DCS核電站如何處理質(zhì)量位的觸發(fā)

顏勇++高俊成++熊興華

摘 要：在DCS核電站中，很多儀表采用了質(zhì)量位對儀表的可用性進(jìn)行判斷，其判斷結(jié)果會(huì)直接影響儀表輸出信號(hào)下游的邏輯動(dòng)作。通過分析儀表質(zhì)量位信號(hào)在儀表故障時(shí)對控制和保護(hù)系統(tǒng)的影響，提升了操縱員處理該問題的能力。

關(guān)鍵詞：核電站；質(zhì)量位；缺省值；安全

1 儀表質(zhì)量位

儀表質(zhì)量位是在儀表信號(hào)傳輸時(shí)，附加一個(gè)質(zhì)量判斷信號(hào)，一旦儀表信號(hào)超過正常電流范圍（4～20mA）一定比例（通常2%～5%，即3.2-20.8mA）時(shí)，即產(chǎn)生質(zhì)量位“BAD”信號(hào)，給出儀表信號(hào)故障信號(hào)。

常見原因有：變送器失電、變送器故障、卡件故障、信號(hào)線路斷線、超量程。

DCS設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮儀表故障后邏輯退化和設(shè)置缺省值。當(dāng)儀表信號(hào)無效時(shí)，將導(dǎo)致邏輯表決單元中相應(yīng)表決邏輯退化，常見的有四取二退化為三取二再退化為二取一直至直接觸發(fā)動(dòng)作。缺省值是指在DCS判定信號(hào)失效后，DCS內(nèi)部對該失效信號(hào)采用的替代值。缺省值選擇直接關(guān)系到機(jī)組安全運(yùn)行和設(shè)備保護(hù)。

2 故障安全原則實(shí)現(xiàn)方式

1.1 傳統(tǒng)核電站實(shí)現(xiàn)方式

傳統(tǒng)核電站儀控系統(tǒng)采用繼電器等硬接線搭建起來的邏輯，通過定義繼電器低電壓或高電壓觸發(fā)邏輯，配合常開和常閉觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)器件故障時(shí)的預(yù)期響應(yīng)。

1.2 DCS核電站實(shí)現(xiàn)方式

采用DCS后，相應(yīng)功能邏輯由DCS內(nèi)部軟件功能模塊實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部信號(hào)主要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。DCS采用現(xiàn)場總線技術(shù)后，大量信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，總線為虛擬環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

每個(gè)保護(hù)通道的軟件功能模塊包括保護(hù)儀表數(shù)據(jù)處理單元、閾值繼電器判斷單元和傳輸單元等。220V交流不間斷電源LNA/B/C/D分別給一個(gè)通道的RPC機(jī)柜供電，PRC機(jī)柜給儀表供電并將采集到的儀表信號(hào)轉(zhuǎn)換為“4～20mA”標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)，送往閾值繼電器單元并產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)邏輯值（1或0）；同時(shí)，信息處理單元產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)送往NC級DCS，完成對反應(yīng)堆的控制和調(diào)節(jié)。

當(dāng)某一塊儀表故障后，信息處理單元通過內(nèi)部模塊比較后，其輸出模擬量信號(hào)為“0”，超出“4～20mA”標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)范圍。此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)“質(zhì)量位”，即信息處理單元認(rèn)為此信號(hào)為無效信號(hào)。該“質(zhì)量位”會(huì)使對應(yīng)缺省值生效，產(chǎn)生對應(yīng)自動(dòng)動(dòng)作。

（1）缺省值方式。缺省值有多種選擇：量程低值、量程高值、設(shè)定值或上次有效值等，每種選擇對應(yīng)不同的系統(tǒng)響應(yīng)。（2）邏輯退化方式。反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了信號(hào)失效時(shí)的情形，當(dāng)一個(gè)保護(hù)通道信號(hào)無效時(shí)，直接導(dǎo)致邏輯表決單元中相應(yīng)表決邏輯退化，該類信號(hào)不需缺省值。

總的退化原則可表示為：（1）2/4→2/3→1/2→直接觸發(fā)；（2）參與運(yùn)算的任一儀表失效，運(yùn)算結(jié)果遵循原則1退化。

3 DCS核電站典型儀表質(zhì)量位處理

（1）超溫超功率ΔT停堆。現(xiàn)象：測溫旁路熱段RCP030/045/057MT量程為275-345℃，冷段RCP033/047/060MT量程為265-335℃，機(jī)組在MCS模式時(shí)即可閉合RTB將所有控制棒提出至5步，但此時(shí)一回路溫度為10-60℃，遠(yuǎn)低于量程下限，根據(jù)退化原則，2/3觸發(fā)超溫超功率△T停堆信號(hào)而無法復(fù)位RTB。

解決：溫度信號(hào)增加變送器將熱電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該變送器最低輸出為3.6mA，質(zhì)量位判斷由原來的2%（2.68-20.32mA）改為5%（3.2-20.8mA）。

（2）ARE049/050/051MD質(zhì)量位導(dǎo)致ATWT信號(hào)觸發(fā)。現(xiàn)象：ARE049/050/051MD量程為0-15%NF，理論上核功率大于15%Pn就可能超量程失效，質(zhì)量位導(dǎo)致邏輯退化觸發(fā)SG給水流量低信號(hào)，當(dāng)核功率達(dá)到30%Pn時(shí)觸發(fā)ATWT信號(hào)。

解決：修改質(zhì)量位判斷模塊，取消超量程上限觸發(fā)質(zhì)量位“BAD”，僅當(dāng)信號(hào)低于2mA時(shí)才觸發(fā)質(zhì)量位“BAD”信號(hào)。

（3）穩(wěn)壓器液位<-4.63m切RCP005/006RS。現(xiàn)象：穩(wěn)壓器建立汽腔時(shí)需要啟動(dòng)RCP005/006RS，由于滿水且冷態(tài)，RCP007/008/011MN超量程失效，2/3邏輯退化為直接觸發(fā)水位低低信號(hào)，閉鎖RCP005/006RS啟動(dòng)。

解決：設(shè)計(jì)需求中對穩(wěn)壓器水位低低表決邏輯并沒有要求質(zhì)量位的邏輯退化，故在穩(wěn)壓器電加熱器的控制邏輯中，取消穩(wěn)壓器水位低低質(zhì)量位退化設(shè)計(jì)。

（4）穩(wěn)壓器壓力>16.5MPa.g停堆 。現(xiàn)象：RCP005MP、006MP、013MP量程為11-18MP，在MCS模式下就可以將所有控制棒提出只5步，但由于一回路壓力低于0.5MPa時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出量程范圍，觸發(fā)質(zhì)量位“BAD”引起邏輯退化，2/3直接觸發(fā)穩(wěn)壓器壓力高3停堆信號(hào)，導(dǎo)致無法復(fù)位RTB。

解決：修改質(zhì)量位判斷模塊，僅當(dāng)信號(hào)低于2mA時(shí)才觸發(fā)質(zhì)量位“BAD”信號(hào)。

4 質(zhì)量位對調(diào)試試驗(yàn)的影響

觸發(fā)質(zhì)量位的主要調(diào)試試驗(yàn)如下：

（1）啟動(dòng)主泵引起轉(zhuǎn)速表突變，觸發(fā)質(zhì)量位邏輯退化；（2）TP2RCP63試驗(yàn)拆除溫度表會(huì)引起溫度表不可用，觸發(fā)質(zhì)量位邏輯退化；（3）儀表故障處理，觸發(fā)質(zhì)量位邏輯退化；（4）儀表閃發(fā)失效，觸發(fā)質(zhì)量位邏輯退化；（5）儀表校表工作，觸發(fā)質(zhì)量位邏輯退化；（6）LN*母線失電等其他情況導(dǎo)致儀表失電，觸發(fā)質(zhì)量位邏輯退化；（7）2RPN010MA、020MA、030MA置于TEST位置或開展功率量程相關(guān)工作。

操縱員應(yīng)遵循下列原則，避免質(zhì)量位的觸發(fā)引起運(yùn)行事件：（1）值班時(shí)注意關(guān)注KIC新增質(zhì)量位畫面2RPR036/037/038/039HXT，重視2RPR新增質(zhì)量位報(bào)警2RPR740/760/770/780/790KA，報(bào)警觸發(fā)或閃發(fā)時(shí)查看KIC新增質(zhì)量位畫面，確認(rèn)哪塊儀表故障。（2）聯(lián)系儀控查明觸發(fā)和閃發(fā)原因，處理故障儀表。（3）避免重疊開展會(huì)觸發(fā)質(zhì)量位的調(diào)試試驗(yàn)，安排和執(zhí)行前重點(diǎn)關(guān)注質(zhì)量位畫面，查看報(bào)警是否觸發(fā)或閃發(fā)。

5 結(jié)論

DCS核電站操縱員處理儀表失效，應(yīng)在規(guī)程指引下，監(jiān)控好機(jī)組狀態(tài)。處理過程中，加強(qiáng)與儀控專業(yè)的合作，不斷優(yōu)化儀表的質(zhì)量位設(shè)計(jì)并體現(xiàn)在規(guī)程中才是最終解決之道。

作者簡介：顏勇（1981-），男，四川人，值長。endprint