室調節器輸出是為了實(shí)現無(wú)擾動(dòng)切換。但在實(shí)際中，當核電廠(chǎng)工作在應控模式下時(shí)，已說(shuō)明主控室不可使用。因此，主控室沒(méi)有必要跟蹤應控室控制器的輸出值，應刪除主控跟蹤卡，簡(jiǎn)化控制系統，減少電路的故障率。

　　3)跟蹤卡取值處不當，易造成電位被鉗。原系統將兩個(gè)跟蹤卡的取值處、繼電器邏輯組件輸出端和下泄背壓調節閥的輸入端連接在一起。只要任何一路出現故障，就容易造成電位被鉗，使得控制回路被“短路”，從而出現主應控、手自動(dòng)均無(wú)法控制的現象。

　　因此，跟蹤卡的取值處應選擇在合適的位置，且不能影響系統無(wú)擾動(dòng)切換。

3、改進(jìn)方案

　　針對上述存在的問(wèn)題，做出如下改進(jìn)方案：

　　1)刪除主控跟蹤卡。主控室沒(méi)有必要跟蹤應控室，故刪除主控跟蹤卡。

　　2)刪除固態(tài)邏輯組件。本系統選用Foxboro公司生產(chǎn)的2AX+DSS型固態(tài)邏輯組件。該組件內部電路的輸入端存在一個(gè)+15V電壓，能將開(kāi)關(guān)信號轉變?yōu)殡妷盒盘�。因此可以刪除固態(tài)邏輯組件。繼電器邏輯組件6+、6-端與應控跟蹤卡的3+、3-端直接相連。

　　3)跟蹤卡的取值處選擇在調節卡輸出端。應控跟蹤卡的驅動(dòng)輸入端1+直接與主控調節卡輸出端2+相連。此舉避免了多點(diǎn)交叉電位被鉗，避免了控制回路被短路。

　　改進(jìn)之后，下泄背壓調節閥控制系統原理圖和控制系統接線(xiàn)圖如圖3和圖4所示。將圖1、圖2與圖3、圖4比較，改進(jìn)后的下泄背壓調節閥控制系統同樣能夠實(shí)現無(wú)擾動(dòng)切換，并且精簡(jiǎn)了設備，簡(jiǎn)化了系統，減少了發(fā)生故障的概率。

圖3 改進(jìn)后的下泄背壓調節閥控制系統原理圖

圖4 改進(jìn)后的下泄背壓調節閥控制系統接線(xiàn)圖

4、驗證與總結

　　原來(lái)設計的秦山一期核電站下泄背壓調節閥具有無(wú)擾動(dòng)切換的功能，但是在實(shí)際運行中發(fā)生了由于電位被鉗導致主應控無(wú)法工作的故障。

　　文章針對此問(wèn)題，分析產(chǎn)生故障的原因，提出改進(jìn)方案，刪除固態(tài)邏輯門(mén)電路，刪除主控跟蹤卡，精簡(jiǎn)設備，簡(jiǎn)化系統;并將跟蹤卡的取值處轉移到調節卡輸出端，避免電壓被鉗住。

　　改進(jìn)后的下泄背壓調節閥控制方案既保證了原有的功能和優(yōu)點(diǎn)，又簡(jiǎn)化了系統，精簡(jiǎn)了設備，從而降低故障發(fā)生率。改進(jìn)后的方案在秦山一期核電站運行良好。