核電站開關型儀表分析

李碩 白會賢 宋曉蘭

摘要：開關型儀表在核電站自動化領域應用廣泛，涉及壓力、溫度、流量、液位、濕度等參數。本文從開關型儀表在核電站應用現狀出發，闡述了開關型儀表的分類、選型、端接、回差原理，結合樣本分析了開關型儀表動作原理，及在現場施工調試過程中應用。為后續工程開關型儀表選型、施工文件設計提供了一定幫助。

關鍵詞：開關型儀表 端接 回差

0 引言

開關型儀表在核電站自動化監測、報警、控制等領域應用廣泛，為核電站各工藝系統安全可靠運行做出了巨大貢獻。因此了解掌握開關型儀表的動作原理及實現形式，是儀控設計的一個基礎工作。

本文闡述了開關型儀表的分類、核電站開關儀表的選型情況及相應開關儀表的動作原理，對開關型儀表的接線及回差作用進行了分析，并結合開關型儀表在現場調試過程中遇到的問題進行剖析。

1概況

開關型儀表是核電站儀表重要組成部分，本節主要從儀表分類和選型方面進行闡述。

1.1 分類

開關型儀表的選購可分為兩部分：主輔系統、通風系統。此外還有部分隨設備自帶或廠家單獨供貨儀表這里不再詳述。

主輔系統和通風系統開關儀表按照被測信號類型主要可分為SP、SN、ST、SD。

1.2 選型

以壓水堆核電站核島部分儀表選型為參考。

1.2.1主輔系統

主輔系統開關型儀表主要廠家及型號詳見表1.1 。

表1.1 主輔系統開關儀表選型

SP P96、1640

ST C96、BA96、RTNAA、WTZK-50-C

SD DW182N

SN XO75、XA15、NATDT 140-NATD2、FACC20、ENM-10、歐姆龍、VEGA

SZ BAT51-2、HBC

從表1.1看出，主輔系統開關型儀表選擇廠家及型號非常廣泛，這與核電站主輔系統工況復雜，被測介質多樣，工藝要求差距大有關。

1.2.2通風系統

通風系統開關型儀表主要廠家及型號詳見表1.2 。

表1.2 通風系統開關儀表選型

SP 1640

ST RTNAA-/ZTN-

SD 1640、 F62AA-9C、DTA29

SZ HBC

從表1.2看出，核島通風系統開關儀表的選型相對主輔系統要集中統一，這與通風系統的構成和功能有關，其工藝工況及對通風系統的測點要求類似。

2開關型儀表端接原理

在核電站控制電纜端接標準中，依據開關型儀表選型其端接大致可歸納為五種類型：開關型儀表端接標準、液位開關端接標準、浮子/浮筒式液位開關端接標準、空氣流量控制器端接標準、溫度開關端接標準。

2.1開關儀表端接原理

對于開關型儀表，根據工藝要求，在測定值滿足某閾值要求時輸出信號，完成設定動作。以開關報警功能為例，在DCS內不取反且不考慮單程回差影響情況下，無論是高動作儀表還是低動作儀表，只要取低報信號就取常閉觸點（3、30），反之取高報信號則取常開觸點（3、31）。即通常所說的“低報常閉，高報常開”。

2.2 回差

回差（接斷差）是為開關儀表在監測點防波動設置，是指開關設定動作值和復位值的差值。

3典型開關儀表動作分析

本節針對核電站典型開關儀表樣本為依據，具體分析儀表的內部動作機制。

3.1 溫度開關

溫度開關是一種用膜盒、隔膜、管道等作為感溫原件的開關，正常工作時，彈簧處于自由狀態，觸點處于閉合/斷開狀態，當溫度達到動作溫度時，彈簧原件受力帶動微動開關迅速動作，打開/閉合觸點，切斷/接通電路，如圖1所示：

圖1 RTNAA開關動作原理

接點方式：

常閉型——溫度上升，觸點斷開，溫度下降，觸點接通；

常開型——溫度上升，觸點接通，溫度下降，觸點斷開。

3.2 壓力開關

壓力開關采用高精度、高穩定性能的壓力傳感器和變送電路，再經專用CPU模塊化處理技術，實現對介質壓力信號的檢測、顯示、報警和控制信號輸出。其工作原理為當系統內壓力高于或低于額定的安全壓力時，感應器內碟片瞬時發生移動，通過連接導桿推動開關接頭接通或斷開，當壓力降至或升至額定的恢復值時，碟片復位，開關自動復位，如圖2所示。

圖2 P96開關動作原理

3.3 液位開關

液位開關分為接觸式和非接觸式。在核電中廣泛應用的接觸式有浮球式液位開關非接觸式有電容式液位開關。

電纜浮球液位開關利用重力和浮力的原理設計而成，結構簡單而合理，主要包括浮漂體、設置在浮漂體內的大容量微動開關和能將開關處于通斷狀態的驅動機構，以及與開關相連的三芯電纜。

浮球液位開關是利用微動開關做接觸輸出。當水平面以上揚線角度超過28°時，浮球液位開關內部的鋼球會滾動壓到微動開關或脫離微動開關，使液位開關ON或OFF的接點信號輸出。使用微動開關做接點輸出，接點容量可直接啟停電機設備。

電容式液位開關是采用偵測液位變化時引起的微小電容量（通常為PF）差值變化，并由專用的ADA電容檢測芯片進行信號處理，從而檢測出水位，并輸出信號到輸出端。

3.4 流量開關

流量開關主要是在流體介質管路中在線或者插入式安裝監控流量的大小。在流量高于或低于某一個設定值時觸發輸出報警信號，系統獲取信號后即可做出相應的指示動作。包括孔板式流量開關、熱式流量開關、差壓式流量開關等。

由上述分析，核電站大部分開關型儀表動作原理均可參照N.P.D.T模型，且都能遵循高報常開、低報常閉信號提取規律，并對解決施工調試中核電站開關量信號的端接問題提供了一定幫助。

4 工程應用及分析

現場關于開關型儀表信號在就地側的端接的問題還是比較普遍，依據上述3、4章節的分析，在實際施工中解決這類問題就有法可依了，下面以壓水堆核電站施工過程中遇到的實際問題進行分析。

在施工單位核燃料廠房通風系統（DVK）端接過程中，發現DVK006ST在報警手冊中取低報警，根據端接標其為常閉觸點，但在相關設計文件中為常開點。按照工藝要求，該儀表應為低報儀表，實際供貨為高報儀表。在DCS內不取反且不考慮單程回差影響情況下，將相關文件端接由常開改為接常閉即可。

考慮到儀表為單程回差，低報儀表的運作是：假設報警值為a，單程回差為b。環境溫度下降時，下降至a即發出低報警信號。當環境溫度由低報環境上升，上升至a+b時才會取消低報警。但對于高報儀表就正好相反，因此用高報儀表代替低報儀表發出低報信號是有誤差的。此問題通過廠家更換儀表解決。

5結束語

本文針對核電站開關型儀表功能、動作原理、端接及現場遇到的相關調試問題進行了分析，為后續工程開關型儀表的設計選型、邏輯判斷和信號實現具有良好的指導意義。

參考文獻

[1] 吳永生.熱工測量及儀表.北京：水利水電出版社，1983

[2] 0426 儀表數據表

[3] 廣東核電培訓中心 900MW壓水堆核電站系統與設備

[4] M310 ENG文件