核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)科技創(chuàng)新

相溢炯

核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)科技創(chuàng)新

相溢炯

He dian chang shu zi hua yi kong xi tong ke ji chuang xin

核電廠是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中的重要內(nèi)容，結(jié)合核電廠的實(shí)際運(yùn)行和發(fā)展情況，對(duì)儀控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造和科技創(chuàng)新，使其與機(jī)組安全運(yùn)行要求相符合，并充分發(fā)揮監(jiān)測、控制和保護(hù)功能，對(duì)維修過程進(jìn)行優(yōu)化，具有積極意義。數(shù)字化儀控系統(tǒng)，能夠保障核電站運(yùn)行過程中的安全性和可靠性。但是其在機(jī)組調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用過程中仍然存在諸多問題。核電站負(fù)責(zé)人要認(rèn)識(shí)到數(shù)字化儀控系統(tǒng)在核電廠實(shí)際運(yùn)營和發(fā)展過程中的重要作用，并對(duì)其各項(xiàng)功能進(jìn)行不斷優(yōu)化和改進(jìn)，保障儀控系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量，推進(jìn)核電廠的穩(wěn)定運(yùn)行和發(fā)展，充分發(fā)揮數(shù)字化儀控系統(tǒng)的控制保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一、數(shù)字化儀控系統(tǒng)構(gòu)成

核電站運(yùn)行過程中，核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)對(duì)核電站的日常運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)各個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免機(jī)組與實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)行工況不符合。安全儀控系統(tǒng)和反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)需滿足核電站的安全要求。1.控制反應(yīng)性，使核反應(yīng)堆處于次臨界。2.導(dǎo)出堆芯熱量。3.使核反應(yīng)堆三道屏障處于穩(wěn)定狀態(tài)，以對(duì)放射性釋放進(jìn)行有效控制。4.執(zhí)行安全功能。數(shù)字化儀控設(shè)備在專用儀控系統(tǒng)中應(yīng)用也比較普遍。

二、數(shù)字化儀控系統(tǒng)科技創(chuàng)新

1.儀控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和供貨改進(jìn)案例

（1）降低控制棒控制通道故障。借助超聲波對(duì)模件插件進(jìn)行清洗、改造電子設(shè)備通風(fēng)系統(tǒng)、對(duì)模板整改問題進(jìn)行有效控制，從而避免信號(hào)傳輸和模件故障，使模件達(dá)到良好的應(yīng)用效果，有效控制反應(yīng)堆功率。改進(jìn)和優(yōu)化系統(tǒng)，能夠?qū)刂瓢敉ǖ老到y(tǒng)進(jìn)行有效控制，避免非計(jì)劃停堆。

（2）創(chuàng)新重要儀表模擬量輸入信號(hào)。核電站受自身?xiàng)l件的局限，無法對(duì)安全系統(tǒng)儀表進(jìn)行定期檢查和通道校準(zhǔn)。技術(shù)人員可以應(yīng)用新型信號(hào)交叉方式對(duì)變送器和信號(hào)通道進(jìn)行監(jiān)控，有效避免人為檢查過程中的失誤，使反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)時(shí)刻處于良好狀態(tài)。技術(shù)人員可以在數(shù)學(xué)公式推算和交叉比較結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新和應(yīng)用。

（3）停堆斷路器控制回路設(shè)計(jì)。某核電站在機(jī)組反應(yīng)堆保護(hù)-預(yù)保護(hù)執(zhí)行系統(tǒng)定期試驗(yàn)中，一機(jī)柜中停堆斷路器K1發(fā)生異常，導(dǎo)致控制棒下滑，影響反應(yīng)堆功率，削弱了回路壓力，使反應(yīng)堆發(fā)生非計(jì)劃停堆。技術(shù)人員要優(yōu)化停堆斷路器控制回路，將停堆斷路器一次驗(yàn)證數(shù)量控制為一個(gè)，并降低系統(tǒng)誤動(dòng)率。

（4）改進(jìn)汽輪機(jī)和旁排控制系統(tǒng)。汽輪機(jī)和旁排控制系統(tǒng)調(diào)試過程中的問題，不僅會(huì)干擾工程進(jìn)度，同時(shí)，也會(huì)影響控制系統(tǒng)功能及性能指標(biāo)。在汽輪機(jī)控制器中，可以引入反應(yīng)堆快速預(yù)保護(hù)信號(hào)和汽水分離器溫度點(diǎn)，對(duì)甩負(fù)荷觸發(fā)信號(hào)定值和開關(guān)量信號(hào)通道回路自檢功能進(jìn)行確定，對(duì)旁排閥關(guān)閉問題和甩負(fù)荷觸發(fā)信號(hào)冗余度低進(jìn)行改進(jìn)，提高汽輪機(jī)和旁排控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行質(zhì)量，達(dá)到良好的應(yīng)用效果。

（5）引入DAS系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)共模故障。DAS系統(tǒng)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能，即當(dāng)電廠參數(shù)超過設(shè)定值時(shí)，提供多樣性的、冗余的自動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來使反應(yīng)堆停堆或驅(qū)動(dòng)選定的專設(shè)安全設(shè)施；手動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能，即為停堆和選定的專設(shè)安全設(shè)施

驅(qū)動(dòng)提供獨(dú)立的、基于硬接線的、手動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能；顯示和報(bào)警功能，即為選定的電廠參數(shù)提供專門的、獨(dú)立的顯示。數(shù)字化保護(hù)和安全監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮共模故障，尤其是軟件共模故障問題，應(yīng)對(duì)共模故障的最有效手段為多樣性設(shè)計(jì)。引入多樣性系統(tǒng)，可減小主保護(hù)系統(tǒng)故障引起的嚴(yán)重事故概率。

2.儀控系統(tǒng)功能運(yùn)行和維護(hù)創(chuàng)新案例

（1）優(yōu)化控制棒綜合試驗(yàn)占用大修主線時(shí)間。控制線棒綜合試驗(yàn)是核電站大修過程中的具體內(nèi)容，占用大修主線時(shí)間比較長。對(duì)冷卻劑溫度、堆芯硼酸濃度和控制棒位置等參數(shù)對(duì)反應(yīng)堆反應(yīng)性的干擾進(jìn)行分析，并對(duì)其進(jìn)行量化計(jì)算。表明，反應(yīng)堆-回路加熱過程中，成組提升控制棒與技術(shù)規(guī)格書要求相符合。依據(jù)該結(jié)果，在反應(yīng)堆-回路加熱過程中進(jìn)行控制棒成組試驗(yàn)和落棒試驗(yàn)，避免對(duì)主線大修時(shí)間進(jìn)行占用。經(jīng)過優(yōu)化之后，主線占用時(shí)間轉(zhuǎn)化為0，既簡化了大修過程，也提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（2）研發(fā)安全儀控系統(tǒng)多功能測試和診斷培訓(xùn)平臺(tái)。對(duì)系統(tǒng)模件功能和特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)其實(shí)際工作環(huán)境進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)多功能平臺(tái)研發(fā)。該平臺(tái)功能比較多樣化，包括測試功能、故障診斷功能、培訓(xùn)功能等，提高了儀控系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全性和可靠性，也有助于檢修周期控制。該平臺(tái)無論是測試、診斷、培訓(xùn)功能集成，還是測試系統(tǒng)、培訓(xùn)功能等設(shè)計(jì)都極具創(chuàng)新性，推動(dòng)了核電廠快速運(yùn)營和發(fā)展。

（3）研發(fā)儀控系統(tǒng)維護(hù)培訓(xùn)臺(tái)架。該培訓(xùn)平臺(tái)的功能比較多樣化。能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)軟/硬件檢查、儀控邏輯和畫面變更執(zhí)行等，也能夠?qū)x控邏輯功能進(jìn)行驗(yàn)證。其有效避免了檢修過程中的人為性失誤，保障了運(yùn)行儀控TXP系統(tǒng)維護(hù)工作的順利推進(jìn)。

（4）研發(fā)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力電源控制模件測試工具。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要電源來源是動(dòng)力電源模件。它應(yīng)用手動(dòng)執(zhí)行定期測試工作。技術(shù)人員可以對(duì)自動(dòng)測試工具進(jìn)行研發(fā)，以自動(dòng)測試模件，實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)自動(dòng)分析，并得出分析結(jié)論。該工具圖形化人機(jī)接口和各項(xiàng)數(shù)據(jù)管理功能兼?zhèn)洌瓤勺詣?dòng)測試，也可手動(dòng)操作。操作過程比較簡單，功能也相對(duì)齊全，能夠?qū)Π踩匾＜M(jìn)行明確了解。

（5）優(yōu)化主冷卻劑泵徑向止推軸承釋熱監(jiān)測參數(shù)。該核電站借助冷卻系統(tǒng)出口溫度計(jì)對(duì)主冷卻劑泵徑向止退軸承釋熱功率進(jìn)行檢測，在管道法蘭上對(duì)溫度計(jì)進(jìn)行安裝，借助法蘭金屬溫度測量得出冷卻系統(tǒng)出口溫度，并不能夠?qū)χ鞅脧较蛑雇戚S承異常進(jìn)行良性監(jiān)控。工作人員可以對(duì)檢測點(diǎn)和保護(hù)套管進(jìn)行增加，或?qū)囟扔?jì)測量方法進(jìn)行優(yōu)化等，實(shí)現(xiàn)釋熱率測量，以滿足機(jī)組運(yùn)行訴求。該優(yōu)化方案的創(chuàng)新性主要表現(xiàn)在數(shù)學(xué)模型構(gòu)建和邏輯圖實(shí)現(xiàn)、對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)在線采集等方面。能夠?qū)Υ箅姍C(jī)摩擦副監(jiān)測問題進(jìn)行有效解決，實(shí)現(xiàn)同類型監(jiān)測優(yōu)化。

（6）創(chuàng)新主蒸汽流測量方法。該核電站將SDF元件設(shè)置在主蒸汽管線上，對(duì)主蒸汽流量進(jìn)行測試，流量和管線震動(dòng)比較大，使SDF斷裂問題頻發(fā)，無法從根本上測定主蒸汽流量，且斷裂SDF元件的沖擊性也會(huì)干擾下游汽輪機(jī)的安全。合理分析蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)，對(duì)蒸汽發(fā)生器上部設(shè)備的節(jié)流特點(diǎn)進(jìn)行合理分析，從而借助科學(xué)合理的計(jì)算得出主蒸汽流量，標(biāo)定之后，得出科學(xué)的流量參數(shù)值，能夠有效避免管道新增測量元件損耗問題和斷裂過程中產(chǎn)生異物。

三、結(jié)語

綜上所述，數(shù)字化儀控系統(tǒng)科技創(chuàng)新是核電站發(fā)展過程中的必然。數(shù)字化儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、供貨、運(yùn)行、維修與核電站機(jī)組生產(chǎn)過程檢測控制訴求相匹配，使數(shù)字化儀控系統(tǒng)的功能更加全面，維修過程和維修方法也更加合理，使機(jī)組時(shí)刻處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，推進(jìn)了核電廠各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行，在我國核電站運(yùn)營和發(fā)展過程中具有重要意義。

（作者單位：中核控制系統(tǒng)工程有限公司）