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秦山核電站下泄背壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)改進(jìn)方案

發(fā)布于:2019/9/24 11:37:12 點(diǎn)擊量:134

    為了保持控制器輸出信號不發(fā)生突變,避免給系統(tǒng)帶來干擾,控制系統(tǒng)通常采用無擾動切換。無擾動切換技術(shù)是指兩個一樣的控制設(shè)備(或回路)互為備用;在正常情況下,一個控制設(shè)備(或回路)使用,另一個控制設(shè)備(或回路)備用;出現(xiàn)故障時,切換啟用備用設(shè)備(或回路)。由于兩個控制設(shè)備(或回路)一樣,因此切換時不發(fā)生干擾和突變。

    在核電廠中,化學(xué)和容積控制系統(tǒng)通過上充和下泄使穩(wěn)壓器中的液位維持在額定設(shè)計(jì)變化范圍內(nèi)。下泄背壓調(diào)節(jié)閥位于化學(xué)和容積控制系統(tǒng)下泄管段降壓孔板后,其作用在于控制下泄流壓力。在反應(yīng)堆滿水情況下,該閥門可以控制反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的壓力。該閥門為核安全3級。秦山一期核電站采用主、應(yīng)控雙回路控制下泄背壓調(diào)節(jié)閥,以實(shí)現(xiàn)無擾動切換;但在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)主、應(yīng)控模式均無法控制該閥門的情況。

    1 下泄背壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)原理

    下泄背壓調(diào)節(jié)閥前段壓力變送器送出的信號控制閥門至一定開度,以達(dá)到控制降壓孔板后至一定壓力的目的。無擾動切換是下泄背壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)無擾動切換,系統(tǒng)采用了主控和應(yīng)控兩個控制回路,控制系統(tǒng)原理圖和控制系統(tǒng)接線圖如圖1和圖2所示。

圖1 下泄背壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)原理圖

    該控制系統(tǒng)由壓力傳感器、信號隔離器(信號轉(zhuǎn)換模塊)、可編程程序控制器(調(diào)節(jié)卡)、跟蹤卡、手自動選擇開關(guān)、固態(tài)邏輯組件、繼電器邏輯組件包以及主應(yīng)控選擇開關(guān)組成。

    固態(tài)邏輯組件由門電路構(gòu)成,作用在于將開關(guān)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?;繼電器邏輯組件包含有一個繼電器并帶有4副觸點(diǎn),根據(jù)輸入觸點(diǎn)情況開關(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)過信號隔離器隔離后,分別送到主控、應(yīng)控兩回路。

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    在主控回路中,4~20mA的測量值經(jīng)過I/V模塊轉(zhuǎn)成信號輸入主控調(diào)節(jié)卡。主控調(diào)節(jié)卡首先將測量值與期望值做差,再對差值做PID運(yùn)算。調(diào)節(jié)卡的輸出由手自動選擇開關(guān)控制。當(dāng)手自動選擇開關(guān)在“自動”位置時,調(diào)節(jié)卡直接輸出到繼電器邏輯組件2+端;當(dāng)手自動選擇開關(guān)在“手動”位置時,已設(shè)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(diào)節(jié)閥。該系統(tǒng)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(yīng)控切換開關(guān),2+端連接主控調(diào)節(jié)卡,3+端連接應(yīng)控調(diào)節(jié)卡,5端通過固態(tài)邏輯組件連接主控跟蹤卡,6端通過固態(tài)邏輯組件連接應(yīng)控跟蹤卡,2-端輸出信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換模塊連接至控制閥。5端與6端的電平始終相反。當(dāng)端子5電壓為15V時,與之連接的主控跟蹤卡無跟蹤功能;此時,6端電壓為0V,應(yīng)控跟蹤卡有跟蹤功能,跟蹤主控調(diào)節(jié)卡的輸出。反之,如果5端電壓為0V,主控跟蹤卡工作,跟蹤應(yīng)控調(diào)節(jié)卡的輸出;而6端電壓為15V,應(yīng)控跟蹤卡不工作。

圖2 下泄背壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)接線圖

    正常情況系統(tǒng)在主控模式下運(yùn)行。此時,2+、2-為常閉觸點(diǎn),3+、2-為常開觸點(diǎn),6端為低電平時,觸發(fā)應(yīng)控跟蹤卡工作。應(yīng)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(xiàn)跟蹤主控調(diào)節(jié)卡的功能。

    當(dāng)主應(yīng)控切換開關(guān)打到應(yīng)控模式時,3+、2-觸點(diǎn)閉合,2+、2-觸點(diǎn)打開。由于3+、2+電位相同,因此能夠?qū)崿F(xiàn)無擾動切換。應(yīng)控模式下,6端為低電平,觸發(fā)主控跟蹤卡與應(yīng)控調(diào)節(jié)卡協(xié)調(diào)工作。同樣實(shí)現(xiàn)2+端和3+端電位相同,保證無擾動切換。

    但是任何時候,系統(tǒng)只能在一種模式下工作,只能有一個跟蹤卡工作。

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    2 存在的問題

    2.1 問題描述

    核電廠在運(yùn)行時,出現(xiàn)“下泄控制閥前壓力正偏差”、“下泄控制閥前壓力高”報(bào)警,下泄控制閥故障全關(guān),主控手動無法打開。切換到應(yīng)控模式仍然無法操作。指導(dǎo)檢修人員更換控制回路跟蹤卡件后,下泄背壓調(diào)節(jié)閥的主控、應(yīng)控手動開關(guān)才正常。

    2.2 問題分析

    事故后發(fā)現(xiàn)主控跟蹤卡發(fā)生故障,驅(qū)動輸入端電位始終為10V。從而導(dǎo)致與之連接的應(yīng)控跟蹤卡輸入端、繼電器邏輯組件的輸入端電位鉗為10V。該問題的背后反映出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在下列深層原因:

    1)功能冗余,部分設(shè)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-)的開關(guān)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?,然后送到跟蹤卡?+、3-)。但是,跟蹤卡內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)將開關(guān)信號轉(zhuǎn)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(yīng)控雙控模式不是互為備用的關(guān)系。核電廠正常運(yùn)行時,操縱員都在主控制室對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和操縱。應(yīng)急控制室需要跟蹤主控制室,以實(shí)現(xiàn)無擾動切換。只有當(dāng)主控制室不可用時,才切換到應(yīng)急控制室。此時,操縱員會把電廠引入安全停堆狀態(tài)。原設(shè)計(jì)中,主控室跟蹤應(yīng)控室調(diào)節(jié)器輸出是為了實(shí)現(xiàn)無擾動切換。但在實(shí)際中,當(dāng)核電廠工作在應(yīng)控模式下時,已說明主控室不可使用。因此,主控室沒有必要跟蹤應(yīng)控室控制器的輸出值,應(yīng)刪除主控跟蹤卡,簡化控制系統(tǒng),減少電路的故障率。

    3)跟蹤卡取值處不當(dāng),易造成電位被鉗。原系統(tǒng)將兩個跟蹤卡的取值處、繼電器邏輯組件輸出端和下泄背壓調(diào)節(jié)閥的輸入端連接在一起。只要任何一路出現(xiàn)故障,就容易造成電位被鉗,使得控制回路被“短路”,從而出現(xiàn)主應(yīng)控、手自動均無法控制的現(xiàn)象。

    因此,跟蹤卡的取值處應(yīng)選擇在合適的位置,且不能影響系統(tǒng)無擾動切換。

    3 改進(jìn)方案

    針對上述存在的問題,做出如下改進(jìn)方案:

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

    2)刪除固態(tài)邏輯組件。本系統(tǒng)選用Foxboro公司生產(chǎn)的2AX+DSS型固態(tài)邏輯組件。該組件內(nèi)部電路的輸入端存在一個+15V電壓,能將開關(guān)信號轉(zhuǎn)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(yīng)控跟蹤卡的3+、3-端直接相連。

    3)跟蹤卡的取值處選擇在調(diào)節(jié)卡輸出端。應(yīng)控跟蹤卡的驅(qū)動輸入端1+直接與主控調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)原理圖和控制系統(tǒng)接線圖如圖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(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)同樣能夠?qū)崿F(xiàn)無擾動切換,并且精簡了設(shè)備,簡化了系統(tǒng),減少了發(fā)生故障的概率。

圖3 改進(jìn)后的下泄背壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)原理圖

圖4 改進(jìn)后的下泄背壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)接線圖    

    4 驗(yàn)證與總結(jié)

    原來設(shè)計(jì)的秦山一期核電站下泄背壓調(diào)節(jié)閥具有無擾動切換的功能,但是在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生了由于電位被鉗導(dǎo)致主應(yīng)控?zé)o法工作的故障。

    文章針對此問題,分析產(chǎn)生故障的原因,提出改進(jìn)方案,刪除固態(tài)邏輯門電路,刪除主控跟蹤卡,精簡設(shè)備,簡化系統(tǒng);并將跟蹤卡的取值處轉(zhuǎn)移到調(diào)節(jié)卡輸出端,避免電壓被鉗住。

    改進(jìn)后的下泄背壓調(diào)節(jié)閥控制方案既保證了原有的功能和優(yōu)點(diǎn),又簡化了系統(tǒng),精簡了設(shè)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(yùn)行良好。




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