核電廠常規(guī)島關(guān)鍵系統(tǒng)疏水邏輯優(yōu)化改造的策劃與實施

郭鵬飛

（中核核電運行管理有限公司 維修三處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

目前，國內(nèi)新建核電廠重要系統(tǒng)的控制邏輯[1]普遍采用三取二[2]、四取二、中選、次高選等邏輯，對來源相同的多路信號處理后進(jìn)行輸出，其目的是為了規(guī)避單一設(shè)備故障所引起的被控設(shè)備誤動以及工況擾亂，確保機組穩(wěn)定運行。但國內(nèi)部分機組由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，投運之初對系統(tǒng)功能的要求不高，不少重要系統(tǒng)在設(shè)計上存在單一故障導(dǎo)致機組運行風(fēng)險的缺陷，日常運行中無法應(yīng)對由偶發(fā)的設(shè)備故障、工況突變帶來的控制異常。當(dāng)前，秦二廠存在相當(dāng)一部分單一設(shè)備控制單一邏輯的設(shè)計，比如高壓加熱器系統(tǒng)、汽水分離再熱器、低壓加熱器系統(tǒng)等的冷卻疏水，其正常疏水閥和緊急疏水閥當(dāng)前各自僅由一臺變送器控制。當(dāng)變送器故障或偶發(fā)失效時，其輸出信號會發(fā)生突變，從而導(dǎo)致對應(yīng)閥門誤動作，引發(fā)液位變化，嚴(yán)重時可導(dǎo)致系統(tǒng)解列，機組降功率，影響經(jīng)濟效益。因此，經(jīng)過此設(shè)計，秦二廠擬增加變送器、液位開關(guān)等實現(xiàn)去單點敏感部件的功能，在現(xiàn)場進(jìn)行勘察后確認(rèn)識別SPV 設(shè)備，通過增加變送器、液位開關(guān)的形式，在DCS 中修改組態(tài)，分別對新增變送器壓力信號進(jìn)行中選、次高選邏輯運算，對新增液位開關(guān)信號進(jìn)行三取二邏輯，并針對現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種工況進(jìn)行模擬試驗，最終驗證改造滿足現(xiàn)場使用需求。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，秦山第二核電廠1、2 號機組常規(guī)島AHP/GSS/ABP 等抽汽加熱系統(tǒng)現(xiàn)場情況如下：

AHP 高 壓 加 熱 系 統(tǒng) 有 6 個 罐 體（NO.5A/5B/6A/6B/7A/7B），每個罐體上安裝有5 臺液位開關(guān)（低、高、兩高、三高、三高，兩個三高信號分別送DCS 和DEH）和2 臺差壓變送器。在DCS 邏輯中，單臺變送器控制單個疏水閥（正常/緊急疏水閥），單臺三高液位開關(guān)誤發(fā)會引發(fā)高加解列。

ABP 低壓加熱器系統(tǒng)3 級有2 個罐體（NO.3A/3B），各有4 臺變送器。在DCS 邏輯中，3A/3B 單臺變送器控制單臺閥門（3 臺正常疏水閥和1 臺緊急疏水閥），單臺三高液位開關(guān)誤發(fā)，則會引發(fā)低加解列。

GSS 汽水分離再熱器系統(tǒng)有6 個疏水箱（110BA、120BA、130BA、210BA、220BA、230BA），每個疏水箱上有2 臺MN 液位變送器。在DCS 邏輯中，單臺變送器控制單臺閥門（正常疏水閥和緊急疏水閥）。

2 存在問題

目前，系統(tǒng)日常運行期間存在的問題如下：

AHP 系統(tǒng)存在單個3 高（3H）液位開關(guān)引發(fā)的解列風(fēng)險，容錯率低；存在單個變送器控制單臺閥門的情況，單臺變送器故障容易引發(fā)閥門誤動作，引發(fā)機組瞬態(tài)的幾率高。

ABP 系統(tǒng)存在單個三高（3H）液位開關(guān)引發(fā)的解列風(fēng)險，容錯率低；存在單個變送器控制單臺閥門的情況，單臺變送器故障容易引發(fā)閥門誤動作，引發(fā)機組瞬態(tài)的幾率高，其中3A/3B 對機組的功率影響較大。

GSS 系統(tǒng)存在單個變送器控制單臺閥門的情況，單臺變送器故障容易引發(fā)閥門誤動作，引發(fā)機組瞬態(tài)的幾率高。

綜合考慮，對AHP/GSS/ABP 系統(tǒng)實施了疏水邏輯優(yōu)化工作，提升設(shè)備可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低機組瞬態(tài)的幾率。

3 方案設(shè)計

3.1 總體設(shè)計

AHP 系統(tǒng)總體設(shè)計：

利用現(xiàn)有的兩高、三高、三高液位開關(guān)（需更換為雙觸點微動開關(guān)，新增一副觸點進(jìn)入DCS），實現(xiàn)“三取二”聯(lián)鎖高加解列信號。

每個罐體增加1 臺變送器，與現(xiàn)有2 臺變送器實現(xiàn)“中選”邏輯，同時控制正常疏水閥和緊急疏水閥。

ABP 系統(tǒng)總體設(shè)計：

現(xiàn)場低壓加熱器系統(tǒng)附近儀表密集，無足夠空間新增儀表，同時考慮低加解列/單個閥門故障對機組功率影響較小，維持原狀。

3A/3B 罐體上各4 臺變送器，利用現(xiàn)有變送器實現(xiàn)“次高選”邏輯，同時控制正常疏水閥和緊急疏水閥。

GSS 系統(tǒng)總體設(shè)計：

每個罐體增加1 臺變送器，與現(xiàn)有的2 臺變送器組態(tài)實現(xiàn)“中選”邏輯，同時控制正常疏水閥和緊急疏水閥。

3.2 疏水邏輯

秦山第二核電廠DCS 系統(tǒng)[3]基于HOLLiAS MAS 平臺，利用平臺提供的控制算法模塊，對AHP、ABP、GSS 系統(tǒng)疏水邏輯做如下優(yōu)化。

3.2.1 中選邏輯運算[3]

采用VOT3 模擬量三選算法進(jìn)行“中選”輸出，輸出值參與閥門控制。由于算法輸出結(jié)果與各變送器輸入值偏差有關(guān)，所以通過羅列各種可能的情況，總結(jié)其運算結(jié)果見表1。

表1 VOT3模擬量三選算法Table 1 Three choice algorithm for VOT3 analog quantity

改造后，正常疏水閥和緊急疏水閥均由三路變送器信號控制。當(dāng)NUM 的值為3、2、1 時，代表現(xiàn)場仍有可靠信號用于調(diào)節(jié)，而當(dāng)NUM=0 時，由于算法采用了輸出上一時刻有效值的設(shè)計，不能及時反映此刻工況。如果此時工況發(fā)生突變需要閥門快速響應(yīng)，而算法輸出上一時刻（工況正常）時的有效值，就會造成閥門仍處于正常調(diào)節(jié)的工況下而不會快速響應(yīng)，影響正常運行。因此，這種情況邏輯設(shè)計中必須將閥門設(shè)為強制切手動狀態(tài)，提醒運行人員及時干預(yù)。

3.2.2 次高選邏輯運算

采用VOT4 模擬量四選算法塊進(jìn)行次高選算法輸出，輸出值參與閥門控制。由于輸出結(jié)果與各變送器輸入值偏差有關(guān)，所以通過羅列各種可能的情況，總結(jié)其運算結(jié)果見表2。

表2 VOT4模擬量四選算法Table 2 VOT4 Analog quantity four choice algorithm

改造后，正常疏水閥和緊急疏水閥均由四路變送器信號控制。當(dāng)NUM 的值為4、3、2 時，代表現(xiàn)場仍有可靠信號用于調(diào)節(jié)，而當(dāng)NUM=1 或0 時，由于算法采用了輸出上一時刻有效值的設(shè)計，不能反映此時刻的工況。如果此時工況突變需要閥門快速響應(yīng)，而算法輸出上一時刻（工況正常）時的有效值，就會造成閥門仍處于正常調(diào)節(jié)的工況下而不會快速響應(yīng)，從而導(dǎo)致工況惡化，影響運行。因此，這種情況邏輯設(shè)計中必須將閥門設(shè)為強制切手動狀態(tài)，提醒運行人員及時干預(yù)。

4 現(xiàn)場施工

4.1 AHP液位開關(guān)更換

現(xiàn)場將原有單觸點開關(guān)更換為雙觸點開關(guān)，采用同一定值。以2 號機改造為例，打開2AHP113/114/115/213/214/215SN 液位開關(guān)外罩，記錄微動開關(guān)綁定位置。拆除接線和單觸點微動開關(guān)，將陶瓷底座整體換下，更換為雙觸點微動開關(guān)，分別送DEH 和DCS 系統(tǒng)。

4.2 儀表箱、變送器新增

AHP 系統(tǒng)新增2 個儀表箱，每個箱內(nèi)安裝3 臺新變送器，位置均位于常規(guī)島-7.2M 層。

GSS 系統(tǒng)儀表箱中有空位，利用現(xiàn)有儀表箱布置即可，位置均位于常規(guī)島0M 層。

4.3 變送器安裝

對于AHP/GSS 系統(tǒng)來說，在原變送器正、負(fù)壓側(cè)的Φ28 管線中間，增加三通閥（或原有三通閥更換為四通閥）、90°彎頭、負(fù)壓側(cè)儀表閥、冷凝罐等，與原有設(shè)備的安裝位置和高度一致，以對焊形式連接形成回路。

新增變送器為光華變送器[5]，使用標(biāo)準(zhǔn)三閥組，以卡套形式連接，正負(fù)壓側(cè)壓力管線與標(biāo)準(zhǔn)三閥組連接，接口處以密封膠密封完全。變送器本體壓力管線為Φ14 管線，其通過Φ28 ～Φ14 變徑接頭與Φ28 管線連接，Φ14 正負(fù)壓側(cè)引壓管線按照現(xiàn)有變送器管線走向引入變送器柜，在易摩擦位置進(jìn)行固定，新增排污閥接入原有排污管。

變送器電纜已先行放入機柜中，對電纜剝線、壓接、熱縮，并按照接線圖接線[4]。

4.4 邏輯修改

4.4.1 數(shù)據(jù)庫修改

新增設(shè)備在DCS 中新增加點名，用于參與邏輯控制、報警。在DCS 數(shù)據(jù)庫DI 頁中增加“U2AHP113SN、U2AHP114SN、U2AHP115SN、U2AHP213SN、U2AHP214SN、U2AHP215SN”。由于新增變送器已于先前改造中修改數(shù)據(jù)庫，故此次無需新增變送器的數(shù)據(jù)點。

4.4.2 組態(tài)邏輯修改

修改高加水位三高報警邏輯， 以U2AHP001IA（NO.5 高加水位高高高）報警邏輯修改為例，在邏輯中增加U2AHP113SN 和U2AHP213SN 的報警邏輯，與U2AHP110SN 和U2AHP210SN 共同參與U2AHP001IA 報警，同理完成對U2AHP003IA（NO.6 高加水位高高高）、U2AHP005IA（NO.7 高加水位高高高）報警邏輯的修改。

修改高加解列邏輯：以A 列高加為例，對NO.5A、NO.6A、NO.7A 罐體上的相應(yīng)液位開關(guān)做開關(guān)量三取二（D2V3）運算，輸出信號取“或”觸發(fā)高加解列信號，B 列做法相同。

修改次高選疏水邏輯，以閥門2ABP046VL 為例：

在變量聲明區(qū)新增VOT401 次高選邏輯行，對TYP（輸出類型選擇）、ATY（算法類型）、MU（模擬量輸出量程上限）、MD（模擬量輸入量程下限）、WAR（允許最大偏差限）參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

將 2ABP103MN、2ABP113MN、2ABP114MN、2ABP115MN 信號引入VOT4 次高選算法模塊，輸出值送FOI 一階慣性濾波模塊后，作為閥門自動控制的過程值。

對FMAN 手操器輸入質(zhì)量位進(jìn)行修改，由原先的單個變送器改為4 個變送器質(zhì)量位“或”的形式。

根據(jù)設(shè)計要求，修改強制切手動和質(zhì)量位報警邏輯。當(dāng)有效質(zhì)量位小于2（即變送器的有效質(zhì)量位為1 和0 時），2ABP046VL 閥門才強制切為手動控制。對于質(zhì)量位報警而言，采用“或”門即只要有一路變送器信號失效就會發(fā)出質(zhì)量位報警，提醒相關(guān)人員及時察覺和第一時間檢修，防止情況進(jìn)一步惡化。

修改中選邏輯，以2ADG013VL 為例：

在變量聲明區(qū)新增VOT301 中選邏輯行，對TYP、ATY、MU、MD、WAR 參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

將2AHP101MN、2AHP111MN、2AHP121MN（新增）信號引入VOT3 中選算法模塊，輸出值送FOI 一階慣性濾波模塊后作為閥門自動控制的過程值。

對FMAN 手操器輸入質(zhì)量位進(jìn)行修改，由原先的單個變送器改為3 個變送器質(zhì)量位“或”的形式。

根據(jù)設(shè)計要求，修改強制切手動和質(zhì)量位報警邏輯。當(dāng)有效質(zhì)量位小于1（即變送器的有效質(zhì)量位為0 時），2ADG013VL 閥門才強制切為手動控制。對于質(zhì)量位報警而言，采用“或”門即只要有一路變送器信號失效就會發(fā)出質(zhì)量位報警，提醒相關(guān)人員及時察覺和第一時間檢修，防止情況進(jìn)一步惡化。

修改流程圖畫面，以AHP501RE 為例，在罐體圖形上將三高信號報警圖符添加在最右側(cè)，點名為U2AHP113SN。按照同樣的做法， 增加AHP601RE、AHP701RE、AHP502RE、AHP602RE、AHP702RE 的三高液位開關(guān)報警。其他修改均參照上述。

5 開環(huán)調(diào)試

現(xiàn)場安裝和DCS 上層邏輯修改完成后，需要按照調(diào)試程序?qū)π薷暮蟮倪壿嬤M(jìn)行測試，以驗證其功能滿足設(shè)計要求。

5.1 高加解列邏輯測試

取廠用除鹽水，用電動泵分別對“三取二”解列高加邏輯中的三高、三高、二高液位開關(guān)兩兩聯(lián)通進(jìn)行灌水，驗證三取二解列邏輯正常觸發(fā)，并在DCS 中查看響應(yīng)報警和邏輯是否觸發(fā)。測試表記錄見表3。

5.2 中選邏輯測試

AHP、GSS 系統(tǒng)每個罐體均有3 個變送器，工作人員在現(xiàn)場分別同時對3 個變送器按照表4 中所給的電流加信號，并依次斷開一路、兩路、三路信號，觀察并記錄DCS上層輸出信號值至表4（以2AHP101MN、2AHP111MN、2AHP121MN 為例說明）。

表4 中選邏輯測試記錄表Table 4 Selected logic test record table

5.3 次高選邏輯測試

工作人員同時對ABP 系統(tǒng)4 個變送器按照表5 中所給的電流加信號，并分別斷開一、二、三、四路信號，觀察并記錄DCS 上層輸出信號值至表5（以2ABP103MN、2ABP113MN、2ABP114MN、2ABP115MN 為例說明）。

表5 次高選邏輯測試記錄表Table 5 Record of high selection logic test

5.4 測試結(jié)論

1）AHP 系統(tǒng)“三取二”液位開關(guān)解列邏輯可正常觸發(fā)和復(fù)位，相應(yīng)報警正常出現(xiàn)，改變了原先單一設(shè)備控制高加系統(tǒng)解列的邏輯，降低了解列風(fēng)險。

2）AHP、GSS 系統(tǒng)液位“中選”邏輯，所有新增設(shè)備測試結(jié)果合格，輸出值可根據(jù)信號質(zhì)量的好壞和信號之間的偏差進(jìn)行調(diào)整輸出，實際測試結(jié)果與理論計算值一致，滿足設(shè)計要求。

3）ABP 系統(tǒng)液位“次高選”邏輯，輸出值可根據(jù)信號質(zhì)量的好壞和信號之間的偏差進(jìn)行調(diào)整輸出，實際測試結(jié)果與理論計算值一致，滿足設(shè)計要求。

4）強制切手動條件嚴(yán)格且合理，即現(xiàn)場已無合理可靠的輸出值用于自動控制。這樣既保證了閥門在緊急情況下可以從自動切換至手動控制，又避免了因單個設(shè)備故障造成的不必要的切手動，降低了運行人員的重復(fù)性工作量。

6 檢修經(jīng)驗反饋

1）疏水邏輯改造，消除了單一故障引起的機組運行風(fēng)險，減少了重復(fù)性的工作。但由于質(zhì)量位概念引入，如若現(xiàn)場單個或多個變送器需要檢修拆除接線時，接線與端子接觸時緊時松，導(dǎo)致變送器輸出值突變跳躍，經(jīng)中選/次高選后，輸出值會發(fā)生波動，給現(xiàn)場控制帶來巨大風(fēng)險，因此在拆/裝變送器過程中，運行人員應(yīng)將對應(yīng)閥門切換至手動狀態(tài)，并對閥門持續(xù)監(jiān)視，待拆除或恢復(fù)接線后，再將閥門恢復(fù)至自動狀態(tài)，可以有效避免液位輸出值的波動。

2）在某些時候，回裝變送器會發(fā)現(xiàn)冷凝罐冷卻水減少或變送器引壓管線介質(zhì)變少，需要工作人員重新灌水加壓。此時，由于外來除鹽水的引入會造成液位波動，因而在變送器灌水時需要將變送器所在引壓管線儀表閥暫時關(guān)閉，將設(shè)備從系統(tǒng)中隔離，防止灌水對液位造成擾動，待灌水結(jié)束后，再打開閥門將變送器投運，才會將變送器投運時對液位的影響降至最低。