海陽(yáng)核電現(xiàn)場(chǎng)備用電源順序帶載試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)反饋

王志偉　管錚

摘 ?要：海陽(yáng)核電1號(hào)機(jī)組在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)備用電源順序帶載試驗(yàn)期間，常規(guī)島多個(gè)設(shè)備未按預(yù)期自動(dòng)啟動(dòng)，不同設(shè)備存在不同原因，但主要還是控制邏輯問題。這些控制邏輯分別由三菱電機(jī)和國(guó)核院進(jìn)行設(shè)計(jì)，西屋公司負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)DCS組態(tài)。在首次試驗(yàn)失敗后，調(diào)試人員將初步原分析反饋相關(guān)設(shè)計(jì)院及西屋公司，設(shè)計(jì)院通過邏輯變更，重新向西屋提交了邏輯設(shè)計(jì)圖，同時(shí)西屋也對(duì)自身設(shè)計(jì)的邏輯宏進(jìn)行了優(yōu)化，在現(xiàn)場(chǎng)DCS組態(tài)完成變更實(shí)施后，重新試驗(yàn)合格。

關(guān)鍵詞：順序帶載;邏輯;經(jīng)驗(yàn)反饋

中圖分類號(hào)：TM623 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

山東海陽(yáng)核電一期工程建設(shè)2臺(tái)單機(jī)1 253 MW 的壓水堆核電機(jī)組，采用美國(guó)西屋公司研發(fā)的最新三代非能動(dòng)壓水堆核電技術(shù)（AP1000）。AP1000為中壓10.5 kV 母線ES-1段和ES-2段，分別配備了一臺(tái)額定功率6 000 kW的備用柴油發(fā)電機(jī)，在發(fā)生主發(fā)電機(jī)跳閘和失去廠外電源時(shí)，為中壓母線ES-1/2段提供電源，確保相關(guān)設(shè)備能正常運(yùn)行，防止非能動(dòng)專設(shè)的動(dòng)作。該文主要對(duì)1號(hào)機(jī)組試驗(yàn)期間常規(guī)島相關(guān)設(shè)備的控制邏輯進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)反饋總結(jié)[1]。

1 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

現(xiàn)場(chǎng)備用電源順序加載試驗(yàn)主要是驗(yàn)證在ES-1/2段中壓母線成功進(jìn)行殘壓切換后殘壓順序帶載功能，以及驗(yàn)證在設(shè)計(jì)所包含的不同情境下備用柴油發(fā)電機(jī)能自動(dòng)加載功能。

2 常規(guī)島順序加載失敗設(shè)備

海陽(yáng)核電1號(hào)機(jī)組調(diào)試順序帶載試驗(yàn)期間，常規(guī)島共有13臺(tái)設(shè)備未按預(yù)期自動(dòng)加載成功，其失敗原因主要有4種，部分設(shè)備存在一種，部分則存在2種，具體見表1。

3 原因分析

海陽(yáng)核電非安全級(jí)控制系統(tǒng)采用艾默生的Ovation控制系統(tǒng)，所有邏輯圖組態(tài)均由西屋公司完成。順序帶載主邏輯由西屋設(shè)計(jì)，其基本控制邏輯策略是，當(dāng)中壓母線欠電壓并最終觸發(fā)順序帶載邏輯后，順序帶載主邏輯會(huì)分批觸發(fā)自動(dòng)加載信號(hào)，傳送至需要自動(dòng)加載的設(shè)備控制邏輯當(dāng)中去。此自動(dòng)加載信號(hào)的主要功能是生成一個(gè)復(fù)位信號(hào)（1 s脈沖），將失電停運(yùn)期間設(shè)備產(chǎn)生的邏輯內(nèi)部報(bào)警/閉鎖等信號(hào)復(fù)位，自動(dòng)優(yōu)先設(shè)備則會(huì)恢復(fù)自動(dòng)模式[2]。

一般情況下，發(fā)生全廠失電后，需要自動(dòng)加載設(shè)備的自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖信號(hào)均已經(jīng)滿足條件并觸發(fā)，在設(shè)備恢復(fù)自動(dòng)模式的瞬間，觸發(fā)自動(dòng)啟動(dòng)指令。

3.1 原因一

存在原因1的設(shè)備全部為Profibus全通信設(shè)備，即電氣開關(guān)MCC與DCS之間的所有信號(hào)均采用Profibus通信協(xié)議，光纖傳輸。MCC中通信模塊、控制回路電源均取自母線。當(dāng)MCC上游失電，控制回路、通信模塊均會(huì)失電，導(dǎo)致MCC與DCS之間的通信故障，所有通信信號(hào)在DCS側(cè)顯示壞點(diǎn)，且數(shù)值保持為壞點(diǎn)發(fā)生時(shí)的數(shù)值。原運(yùn)行設(shè)備失電停運(yùn)后，其運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)在DCS側(cè)保持為1，當(dāng)母線再次得電時(shí)，通信恢復(fù)正常，其運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)從1變0，由于復(fù)位信號(hào)與反饋?zhàn)兓瑫r(shí)發(fā)生，“Un-commanded motion”信號(hào)被抑制未能觸發(fā)，而在復(fù)位信號(hào)消失以后，且運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)由1變0，導(dǎo)致 “Command not complete”信號(hào)產(chǎn)生，并引發(fā)“Lock out”邏輯閉鎖信號(hào)，閉鎖指令輸出且退出自動(dòng)，從而導(dǎo)致設(shè)備無法預(yù)期自動(dòng)啟動(dòng)，如圖1所示。

解決方案：通過給自動(dòng)加載信號(hào)增加1 s延時(shí)算法，讓復(fù)位信號(hào)晚1 s生成。目的是當(dāng)設(shè)備再次得電，運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)由1變0，同時(shí)觸發(fā)“Command not complete”和“Un-commanded motion”內(nèi)部邏輯信號(hào)，并引發(fā)“Lock out”閉鎖，其中“Un-commanded motion”信號(hào)可以復(fù)位啟動(dòng)需求信號(hào)后的RS觸發(fā)器保持的啟動(dòng)需求信號(hào)（此信號(hào)用于判斷Command not complete），而當(dāng)復(fù)位信號(hào)來后，復(fù)位掉“Un-commanded motion”，使設(shè)備處于自動(dòng)模式。

3.2 原因二

存在原因2的4臺(tái)設(shè)備，控制邏輯由三菱電機(jī)設(shè)計(jì)，在其提供給西屋的邏輯圖中，未明確設(shè)備的自動(dòng)加載控制邏輯，而西屋在進(jìn)行組態(tài)時(shí)，完全按照三菱電機(jī)提供的輸入文件進(jìn)行繪制，最終現(xiàn)場(chǎng)DCS邏輯中，此4臺(tái)設(shè)備無任何自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖邏輯。

解決方案：與三菱電機(jī)澄清，升版了邏輯圖，引入了自動(dòng)加載信號(hào)，從邏輯上實(shí)現(xiàn)了如下功能：如果設(shè)備在運(yùn)行期間失電停運(yùn)，那么順序帶載時(shí)，設(shè)備能自動(dòng)啟動(dòng)，如果設(shè)備在停運(yùn)狀態(tài)下發(fā)生母線失電，則順序帶載時(shí)，設(shè)備仍保持停運(yùn)。DCS組態(tài)按此修改后，重新試驗(yàn)滿足要求。

3.3 原因三

存在原因3的設(shè)備為國(guó)核院設(shè)計(jì)，且為手/自動(dòng)控制類型，并非自動(dòng)優(yōu)先控制類型。在其提供給西屋的邏輯圖中，也未設(shè)計(jì)順序帶載相關(guān)的自動(dòng)啟動(dòng)邏輯，因此，當(dāng)母線失電，設(shè)備停運(yùn)并自動(dòng)切為手動(dòng)模式，在順序帶載時(shí)，接收到的復(fù)位信號(hào)無法將設(shè)備投入自動(dòng)，設(shè)備也無自動(dòng)啟動(dòng)邏輯。

解決方案：與國(guó)核院澄清，升版邏輯圖，除了使用復(fù)位信號(hào)外，還使用自動(dòng)加載信號(hào)去聯(lián)鎖將設(shè)備自動(dòng)投入自動(dòng)模式，并聯(lián)鎖觸發(fā)自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)。DCS組態(tài)按此修改后，重新試驗(yàn)滿足要求。

3.4 原因四

閉式冷卻水泵C主要存在2個(gè)方面的原因。1）泵出口閥沒有設(shè)計(jì)順序加載時(shí)自動(dòng)關(guān)閥邏輯，且閥門的電源沒有取自柴油發(fā)電機(jī)所帶載的中壓ES-1/2段，而該閥門全關(guān)狀態(tài)是泵的啟動(dòng)允許條件之一。如果C泵在運(yùn)行期間發(fā)生全廠失電，那么由于出口閥處于全開狀態(tài)，自然會(huì)影響C泵的啟動(dòng)。2）當(dāng)閉式冷卻水泵C母線失電后，電氣會(huì)向DCS發(fā)Trip信號(hào)。在中壓ES-1/2段發(fā)生母線失電時(shí)，有2種方式均會(huì)導(dǎo)致下游負(fù)荷跳閘并產(chǎn)生Trip信號(hào)，一種是SEL-710本身保護(hù)邏輯，即自身PT檢測(cè)上游母線低電壓（小于30%）觸發(fā)跳泵信號(hào)（Dead bus Trip），另一種是中壓母線自身低電壓（小于30%）時(shí)發(fā)生掃負(fù)荷信號(hào)（27x）觸發(fā)跳泵。根據(jù)SE-710邏輯組態(tài)，由于Deadbus trip需要開關(guān)閉合作為條件，因此，當(dāng)?shù)诙N情況先發(fā)生時(shí)，第一種情況則不再發(fā)生。事實(shí)上，當(dāng)發(fā)生失電時(shí)，2種情況都有可能發(fā)生。

對(duì)于具有順序帶載邏輯的中壓開關(guān)，設(shè)計(jì)院已設(shè)計(jì)了從DCS自動(dòng)復(fù)位Trip信號(hào)功能，方法是使用自動(dòng)加載信號(hào)通過硬接線送至電氣開關(guān)柜SEL-710復(fù)位Trip信號(hào)。然而，在SEL-710的邏輯組態(tài)中，來自DCS的復(fù)位信號(hào)只能復(fù)位第二種情況產(chǎn)生的Trip信號(hào)，無法復(fù)位第一種情況產(chǎn)生的 Trip信號(hào)。

按照西屋的控制邏輯宏設(shè)計(jì)，常規(guī)島中壓泵的Trip信號(hào)功能有2個(gè)。1）切手動(dòng)。2）閉鎖PLS指令輸出，而核島中壓泵的Trip信號(hào)在DCS只有報(bào)警和顯示功能。因此，當(dāng)出現(xiàn)第二種情況的Trip信號(hào)時(shí)，對(duì)核島中壓設(shè)備自動(dòng)帶載不受影響，而常規(guī)島中壓設(shè)備則無法正常自動(dòng)啟動(dòng)。

解決方案：與國(guó)核院澄清后，升版了閉式冷卻水泵出口閥的配電箱的單線圖，將其一路取自中壓母線ES-1段的下游MCC帶載，并增加自動(dòng)加載信號(hào)聯(lián)鎖關(guān)閉出口閥邏輯。同時(shí)，考慮到升版圖紙所帶來的變更范圍盡可能小，最終在DCS側(cè)將TCS-C泵Trip信號(hào)增加屏蔽邏輯，即使用自動(dòng)加載信號(hào)屏蔽此時(shí)的Trip信號(hào)。這樣，當(dāng)順序帶載發(fā)生時(shí)，Trip信號(hào)不再送入邏輯控制宏，不再影響閉式冷卻水泵自動(dòng)啟動(dòng)。變更實(shí)施后重新試驗(yàn)滿足要求。

4 經(jīng)驗(yàn)反饋

4.1 Profibus全通信

采用Profibus全通信方式固然能減少信號(hào)電纜數(shù)量，但與硬接線相比，可靠性明顯降低。對(duì)于重要設(shè)備的指令、反饋信號(hào)應(yīng)當(dāng)考慮采用硬接線，提高信號(hào)的可靠性，從而提高系統(tǒng)和設(shè)備的安全性。另外，MCC電源開關(guān)控制回路電源取自母線電源，而非單獨(dú)UPS電源，在停電情況下勢(shì)必會(huì)影響設(shè)備狀態(tài)的信號(hào)采集，建議對(duì)控制回路設(shè)計(jì)單獨(dú)的UPS供電回路或?qū)㈥P(guān)鍵信號(hào)采用硬接線。

4.2 設(shè)計(jì)接口

常規(guī)島設(shè)計(jì)分包單位眾多，需要DCS組態(tài)承包商去消化、理解不同設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)圖紙及其邏輯功能，這需要雙方之間對(duì)設(shè)備的控制功能進(jìn)行充分的溝通，才能盡可能地確保現(xiàn)場(chǎng)的DCS組態(tài)邏輯能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的控制功能。同時(shí)，電氣、儀控2個(gè)專業(yè)之間也存在著大量的接口，對(duì)于需要在DCS進(jìn)行邏輯組態(tài)的電氣系統(tǒng)，同樣需要2個(gè)專業(yè)的工程師之間進(jìn)行充分的溝通，確保組態(tài)邏輯正確。

4.3 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)備用電源順序帶載試驗(yàn)涉及核島電氣、儀控以及常規(guī)島電氣、儀控等多個(gè)專業(yè)組，試驗(yàn)前試驗(yàn)負(fù)責(zé)人應(yīng)組織試驗(yàn)相關(guān)人員，進(jìn)行充分的技術(shù)交底，確保試驗(yàn)相關(guān)人員對(duì)試驗(yàn)有充分了理解。同時(shí)，儀控工程師應(yīng)對(duì)電氣系統(tǒng)原理和功能有一定的了解，并對(duì)所有相關(guān)邏輯圖進(jìn)行逐一核實(shí)，及早發(fā)現(xiàn)組態(tài)當(dāng)中存在的明顯錯(cuò)誤并及早糾正。

5 結(jié)論

同一個(gè)工程項(xiàng)目中存在多家設(shè)計(jì)單位時(shí)，對(duì)于儀控的DCS組態(tài)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單位應(yīng)向組態(tài)廠家提供明確的設(shè)計(jì)輸入圖紙。就DCS組態(tài)來說，電氣、儀控是接口最多的2個(gè)專業(yè)，儀控設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分理解電氣系統(tǒng)的控制需求，才能盡可能保證DCS控制邏輯的正確性與完整性。另外，在調(diào)試階段大型試驗(yàn)之前，試驗(yàn)相關(guān)人員應(yīng)提前熟悉試驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法，盡可能提前發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理，確保試驗(yàn)一次成功。

參考文獻(xiàn)

[1]金毅.柴油發(fā)電機(jī)順序帶載程序在廠用電切換和實(shí)際帶載的雙重應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（6）：172-173.

[2]賈曉瓊.備用柴油發(fā)電機(jī)順序帶載器在重水核電廠的應(yīng)用實(shí)踐[J].自動(dòng)化與儀器儀表， 2013（1）：107-109.