核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)科技創(chuàng)新

相溢炯

核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)科技創(chuàng)新

相溢炯

He dian chang shu zi hua yi kong xi tong ke ji chuang xin

核電廠是我國基礎設施建設過程中的重要內(nèi)容，結(jié)合核電廠的實際運行和發(fā)展情況，對儀控系統(tǒng)進行技術(shù)改造和科技創(chuàng)新，使其與機組安全運行要求相符合，并充分發(fā)揮監(jiān)測、控制和保護功能，對維修過程進行優(yōu)化，具有積極意義。數(shù)字化儀控系統(tǒng)，能夠保障核電站運行過程中的安全性和可靠性。但是其在機組調(diào)試和實際應用過程中仍然存在諸多問題。核電站負責人要認識到數(shù)字化儀控系統(tǒng)在核電廠實際運營和發(fā)展過程中的重要作用，并對其各項功能進行不斷優(yōu)化和改進，保障儀控系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和運行維護質(zhì)量，推進核電廠的穩(wěn)定運行和發(fā)展，充分發(fā)揮數(shù)字化儀控系統(tǒng)的控制保護功能，實現(xiàn)機組的安全穩(wěn)定運行。

一、數(shù)字化儀控系統(tǒng)構(gòu)成

核電站運行過程中，核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)對核電站的日常運行情況進行監(jiān)控，并對各個生產(chǎn)節(jié)點進行嚴格控制，避免機組與實際設計運行工況不符合。安全儀控系統(tǒng)和反應堆功率控制系統(tǒng)需滿足核電站的安全要求。1.控制反應性，使核反應堆處于次臨界。2.導出堆芯熱量。3.使核反應堆三道屏障處于穩(wěn)定狀態(tài)，以對放射性釋放進行有效控制。4.執(zhí)行安全功能。數(shù)字化儀控設備在專用儀控系統(tǒng)中應用也比較普遍。

二、數(shù)字化儀控系統(tǒng)科技創(chuàng)新

1.儀控系統(tǒng)的設計和供貨改進案例

（1）降低控制棒控制通道故障。借助超聲波對模件插件進行清洗、改造電子設備通風系統(tǒng)、對模板整改問題進行有效控制，從而避免信號傳輸和模件故障，使模件達到良好的應用效果，有效控制反應堆功率。改進和優(yōu)化系統(tǒng)，能夠?qū)刂瓢敉ǖ老到y(tǒng)進行有效控制，避免非計劃停堆。

（2）創(chuàng)新重要儀表模擬量輸入信號。核電站受自身條件的局限，無法對安全系統(tǒng)儀表進行定期檢查和通道校準。技術(shù)人員可以應用新型信號交叉方式對變送器和信號通道進行監(jiān)控，有效避免人為檢查過程中的失誤，使反應堆保護系統(tǒng)時刻處于良好狀態(tài)。技術(shù)人員可以在數(shù)學公式推算和交叉比較結(jié)構(gòu)設計等方面對其進行創(chuàng)新和應用。

（3）停堆斷路器控制回路設計。某核電站在機組反應堆保護-預保護執(zhí)行系統(tǒng)定期試驗中，一機柜中停堆斷路器K1發(fā)生異常，導致控制棒下滑，影響反應堆功率，削弱了回路壓力，使反應堆發(fā)生非計劃停堆。技術(shù)人員要優(yōu)化停堆斷路器控制回路，將停堆斷路器一次驗證數(shù)量控制為一個，并降低系統(tǒng)誤動率。

（4）改進汽輪機和旁排控制系統(tǒng)。汽輪機和旁排控制系統(tǒng)調(diào)試過程中的問題，不僅會干擾工程進度，同時，也會影響控制系統(tǒng)功能及性能指標。在汽輪機控制器中，可以引入反應堆快速預保護信號和汽水分離器溫度點，對甩負荷觸發(fā)信號定值和開關(guān)量信號通道回路自檢功能進行確定，對旁排閥關(guān)閉問題和甩負荷觸發(fā)信號冗余度低進行改進，提高汽輪機和旁排控制系統(tǒng)的整體運行質(zhì)量，達到良好的應用效果。

（5）引入DAS系統(tǒng)，應對共模故障。DAS系統(tǒng)自動驅(qū)動功能，即當電廠參數(shù)超過設定值時，提供多樣性的、冗余的自動驅(qū)動信號來使反應堆停堆或驅(qū)動選定的專設安全設施；手動驅(qū)動功能，即為停堆和選定的專設安全設施

驅(qū)動提供獨立的、基于硬接線的、手動驅(qū)動功能；顯示和報警功能，即為選定的電廠參數(shù)提供專門的、獨立的顯示。數(shù)字化保護和安全監(jiān)視系統(tǒng)設計需要考慮共模故障，尤其是軟件共模故障問題，應對共模故障的最有效手段為多樣性設計。引入多樣性系統(tǒng)，可減小主保護系統(tǒng)故障引起的嚴重事故概率。

2.儀控系統(tǒng)功能運行和維護創(chuàng)新案例

（1）優(yōu)化控制棒綜合試驗占用大修主線時間?？刂凭€棒綜合試驗是核電站大修過程中的具體內(nèi)容，占用大修主線時間比較長。對冷卻劑溫度、堆芯硼酸濃度和控制棒位置等參數(shù)對反應堆反應性的干擾進行分析，并對其進行量化計算。表明，反應堆-回路加熱過程中，成組提升控制棒與技術(shù)規(guī)格書要求相符合。依據(jù)該結(jié)果，在反應堆-回路加熱過程中進行控制棒成組試驗和落棒試驗，避免對主線大修時間進行占用。經(jīng)過優(yōu)化之后，主線占用時間轉(zhuǎn)化為0，既簡化了大修過程，也提高了經(jīng)濟效益。

（2）研發(fā)安全儀控系統(tǒng)多功能測試和診斷培訓平臺。對系統(tǒng)模件功能和特點進行分析，并對其實際工作環(huán)境進行模擬，實現(xiàn)多功能平臺研發(fā)。該平臺功能比較多樣化，包括測試功能、故障診斷功能、培訓功能等，提高了儀控系統(tǒng)運行過程中的安全性和可靠性，也有助于檢修周期控制。該平臺無論是測試、診斷、培訓功能集成，還是測試系統(tǒng)、培訓功能等設計都極具創(chuàng)新性，推動了核電廠快速運營和發(fā)展。

（3）研發(fā)儀控系統(tǒng)維護培訓臺架。該培訓平臺的功能比較多樣化。能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)軟/硬件檢查、儀控邏輯和畫面變更執(zhí)行等，也能夠?qū)x控邏輯功能進行驗證。其有效避免了檢修過程中的人為性失誤，保障了運行儀控TXP系統(tǒng)維護工作的順利推進。

（4）研發(fā)控制棒驅(qū)動機構(gòu)動力電源控制模件測試工具?？刂瓢趄?qū)動機構(gòu)的主要電源來源是動力電源模件。它應用手動執(zhí)行定期測試工作。技術(shù)人員可以對自動測試工具進行研發(fā)，以自動測試模件，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)自動分析，并得出分析結(jié)論。該工具圖形化人機接口和各項數(shù)據(jù)管理功能兼?zhèn)?，既可自動測試，也可手動操作。操作過程比較簡單，功能也相對齊全，能夠?qū)Π踩匾＜M行明確了解。

（5）優(yōu)化主冷卻劑泵徑向止推軸承釋熱監(jiān)測參數(shù)。該核電站借助冷卻系統(tǒng)出口溫度計對主冷卻劑泵徑向止退軸承釋熱功率進行檢測，在管道法蘭上對溫度計進行安裝，借助法蘭金屬溫度測量得出冷卻系統(tǒng)出口溫度，并不能夠?qū)χ鞅脧较蛑雇戚S承異常進行良性監(jiān)控。工作人員可以對檢測點和保護套管進行增加，或?qū)囟扔嫓y量方法進行優(yōu)化等，實現(xiàn)釋熱率測量，以滿足機組運行訴求。該優(yōu)化方案的創(chuàng)新性主要表現(xiàn)在數(shù)學模型構(gòu)建和邏輯圖實現(xiàn)、對實時數(shù)據(jù)進行自動在線采集等方面。能夠?qū)Υ箅姍C摩擦副監(jiān)測問題進行有效解決，實現(xiàn)同類型監(jiān)測優(yōu)化。

（6）創(chuàng)新主蒸汽流測量方法。該核電站將SDF元件設置在主蒸汽管線上，對主蒸汽流量進行測試，流量和管線震動比較大，使SDF斷裂問題頻發(fā)，無法從根本上測定主蒸汽流量，且斷裂SDF元件的沖擊性也會干擾下游汽輪機的安全。合理分析蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)，對蒸汽發(fā)生器上部設備的節(jié)流特點進行合理分析，從而借助科學合理的計算得出主蒸汽流量，標定之后，得出科學的流量參數(shù)值，能夠有效避免管道新增測量元件損耗問題和斷裂過程中產(chǎn)生異物。

三、結(jié)語

綜上所述，數(shù)字化儀控系統(tǒng)科技創(chuàng)新是核電站發(fā)展過程中的必然。數(shù)字化儀控系統(tǒng)設計、供貨、運行、維修與核電站機組生產(chǎn)過程檢測控制訴求相匹配，使數(shù)字化儀控系統(tǒng)的功能更加全面，維修過程和維修方法也更加合理，使機組時刻處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)，推進了核電廠各項工作的順利進行，在我國核電站運營和發(fā)展過程中具有重要意義。

（作者單位：中核控制系統(tǒng)工程有限公司）