核電廠主給水隔離控制回路繼電器觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題分析及優(yōu)化

楊宇奇，張?zhí)旌剑捎駝P，熊國(guó)華

（中廣核研究院有限公司 系統(tǒng)工程與改造中心，廣東 深圳518000）

1 概述

核電廠主給水系統(tǒng)（ARE）的功能是將凝結(jié)水可控地送往三臺(tái)蒸汽發(fā)生器，并根據(jù)汽輪機(jī)功率控制蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的水位。在機(jī)組發(fā)生啟動(dòng)安注的事故工況時(shí)，安注信號(hào)會(huì)觸發(fā)一系列下游系統(tǒng)及設(shè)備動(dòng)作，包括停堆、啟動(dòng)安住、ARE 主給水隔離、啟動(dòng)ASG 輔助給水、啟動(dòng)應(yīng)急柴油機(jī)等，其中ARE 主給水隔離會(huì)同時(shí)將ARE 調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)隔離閥關(guān)閉。

圖1 安注邏輯簡(jiǎn)圖

安注信號(hào)觸發(fā)方式分為自動(dòng)觸發(fā)和手動(dòng)觸發(fā)兩種，在事故工況下通過(guò)手動(dòng)觸發(fā)安注時(shí)，主控操作員手動(dòng)按下安注按鈕RPA/RPB058TO 來(lái)啟動(dòng)安注，觸發(fā)的主給水隔離關(guān)閥指令為短時(shí)信號(hào)，信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于ARE 電動(dòng)隔離閥的關(guān)閥行程時(shí)間20s，因此，ARE 電動(dòng)隔離閥無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全關(guān)閉，進(jìn)而影響主給水隔離功能的實(shí)現(xiàn)。為解決這一問(wèn)題，在主給水隔離控制回路增加前延時(shí)繼電器及輔助繼電器實(shí)現(xiàn)ARE 主給水隔離短時(shí)信號(hào)的自保持功能，從而保證ARE 電動(dòng)隔離閥的有效關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)主給水隔離功能，如圖2所示，以ARE052VL（A 列主給水隔離控制信號(hào)）為例，當(dāng)RPA058TO 短時(shí)按下并松開(kāi)，短時(shí)觸發(fā)RPA 主給水隔離信號(hào)，關(guān)閥繼電器ARE701XF 短時(shí)得電勵(lì)磁，通過(guò)其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合形成自保持回路，此時(shí)電動(dòng)隔離閥ARE052VL 開(kāi)始關(guān)閥行程，同時(shí)延時(shí)繼電器ARE721XT 得電開(kāi)始計(jì)時(shí)25s，25s 后電動(dòng)隔離閥完全關(guān)閉，ARE721XT 輸出高電平勵(lì)磁輔助繼電器ARE721XR，其常閉觸點(diǎn)的斷開(kāi)，ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR 全部失磁，ARE701XF 的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)自保持回路的復(fù)位，整個(gè)電動(dòng)隔離閥的關(guān)閥過(guò)程結(jié)束。

圖2 主給水隔離控制回路

2 主給水隔離控制回路電路分析

在對(duì)控制回路進(jìn)行功能鑒定時(shí)發(fā)現(xiàn)，ARE721XT 延時(shí)25s后，本應(yīng)處于斷開(kāi)（復(fù)位）狀態(tài)的ARE701XF 常開(kāi)觸點(diǎn)未實(shí)現(xiàn)斷開(kāi)，自保持電路未實(shí)現(xiàn)復(fù)位，且ARE721XR 與ARE721XT形成振蕩電路，ARE721XR 的觸點(diǎn)不斷吸合、釋放。

經(jīng)分析，在繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作過(guò)程中，受到機(jī)械慣性、機(jī)械位移量及電磁慣性等因素的影響，相關(guān)觸點(diǎn)的動(dòng)作在時(shí)間上產(chǎn)生時(shí)延，不能按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)序依次動(dòng)作，從而引起電路的誤動(dòng)作，這就是競(jìng)爭(zhēng)（冒險(xiǎn)）現(xiàn)象[1]。如圖3所示，繼電器觸點(diǎn)產(chǎn)生的動(dòng)作時(shí)延主要原因有兩個(gè)：

圖3 繼電器通斷電及觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)延

一是觸點(diǎn)機(jī)械行程時(shí)延，對(duì)同一型號(hào)的繼電器，由于其物理結(jié)構(gòu)決定，其機(jī)械觸點(diǎn)通常按照先斷后合的順序動(dòng)作；

二是線圈通斷電時(shí)延，即繼電器的吸合與釋放的時(shí)延不同，其長(zhǎng)短取決于該線圈充電和放電時(shí)間常數(shù)，通常斷電時(shí)延大于通電時(shí)延。

由圖4可知，ARE721XR 的復(fù)位時(shí)序只有幾毫秒的時(shí)間，存在短時(shí)置1 信號(hào)的開(kāi)啟（復(fù)位）回路[2]，因此，就存在與ARE701XF 觸點(diǎn)動(dòng)作相互競(jìng)爭(zhēng)的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)復(fù)位瞬間繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)序進(jìn)行分析：

①當(dāng)ARE721XT 延時(shí)25s 后勵(lì)磁ARE721XR，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)復(fù)位自保持回路，此時(shí)ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR 都失磁，由于此時(shí)ARE701XF 常閉觸點(diǎn)還未斷開(kāi)（受釋放時(shí)間和運(yùn)動(dòng)零件行程時(shí)間影響）；

②ARE721XR 的常閉觸點(diǎn)由于勵(lì)磁端失電重新閉合，使得自保持回路重新建立，ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR重新勵(lì)磁；

③ARE721XT 重新勵(lì)磁并驅(qū)動(dòng)ARE721XR， 使得ARE721XR 常閉觸點(diǎn)重新打開(kāi)，如此循環(huán)往復(fù)，形成振蕩，由于ARE721XT 延時(shí)有效的最小時(shí)間為500ms，因此，振蕩周期內(nèi)不會(huì)再產(chǎn)生25s 的延時(shí)效果。

圖4 設(shè)計(jì)預(yù)想時(shí)序與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3 主給水控制回路的優(yōu)化方案

通過(guò)以上對(duì)主給水隔離控制自保持控制回路繼電器觸點(diǎn)振蕩的原因進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵是如何將關(guān)閥繼電器ARE701XF和輔助繼電器ARE721XR 觸點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)序錯(cuò)開(kāi)，使ARE721XR/ARE701XF 復(fù)位有了先后順序，從而消除競(jìng)爭(zhēng)（冒險(xiǎn)）現(xiàn)象，優(yōu)化方案如圖5所示。

圖5 主給水隔離控制回路優(yōu)化方案（以ARE052VL 為例）

對(duì)復(fù)位瞬間繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)序進(jìn)行分析：

①當(dāng)ARE721XT 延時(shí)25s 后，ARE721XR 勵(lì)磁，其常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)，使得ARE701XF 失磁，其常開(kāi)觸點(diǎn)先斷開(kāi)；

②ARE701XF 常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)使得ARE721XT/ARE721XR失磁，其常閉觸點(diǎn)再閉合；

③觀察記錄儀，兩個(gè)觸點(diǎn)復(fù)位動(dòng)作時(shí)差大約在2ms，規(guī)避了競(jìng)爭(zhēng)（冒險(xiǎn)）現(xiàn)象。

4 結(jié)論

在繼電器控制回路設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常是靜態(tài)分析控制電路的繼電器動(dòng)作，未考慮繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)序。由于繼電器的勵(lì)磁線圈的電磁慣性、釋放時(shí)間和運(yùn)動(dòng)零件行程時(shí)間等因素，使得繼電器勵(lì)磁線圈的得電/失電、觸點(diǎn)的斷開(kāi)/閉合存在一定的時(shí)間差。核電廠主給水隔離功能因兩個(gè)繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)序的偏差，導(dǎo)致主給水隔離自保持回路無(wú)法復(fù)位，產(chǎn)生自激振蕩現(xiàn)象。

通過(guò)對(duì)繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)序的動(dòng)態(tài)分析，并對(duì)控制回路的繼電器動(dòng)作時(shí)序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免了因繼電器觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致主給水功能隔離無(wú)法復(fù)位的故障，從而保證了主給水隔離功能的實(shí)現(xiàn)。