安全級模擬控制系統在核電站中的應用及探討

常向陽 陶永剛

摘 要：目前基于華龍一號的安全級控制系統有兩種方案，分別是基于數字化DCS和模擬電路的控制系統，兩種系統在調試、運維階段都有自己的特點，數字化系統在測試及管控上相對透明可控，基于模擬電路的控制系統需要更多的人工干預和驗證，特別是在定期試驗方法上，驗證步驟和驗證方法更加復雜。本文對基于模擬機柜的安全級模擬控制系統進行探討分析。

關鍵詞：安全級模擬控制系統;T1定期試驗

1 系統概述

級模擬控制系統（IPG）的功能是處理來自工藝過程系統的保護儀表的測量信號。系統包括 4 組保護機柜（IP 組，IIP 組，IIIP 組和 IVP 組）和一套 T1 試驗裝置。安全級模擬控制系統接收來自工藝過程系統的保護儀表的測量信號，對其進行信號調制、計算、閾值等處理后產生開關量信號，送往保護系統處理后觸發安全動作，如緊急停堆、驅動 專設安全設施等，或直接送往繼電器機架進行安全級的控制連鎖。

2 系統架構

安全級模擬控制系統作在接收現場傳感器信號進行處理的同時，會將部分信號送至主控后備盤進行控制和顯示，同時將閾值判定的結果送至反應堆保護系統進行保護邏輯處理，非保護信號則送至安全驅動系統和非安全級DCS系統進行進一步邏輯處理。系統架構如下圖：

3 定期試驗

T1試驗是為了定期驗證保護測量通道的功能和性能，在反應堆運行期間和停堆期間檢查保護測量通道的可用性。其典型的試驗過程如下：由試驗裝置提供盡可能接近實際的試驗信號輸入需要的測量通道，檢查信號傳輸通道的精度、閾值繼電器是否動作正常、動作閾值誤差（指閾值繼電器動作時的輸入信號和設定值只差），以及測量通道的響應時間是否超出保護系統設計的規定范圍。

3.1? T1試驗裝置的功能和特征：

●可以對各冗余測量通道分別進行試驗;

●在同一機柜內，不同通道應分別進行試驗，某一通道進行試驗時，不影響機柜內其他通道的正常工作;

●某一通道進行試驗時，不會因自動測試接口或試驗裝置的故障影響其他通道的正常工作;

●試驗信號的傳輸路徑與測量信號具有相同的路徑。

●在對任一測量通道，在試驗開始時應切斷此測量通道與下游保護邏輯的鏈接，約2秒后切斷測量信號;在試驗結束時先恢復測量信號，2分鐘后恢復此測量通道與下游保護邏輯的連接;

●自動測試接口送往試驗裝置的所有信號應隔離;

●試驗期間向主控室發出T1試驗正在進行的報警信號;

●在試驗開始前，自動檢查試驗用連接電纜的連接是否正確;

●在試驗裝置發出試驗開始信號后，自動檢查自動測試接口的切換繼電器狀態是否正確;

●在試驗裝置發出試驗結束信號后，自動檢查自動測試接口的切換繼電器是否復位;

●試驗裝置在運行人員輸入相應的指令后，能自動完成測試并自動打印試驗結果。輸出的打印結果至少應包括：輸入和輸出信號的電壓值、物理值、誤差、響應時間及響應時間是否超過限值;試驗是否通過、試驗時間等;

●試驗裝置具備自檢功能，試驗開始前需檢查裝置自身的精度和響應時間，應滿足試驗要求。

T1試驗裝置原理圖如下：

3.2 定期試驗執行

T1定期試驗要求在模式1工況下每兩個月執行一次，即每個月執行一列的保護通道驗證。模式1工況下一回路和二回路已開始滿功率帶核運行，試驗過程中涉及到100多塊保護相關的工藝儀表，T1驗證程序啟動后會輪流對每塊儀表進行信號注入從而驗證其通道精度核定值等。在該試驗過程中由于儀表信號的注入會觸發該儀表相關邏輯狀態的變化，從而引起一回路/二回路狀態的改變。如注入一回路冷段溫度信號時，會改變主回路平均溫度算法的結果，從而引起堆芯R棒動作、穩壓器水位波動、及功率控制系統中的甩負荷動作。由于反應堆保護邏輯需要2個通道同時觸發才動作，故在執行單通道T1試驗過程中需密切監視其他通道的狀態，避免由于其他通道的異常波動同時觸發停堆動作。由上可知，執行T1試驗過程中對機組狀態存在較大的干擾風險，需在執行前對相關的試驗擾動進行提前分析核干預，如閉鎖或隔離執行通道的相關邏輯，特別是非反應堆保護邏輯相關且單表變化可觸發狀態改變的邏輯。

4 系統維保及常見問題

安全級模擬控制系統由于配置有多種類型的模擬信號處理組件，且不能像DCS一樣具備實時自檢功能，故在運行階段需要加強系統維保工作，及時發現和解決系統缺陷，避免保護系統降級或保護動作拒動。除了通過T1定期試驗進行定期驗證外，還需通過機柜巡檢、儀表值交叉比較、控制器參數檢查等手段進行系統狀態確認。

運行過程中該系統常見的缺陷問題如下：

●信號切換器故障，不能切換T1試驗信號

●控制器參數設置錯誤

●通道響應時間超時

●信號隔離卡件轉換誤差偏大，需調整

●數據設定器故障

●機柜濾網需清理

●卡件端子松動，接觸不良

1.系統優化建議

●安全級模擬控制系統在前期調試過程中需要通過外部專用工具進行信號集中注入來驗證保護系統邏輯和功能，為便于信號注入，機柜儀表輸入側端子建議更換為帶測試線接口的端子排，便于測試信號接線和機柜端子力矩穩定。

●T1試驗執行過程中風險較高，在相應步驟啟動前能增加自定義提示確認信息，由操作人員確認隔離/閉鎖狀態已完成后再開始執行，避免操作人員人為點錯或隔離步驟缺失。

5結束語

在DCS系統普及應用的今天，由于多重原因某些項目仍需要采用模擬機柜實現模擬控制功能，雖然給后期運維帶來了更多的工作，但只要根據國內外多個類似方案機組的成熟運維策略進行維護應用，依然能夠有效滿足系統設計功能及運行任務。

參考文獻：

[1]王少華 安全級模擬控制系統技術規格書 [Z].2013

作者簡介：

常向陽（1988-），漢族，河南洛陽人，大學本科學歷，工程師，研究方向：核電儀控系統調試工作。

（中國核電工程有限公司華東分公司，浙江 海鹽 314300）