核電站開關(guān)型儀表分析

李碩 白會(huì)賢 宋曉蘭

摘要：開關(guān)型儀表在核電站自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，涉及壓力、溫度、流量、液位、濕度等參數(shù)。本文從開關(guān)型儀表在核電站應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，闡述了開關(guān)型儀表的分類、選型、端接、回差原理，結(jié)合樣本分析了開關(guān)型儀表動(dòng)作原理，及在現(xiàn)場施工調(diào)試過程中應(yīng)用。為后續(xù)工程開關(guān)型儀表選型、施工文件設(shè)計(jì)提供了一定幫助。

關(guān)鍵詞：開關(guān)型儀表 端接 回差

0 引言

開關(guān)型儀表在核電站自動(dòng)化監(jiān)測、報(bào)警、控制等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為核電站各工藝系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行做出了巨大貢獻(xiàn)。因此了解掌握開關(guān)型儀表的動(dòng)作原理及實(shí)現(xiàn)形式，是儀控設(shè)計(jì)的一個(gè)基礎(chǔ)工作。

本文闡述了開關(guān)型儀表的分類、核電站開關(guān)儀表的選型情況及相應(yīng)開關(guān)儀表的動(dòng)作原理，對(duì)開關(guān)型儀表的接線及回差作用進(jìn)行了分析，并結(jié)合開關(guān)型儀表在現(xiàn)場調(diào)試過程中遇到的問題進(jìn)行剖析。

1概況

開關(guān)型儀表是核電站儀表重要組成部分，本節(jié)主要從儀表分類和選型方面進(jìn)行闡述。

1.1 分類

開關(guān)型儀表的選購可分為兩部分：主輔系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)。此外還有部分隨設(shè)備自帶或廠家單獨(dú)供貨儀表這里不再詳述。

主輔系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)開關(guān)儀表按照被測信號(hào)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(tǒng)

主輔系統(tǒng)開關(guān)型儀表主要廠家及型號(hào)詳見表1.1 。

表1.1 主輔系統(tǒng)開關(guān)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(tǒng)開關(guān)型儀表選擇廠家及型號(hào)非常廣泛，這與核電站主輔系統(tǒng)工況復(fù)雜，被測介質(zhì)多樣，工藝要求差距大有關(guān)。

1.2.2通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)開關(guān)型儀表主要廠家及型號(hào)詳見表1.2 。

表1.2 通風(fēng)系統(tǒng)開關(guān)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(fēng)系統(tǒng)開關(guān)儀表的選型相對(duì)主輔系統(tǒng)要集中統(tǒng)一，這與通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)成和功能有關(guān)，其工藝工況及對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的測點(diǎn)要求類似。

2開關(guān)型儀表端接原理

在核電站控制電纜端接標(biāo)準(zhǔn)中，依據(jù)開關(guān)型儀表選型其端接大致可歸納為五種類型：開關(guān)型儀表端接標(biāo)準(zhǔn)、液位開關(guān)端接標(biāo)準(zhǔn)、浮子/浮筒式液位開關(guān)端接標(biāo)準(zhǔn)、空氣流量控制器端接標(biāo)準(zhǔn)、溫度開關(guān)端接標(biāo)準(zhǔn)。

2.1開關(guān)儀表端接原理

對(duì)于開關(guān)型儀表，根據(jù)工藝要求，在測定值滿足某閾值要求時(shí)輸出信號(hào)，完成設(shè)定動(dòng)作。以開關(guān)報(bào)警功能為例，在DCS內(nèi)不取反且不考慮單程回差影響情況下，無論是高動(dòng)作儀表還是低動(dòng)作儀表，只要取低報(bào)信號(hào)就取常閉觸點(diǎn)（3、30），反之取高報(bào)信號(hào)則取常開觸點(diǎn)（3、31）。即通常所說的“低報(bào)常閉，高報(bào)常開”。

2.2 回差

回差（接斷差）是為開關(guān)儀表在監(jiān)測點(diǎn)防波動(dòng)設(shè)置，是指開關(guān)設(shè)定動(dòng)作值和復(fù)位值的差值。

3典型開關(guān)儀表動(dòng)作分析

本節(jié)針對(duì)核電站典型開關(guān)儀表樣本為依據(jù)，具體分析儀表的內(nèi)部動(dòng)作機(jī)制。

3.1 溫度開關(guān)

溫度開關(guān)是一種用膜盒、隔膜、管道等作為感溫原件的開關(guān)，正常工作時(shí)，彈簧處于自由狀態(tài)，觸點(diǎn)處于閉合/斷開狀態(tài)，當(dāng)溫度達(dá)到動(dòng)作溫度時(shí)，彈簧原件受力帶動(dòng)微動(dòng)開關(guān)迅速動(dòng)作，打開/閉合觸點(diǎn)，切斷/接通電路，如圖1所示：

圖1 RTNAA開關(guān)動(dòng)作原理

接點(diǎn)方式：

常閉型——溫度上升，觸點(diǎn)斷開，溫度下降，觸點(diǎn)接通；

常開型——溫度上升，觸點(diǎn)接通，溫度下降，觸點(diǎn)斷開。

3.2 壓力開關(guān)

壓力開關(guān)采用高精度、高穩(wěn)定性能的壓力傳感器和變送電路，再經(jīng)專用CPU模塊化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)壓力信號(hào)的檢測、顯示、報(bào)警和控制信號(hào)輸出。其工作原理為當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力高于或低于額定的安全壓力時(shí)，感應(yīng)器內(nèi)碟片瞬時(shí)發(fā)生移動(dòng)，通過連接導(dǎo)桿推動(dòng)開關(guān)接頭接通或斷開，當(dāng)壓力降至或升至額定的恢復(fù)值時(shí)，碟片復(fù)位，開關(guān)自動(dòng)復(fù)位，如圖2所示。

圖2 P96開關(guān)動(dòng)作原理

3.3 液位開關(guān)

液位開關(guān)分為接觸式和非接觸式。在核電中廣泛應(yīng)用的接觸式有浮球式液位開關(guān)非接觸式有電容式液位開關(guān)。

電纜浮球液位開關(guān)利用重力和浮力的原理設(shè)計(jì)而成，結(jié)構(gòu)簡單而合理，主要包括浮漂體、設(shè)置在浮漂體內(nèi)的大容量微動(dòng)開關(guān)和能將開關(guān)處于通斷狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及與開關(guān)相連的三芯電纜。

浮球液位開關(guān)是利用微動(dòng)開關(guān)做接觸輸出。當(dāng)水平面以上揚(yáng)線角度超過28°時(shí)，浮球液位開關(guān)內(nèi)部的鋼球會(huì)滾動(dòng)壓到微動(dòng)開關(guān)或脫離微動(dòng)開關(guān)，使液位開關(guān)ON或OFF的接點(diǎn)信號(hào)輸出。使用微動(dòng)開關(guān)做接點(diǎn)輸出，接點(diǎn)容量可直接啟停電機(jī)設(shè)備。

電容式液位開關(guān)是采用偵測液位變化時(shí)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(jìn)行信號(hào)處理，從而檢測出水位，并輸出信號(hào)到輸出端。

3.4 流量開關(guān)

流量開關(guān)主要是在流體介質(zhì)管路中在線或者插入式安裝監(jiān)控流量的大小。在流量高于或低于某一個(gè)設(shè)定值時(shí)觸發(fā)輸出報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)獲取信號(hào)后即可做出相應(yīng)的指示動(dòng)作。包括孔板式流量開關(guān)、熱式流量開關(guān)、差壓式流量開關(guān)等。

由上述分析，核電站大部分開關(guān)型儀表動(dòng)作原理均可參照N.P.D.T模型，且都能遵循高報(bào)常開、低報(bào)常閉信號(hào)提取規(guī)律，并對(duì)解決施工調(diào)試中核電站開關(guān)量信號(hào)的端接問題提供了一定幫助。

4 工程應(yīng)用及分析

現(xiàn)場關(guān)于開關(guān)型儀表信號(hào)在就地側(cè)的端接的問題還是比較普遍，依據(jù)上述3、4章節(jié)的分析，在實(shí)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(shí)際問題進(jìn)行分析。

在施工單位核燃料廠房通風(fēng)系統(tǒng)（DVK）端接過程中，發(fā)現(xiàn)DVK006ST在報(bào)警手冊(cè)中取低報(bào)警，根據(jù)端接標(biāo)其為常閉觸點(diǎn)，但在相關(guān)設(shè)計(jì)文件中為常開點(diǎn)。按照工藝要求，該儀表應(yīng)為低報(bào)儀表，實(shí)際供貨為高報(bào)儀表。在DCS內(nèi)不取反且不考慮單程回差影響情況下，將相關(guān)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(bào)儀表的運(yùn)作是：假設(shè)報(bào)警值為a，單程回差為b。環(huán)境溫度下降時(shí)，下降至a即發(fā)出低報(bào)警信號(hào)。當(dāng)環(huán)境溫度由低報(bào)環(huán)境上升，上升至a+b時(shí)才會(huì)取消低報(bào)警。但對(duì)于高報(bào)儀表就正好相反，因此用高報(bào)儀表代替低報(bào)儀表發(fā)出低報(bào)信號(hào)是有誤差的。此問題通過廠家更換儀表解決。

5結(jié)束語

本文針對(duì)核電站開關(guān)型儀表功能、動(dòng)作原理、端接及現(xiàn)場遇到的相關(guān)調(diào)試問題進(jìn)行了分析，為后續(xù)工程開關(guān)型儀表的設(shè)計(jì)選型、邏輯判斷和信號(hào)實(shí)現(xiàn)具有良好的指導(dǎo)意義。

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