核電廠跳機電磁閥供電卡件研究與優(yōu)化

林裕海

【摘 要】跳機電磁閥影響著汽輪機發(fā)電機正常運行，核電廠均設(shè)計兩路電源對電磁閥進行供電，防止失去一路電，導致進汽閥門關(guān)閉。論文針對該類型電磁閥的供電卡件進行研究，并提出優(yōu)化方案。

【Abstract】The jumping electromagnetic valve affects the normal operation of the steam turbine generator. Two power supplies are designed to supply power for electromagnetic valves in nuclear power plants， so as to prevent the close of the intake valve when one power source is fault. The paper studies the power supply card of this type electromagnetic valve， and puts forward the optimization scheme.

【關(guān)鍵詞】 跳機電磁閥；供電卡件；控制回路

【Keywords】jumping electromagnetic valve； power supply card； control circuit

【中圖分類號】TH134 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）11-0159-02

1 引言

核電廠汽輪機進汽閥門多次發(fā)生由于跳機電磁閥供電卡件故障導致閥門異常關(guān)閉，本文根據(jù)核電廠的汽輪機閥門控制原理，板件設(shè)計，以及目前板件存在的缺陷進行論述，并提出優(yōu)化方案。

2 汽機閥門控制邏輯簡介

核電廠汽輪機由1個高壓缸、2個低壓缸和8路進氣管線組成。每路進氣管路上有1個GRE調(diào)節(jié)閥和1個GSE截止閥。其中GRE調(diào)節(jié)閥控制回路有2個跳機電磁閥和1個伺服閥，正常運行時跳機電磁閥得電勵磁，截斷高壓液壓油回油，由伺服閥調(diào)節(jié)高壓液壓油來控制閥門開度，響應(yīng)汽機負荷的變化；GSE截止閥有2個跳機電磁閥和1個開關(guān)電磁閥，正常運行時跳機電磁閥得電勵磁，開關(guān)電磁閥失電通過高壓液壓油，將截止閥開啟。因此閥門上的跳機電磁閥主要作用是響應(yīng)汽機的危急保護，任一跳機電磁閥失電該閥門將快速關(guān)閉。電磁閥供電由機柜兩塊SIM326卡件進行供電，邏輯控制觸發(fā)跳機電磁閥控制指令時，將通過兩個互為冗余的卡共同驅(qū)動閥門的開啟和關(guān)閉。兩塊卡的指令輸出端接入穩(wěn)壓端子排的同一個端子，通過穩(wěn)壓端子排將指令送就地閥門本體的BC接線端子盒，再轉(zhuǎn)接至就地跳機電磁閥控制線圈。跳機電磁閥供電卡件是西門子SIM326DO輸出卡，當fail safe邏輯控制觸發(fā)跳機電磁閥控制指令時，將通過兩個互為冗余的卡共同驅(qū)動閥門的開啟和關(guān)閉。兩塊卡的指令輸出端接入穩(wěn)壓端子排的同一個端子，通過穩(wěn)壓端子排將指令送就地閥門本體的BC接線端子盒，再轉(zhuǎn)接至就地跳機電磁閥控制線圈，電磁閥供電接線圖如圖1所示：

2.1 閥門快速關(guān)閉原理介紹

當有跳機信號時或者操作員在畫面上手動點擊跳機電磁閥關(guān)閉指令A(yù)-OFF時，跳機電磁閥失電，閥門快速關(guān)閉。跳機電磁閥關(guān)閉的同時會將觸發(fā)開關(guān)電磁閥帶電指令，并且電磁閥的開關(guān)指令將送fail safe邏輯，最終驅(qū)動卡件通過硬接線輸出24V電壓控制電磁閥。

2.2 SIM326卡件的信號回路介紹

SIM326安全故障型卡件是用于DO輸出，每個板件具有10個24V/2A開關(guān)量輸出通道，可以單個使用也可以冗余使用。在核電廠現(xiàn)場DO輸出都是冗余使用。當信號通道指令為1時，Output driver信號放大器將指令信號放大，通過24端子輸出24V電壓控制就地電磁閥。為了防止冗余通道電壓逆流傳入卡件通道，24端子帶防逆流二級管。兩卡件電氣原理圖如下：

圖2中紅框的二極管為雙向瞬變電壓抑制二極管，是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。當TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度（最高達1*10-12秒）使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。

由圖3可看出：在目前的連接方式中，當JXK元器件處于短路失效狀態(tài)時，兩路功率輸出器件L6370D器件輸出信號都經(jīng)過JXK器件至地，使兩路輸出同時失效。從該種失效模式來看，兩個板件沒有實現(xiàn)完全的冗余功能。任意一個JXK器件短路，都會使輸出通道失效，降低了DO通道安全性能。

由上可見，卡件在以下情況是可以實現(xiàn)冗余：在單個卡件故障、失去供電，或卡件信號通道非公共部分斷線時，兩個卡件對應(yīng)卡件可以構(gòu)成冗余。

在以下條件時，卡件失去冗余功能：

①兩個卡件對應(yīng)信號通道的公共部分存在接地或斷線，導致兩路信號電壓輸出同時失去；② 兩個卡件對應(yīng)信號通道的公共部分存在斷線，導致兩路信號的輸出均無法構(gòu)成電流回路；③兩個卡件對應(yīng)信號通道的如下單獨部分存在接地，因為回路并接導致兩路信號電壓輸出同時失去；④ 兩個卡件對應(yīng)信號通道中的某一個存在內(nèi)部故障，導致并接的兩路信號電壓輸出同時失去。

3 優(yōu)化方案

板件設(shè)計優(yōu)化一：作為安全保護器件失效不應(yīng)該影響板件基本功能，建議在電壓瞬態(tài)抑制二極管串聯(lián)上串聯(lián)自恢復保險作為保護，如圖4所示，當二極管短路時，自恢復保險處于熔斷狀態(tài)，不影響DO通道的輸出功能。由于保險有一定的內(nèi)阻，會影響到電壓瞬態(tài)抑制二極管的電壓吸收效果，需在此設(shè)計時平衡。

板件設(shè)計優(yōu)化二：兩個通道并聯(lián)的目的是為了提高通道安全性能，原電路設(shè)計卻降低了通道的安全性。建議在下游電路中增加D6，D7單向?qū)ǘO管（圖5紅框），如圖5所示，實現(xiàn)單個板件短路故障時，下游負載仍然可以正常工作，實現(xiàn)真正意義上的冗余，提高輸出通道的可靠性。

4 結(jié)論與總結(jié)

通過上述內(nèi)容可知，優(yōu)化方案可以基本解決現(xiàn)在跳機電磁閥供電卡件設(shè)計存在的缺陷，同時盡可能的減少對現(xiàn)場設(shè)備的改造工作，最終可以實現(xiàn)提高核電廠汽輪機閥門跳機電磁閥供電DO卡冗余的可靠性，減少對設(shè)備的非必要損傷。