核電廠無1E級DCS控制設備一回路水壓試驗的分析

戴恒才，洪源平，尹 峰

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

核電廠無1E級DCS控制設備一回路水壓試驗的分析

戴恒才，洪源平，尹 峰

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

方家山核電工程調試期間遇到了核電廠數字化控制系統（DCS）到貨嚴重拖期的難題，方家山核電工程調試隊創新思路，采用核島控制模塊（NC/NC+）加上少量的臨時控制變更（TCA）將部分1E級信號引入到NC/NC+機柜，在國內首次成功實施了無1E級DCS控制機柜情況下的一回路水壓試驗。文章詳細闡述了無1E級控制設備實施一回路水壓試驗的基本原則、可行性分析結論和主要措施等，對同類核電工程的調試工作具有重要借鑒意義。

方家山核電工程；數字化控制系統；一回路；水壓試驗

秦山核電廠擴建項目（方家山核電工程）由中國核電工程有限公司總承包建設（EPC模式），1號機組于2008年12月26日開工建設，計劃工期60個月。方家山核電工程以嶺澳一期為參考電廠，按照“翻版加改進”的原則對核島和常規島系統設備進行了多項設計改進，特別是在電站控制方面采用了全數字化控制系統（簡稱DCS），主泵采用了新型主泵。2012年3月31日，中國核電工程有限公司與中核運行管理有限公司簽署了調試轉包合同，由后者專門成立的方家山調試隊全面負責方家山核電工程兩臺機組調試工作。

方家山核電工程調試期間，作為電廠“神經中樞”的DCS系統到貨時間一再拖延，導致一回路水壓試驗相關輔助系統的控制和監視功能無法調試出來，直接影響了整個工程進度。面對如此被動的局面，方家山調試隊敢于創新，通過仔細梳理調試各階段的邏輯和需求、認真分析1E級DCS控制系統對調試工作的影響，在確保安全的前提下使用NC/NC+控制系統加上少量的TCA將部分1E級信號引入到NC/NC+機柜，在國內核電領域率先成功實施了無1E級DCS控制機柜情況下的一回路水壓試驗。本文詳細闡述了無1E級控制設備實施一回路水壓試驗的基本原則、可行性分析、階段劃分、主要措施等，對同類核電工程的調試工作具有重要借鑒意義。

1　DCS簡介及其到貨延遲情況

1.1DCS簡介

方家山核電工程DCS主要分為零層設備、一層設備和二層設備。零層設備指的是現場被控制的具體設備終端以及相關接線；一層設備主要包括與零層設備的硬接控制線、帶有邏輯控制軟件的電站過程控制機柜系統以及核輔助廠房三廢處理控制系統（KSN）；二層設備主要功能是對電站進行綜合監視和控制，主要包括主控制室系統（KSC）、應急停堆盤系統（KPR）、電站計算機信息與控制系統（KIC）和總體運行系統（KOO）。

方家山核電工程一層設備的軟件特點是單個模塊故障不會影響其他模塊的運行，軟件也可以實現增量式修改下裝。一層軟件包括1E級保護系統控制模塊、核島控制模塊（NC和NC+）、三廢控制模塊和常規島控制模塊。保護系統控制模塊主要是處理反應堆保護系統和專設安全控制系統的動作邏輯。1E級模擬信號與保護系統控制模塊、核島控制模塊之間設置了1E級信號隔離機柜，目的是保證1E級控制模塊輸入信號和非1E級控制模塊輸入信號之間的可靠隔離；保護系統控制模塊和核島控制模塊與被控制設備之間設置了優先模塊（PLM機柜），目的是保證保護信號能夠優先被執行。

根據前述DCS控制系統模塊劃分情況以及調試邏輯分析，DCS零層和一層是核心控制模塊，只要這些模塊能夠滿足基本的控制需要，就可以進行相關系統的振動、流量、壓力、動作時間等物理特性試驗（單體試驗），這些物理參數不會因為軟件的改變而有所不同。核島控制模塊（NC和NC+）控制了反應堆冷卻劑系統（RCP）、化學和容積控制系統（RCV）、余熱排出系統（RRA）、反應堆硼和水補給系統（REA）、安全注入系統（RIS）、安全殼噴淋系統（EAS）等系統的主要運行邏輯，這些系統具備基本的控制運行功能就能夠對一回路進行充水、主泵運轉升溫控制、一回路壓力的自動控制、設備運行相關參數的監視等功能。

1.21E級DCSTRICON交貨延遲情況

由于1E級DCSTRICON機柜遲遲未能到貨，嚴重影響了工程現場安裝和調試進度。鑒于此，業主單位及時將二級進度計劃（D版）升至E版，合同工期由單臺機組60個月調整為1號機組68.5個月，2號機組65.5個月。按照68.5個月總工期要求，1號機組1E級DCS TRICON 機柜應于2013年8月31日到貨，但最終實際到貨時間為2014年6月6日。1E級DCS TRICON軟、硬件到貨時間與計劃偏差如表1所示。

2　無1E級控制設備實施一回路水壓試驗可行性分析

2.1一回路水壓試驗

作為M310型機組從安裝階段轉入全面調試階段的關鍵節點，一回路水壓試驗是以一個高于設計壓力的合適壓力，對反應堆冷卻劑系統（RCP）及相關核輔助系統高壓部分進行的強度性試驗，目的是檢查一回路系統設備、管道的焊接質量和密封性，驗證結構完整性和承壓運行能力。一回路水壓試驗邊界主要包括：

1）反應堆壓力容器及其頂蓋；

2）控制棒驅動機構承壓套管；

3）熱電偶套管的耐壓導向管；

4）蒸汽發生器一次側；

5）穩壓器及其波動管線和安全閥管線；

6）承壓狀態下的主泵泵殼；

7）一回路主管道，包括一、二、三環路的冷段、熱段和過渡段；

8）內徑大于25 mm的輔助管道及相關的閥門和附件。

一回路水壓試驗需使用主泵加熱水介質、上充泵和打壓泵在線升壓；且要求核輔助系統部分與1E級DCS系統相關的控制功能可用，例如主泵和余熱排出泵的參數監視功能，上充和下泄系統的壓力、流量控制功能等。

表1　1E 級DCS T RICON 軟、硬件到貨時間與計劃偏差T able 1　T he arrival time and offset with plan of the 1E DCS T RICON cabinets

2.2基本原則

1） 一回路水壓試驗期間所需要的基本功能要求（如主泵運行監視、一回路壓力控制等）與原要求保持一致，不會因1E級控制設備沒有就位而有所降低；

2） 正式接線后，對水壓試驗前未通過正式控制回路試驗的全部重新進行控制功能試驗，不會因在DCS到貨前實施一回路水壓試驗而降低試驗效果；

3） 通過疊加式的工作安排確保調試質量。

2.3可行性分析

雖然機組在一回路水壓試驗階段沒有帶核運行不需要反應堆保護功能可用，但是反應堆保護系統還承擔著部分重要系統的參數處理功能。這些參數直接關系到水壓試驗期間必須運行的部分系統和設備的正常運行與狀態監控。因此，為保證水壓試驗的安全順利進行必須通過臨時接線的方式將相關測量信號接入暫時替代的非1E級控制設備，以實現水壓試驗所必需的設備狀態監控功能。臨時接線與正式接線的唯一區別是信號來源不同。待1E級控制設備安裝就位線路正確連接后，重新驗證所有的邏輯控制功能。

3　無1E級D C S控制設備實施一回路水壓試驗的主要措施

通過分析1E級DCS控制設備對一回路水壓試驗的影響，可以將無1E級DCS控制設備情況下實施一回路水壓試驗工作劃分為以下幾個階段。

3.1第一階段：水壓試驗工藝系統調試

根據一回路水壓試驗的需要，首先完成電源系統、外圍輔助系統和水壓試驗相關核輔助系統的功能調試和相關試驗，驗證除反應堆保護之外的基本功能滿足設計要求。

1） 電源系統：在確保500 kV廠外主電源和220 kV廠外輔助電源可用的基礎上，為進一步提高水壓試驗所需電源的可靠性，在水壓試驗前至少實現一臺應急柴油發電機可用，從而保證三路電源處于可用狀態。

2） 外圍輔助系統：完成壓縮空氣生產系統 （SAP）、公用壓縮空氣分配系統 （SAT） 、儀用壓縮空氣分配系統 （SAR） 、除鹽水生產系統（SDA）、核島除鹽水分配系統（SED）、安全廠用水系統（SEC）、設備冷卻水系統（RRI）和廠房冷風系統（DVN、DVL、DVK等）等外圍輔助系統的調試，以保障水壓試驗相關核輔助系統（主要包括：RCV、RIS、RRA等）的安全穩定運行。

3） 水壓試驗相關核輔助系統：主要執行核輔助系統的機械功能試驗，主要包括低壓安注、高壓安注、安全殼噴淋等的流量試驗、壓力、振動、閥門動作時間試驗等。在1E級DCS控制設備未到現場時主要驗證工藝設備的性能（如閥門動作時間，小流量試驗等），試驗不涉及1E級DCS的控制邏輯。

3.2第二階段：水壓試驗相關系統和設備的控制和監視功能調試

在核島控制模塊的現行有效版本（簡稱CFC版本）上，通過部分控制線路的臨時接線，將一回路充水控制、主泵運轉升溫控制、一回路壓力自動控制和重要設備運行參數監視等四大功能調試出來，為水壓試驗做好準備，一旦一回路機械設備條件具備就可以開始一回路水壓試驗。同時，在這個階段對第一階段沒有用CFC版本軟件進行驗證的邏輯功能進行補充驗證。

一回路水壓試驗期間不需要投運安全注入系統 （簡稱安注）、安全殼噴淋系統 （簡稱安噴） 自動控制邏輯，1E級控制機柜未到場導致安注、安噴自動控制邏輯無法啟用對一回路水壓試驗無影響。為做好充分安全措施，在一回路水壓試驗期間，實施臨時控制變更（TCA）將與安注、安噴邏輯存在接口的核島控制模塊邏輯部分的信號輸入點進行閉鎖。

在調試大綱中需要在一回路水壓試驗之前以及水壓試驗期間完成的調試項目（典型調試階段劃分中的Ⅰ階段和Ⅱ.1階段）有部分信號需要通過1E級控制機柜進行處理，由于在原來設計的調試規程是在DCS控制系統全部到位的前提下編制的，因此，這部分功能需要在Ⅰ階段和Ⅱ.1階段進行驗證。

為解決保證水壓試驗本身所需要輔助系統的功能，同時保證這些功能能夠得到等效的驗證，采取以下兩個措施：

1） 對送出信號到反應堆保護系統進行閾值確認的試驗內容，在這個階段調試只要求信號能夠顯示正常，滿足非核狀態下的運轉監視需要，等到1E級DCS系統就位反應堆保護系統完成接線后再補充驗證閾值確認的試驗內容，從而保證調試項目的完整性。

2）對涉及到部分邏輯信號需要由1E級DCS控制系統處理的試驗，則通過TCA用NC/NC+控制系統實現其功能，等到1E級DCS控制系統完善之后拆除TCA，恢復原設計接線，并重新補充驗證。這樣在本階段能夠實現與原設計功能，只是不通過1E級DCS控制系統實現。具體操作上可以分為兩種情況：

● 儀表信號經過1E隔離模塊隔離后，用硬接線送往NC/NC+機柜，僅儀表回路由1E級控制機柜柜內電源模塊供電。此時，可將由1E級機柜柜內電源供電的儀表回路改為由NC/NC+機柜供電。僅僅改變了儀表回路的供電方式，不影響控制回路中后續的控制邏輯，對一回路水壓試驗無影響。

● 儀表信號送入1E級控制機柜，經過1E級控制軟件信號采集調理后，通過網絡送往NC/NC+機柜。此時，可將通過硬接線直接送入NC/NC+機柜的儀表信號改為由NC/NC+采集卡件采集。這種變更僅僅改變了回路信號采集卡件，不影響控制回路中后續的控制邏輯，對一回路水壓試驗無影響。

3.3第三階段：一回路水壓試驗實施

根據《壓水堆核電站核島機械設備設計與建造規范》（RCC-M規范）確定了方家山核電工程一回路水壓試驗壓力、溫度、升降壓速率等關鍵參數。為了滿足不同壓力平臺下系統狀態控制、試驗操作和壓力邊界完整性檢查的需要，在升壓階段設置了2.5 MPa、10 MPa、15.4 MPa、16.5 MPa、17.2 MPa和22.8 MPa等多個壓力平臺。在此基礎上編制了《方家山核電工程一回路水壓試驗總體操作》等規程，對一回路水壓試驗相關的組織機構、技術文件準備、充水排氣操作、風險分析和應對措施、臨時設施、壓力平臺下檢查內容、升壓和降壓操作、驗收準則等進行了詳細規定，用于指導現場操作。方家山核電工程一回路水壓試驗于2013年10月16日成功實施，各壓力平臺檢查結果表明承壓邊界的完整性和密封性符合規范要求。一回路水壓試驗升降壓曲線如圖1所示。

圖1　一回路水壓試驗升降壓曲線Fig.1　Pressure curve of the primary system hydraulic proof test

3.4第四階段：水壓試驗后，1E級DCS就位重新驗證邏輯

一回路水壓試驗之后進行反應堆壓力容器等役前檢查、一回路保溫等工作，在1E級DCS到達現場后，對反應堆保護系統等1E級DCS相關系統進行調試，并對水壓試驗之前以及水壓試驗期間試驗中涉及的1E級DCS功能進行重新驗證。在執行相關試驗時，現場存在臨時接線和臨時拆線的情況，相關線路恢復時嚴格執行QA/QC制度，并在試驗恢復后進行功能驗證。而對于一些流量的顯示等試驗，則通過系統的再次啟動進行驗證，以確保補充試驗時接線正確。

4　結束語

按照壓水堆核電廠常規的調試邏輯，一回路水壓試驗之前1E級DCS機柜需到場并安裝調試，部分功能滿足一回路水壓試驗要求后才可能開始進行一回路水壓試驗。面對方家山核電工程1號機組1E級DCS機柜到貨嚴重推遲的情況，方家山調試隊勇于創新，通過仔細梳理調試各階段的邏輯和需求、認真分析1E級DCS控制系統對調試工作的影響，在確保安全的前提下使用NC/NC+控制系統加上少量的TCA將部分1E級信號引入到NC/ NC+機柜，在國內核電領域率先成功實施了無1E級DCS控制機柜情況下的一回路水壓試驗，走出了一條自主創新的調試主線邏輯控制策略。此舉為方家山核電工程一回路水壓試驗后調試工作的順利開展奠定了基礎，并將整個工程的建造周期縮短了近1年時間，對于同類型核電工程的建設具有積極的指導意義。

Strategy and Practice of Primary System Hydraulic Proof Test without 1E DCS Equipment in Fangjiashan Nuclear Power Project

DAI Heng-cai， HONG Yuan-ping，YIN Feng
（CNNC Nuclear Power Operation Management Co.， Ltd.， Haiyan of Zhejiang Prov. 314300， China）

In order to deal with the grave arrival delay of the digital control system during the commissioning of Fangjiashan Nuclear Power Project，theprimary system hydraulic proof testwithout 1E DCS equipment isfirstly and successfully implemented in Fangjiashan， by using of NC/NC+ modules and some temporary control alteration of partial 1E DCS signals connecting to the NC/NC+ cabinets. This article introduces the principles， feasibility analysis and main actions of implement the main primary system hydraulic proof test without 1E DCS equipment，which has great reference value for the commissioning of similar nuclearpower projects.

Fangjiashan nuclear power project； DCS； primary system； hydraulic proof test

TM623 Article character：A Article ID：1674-1617（2016）02-0163-05

TM623

A

1674-1617（2016）02-0163-05

2015-12-10

戴恒才（1985—），男，安徽銅陵人，工程師，本科，從事核電廠設備調試工作。