核電廠汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)方式優(yōu)化及應(yīng)用

陳曉文，韓 瀟，藍(lán)偉欽，連鑫煒

(中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300)

核電廠汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)用來接收核電廠汽輪發(fā)電機(jī)組相關(guān)系統(tǒng)、反應(yīng)堆保護(hù)相關(guān)系統(tǒng)、電氣繼電保護(hù)相關(guān)系統(tǒng)、手動打閘按鈕等共計70多路的跳機(jī)保護(hù)信號，進(jìn)行實(shí)時運(yùn)算處理，當(dāng)發(fā)生任何預(yù)定的影響機(jī)組或者汽輪發(fā)電機(jī)組的故障時，為汽輪發(fā)電機(jī)組提供安全停機(jī)的手段，防止事故發(fā)生、擴(kuò)大和損壞設(shè)備，并將汽機(jī)脫扣信號送到反應(yīng)堆停堆邏輯線路中[1]，確保核電廠機(jī)組及設(shè)備迅速后撤至安全狀態(tài)。

為了防止汽輪機(jī)保護(hù)的誤動或者拒動導(dǎo)致的核電廠重大設(shè)備損壞造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，或者使核電廠處于不安全的狀態(tài)，核電廠汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)具有很高的可靠性要求。因此，汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具備重要的周期性安全測試試驗(yàn)并且試驗(yàn)時不影響跳閘功能。

1 傳統(tǒng)汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)方法

目前國內(nèi)已經(jīng)商業(yè)運(yùn)行核電項(xiàng)目中，數(shù)字化汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)周期性測試試驗(yàn)全部采用在機(jī)柜側(cè)或者就地進(jìn)行拆接線，通過信號發(fā)生器注入仿真信號、或在計算機(jī)中心側(cè)強(qiáng)制組態(tài)，在計算機(jī)中心側(cè)操作員站觀察信號狀態(tài)的方式對汽輪機(jī)保護(hù)通道和功能進(jìn)行驗(yàn)證，一般為每次大修開展一次。

結(jié)合圖1介紹傳統(tǒng)試驗(yàn)方法：2名試驗(yàn)人員在房間1內(nèi)的機(jī)柜1或者就地側(cè)拆除現(xiàn)場傳感器儀表送至該機(jī)柜的信號接線，采用信號發(fā)生器注入模擬信號；1名試驗(yàn)人員在房間3計算機(jī)中心的工程師站或者操作員站查看相關(guān)信號是否按預(yù)期在房間1機(jī)柜2內(nèi)觸發(fā)；該人員通過電話反饋試驗(yàn)情況，確認(rèn)試驗(yàn)正常后恢復(fù)相關(guān)接線。依次執(zhí)行下一個保護(hù)通道試驗(yàn)。

圖1 傳統(tǒng)的汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)方法Fig.1 Traditional turbine protection channel experiment method

這類方法存在以下幾類缺點(diǎn)：

1)保護(hù)通道試驗(yàn)占用大修時間較長，存在影響大修關(guān)鍵路徑的風(fēng)險，對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性不利；

2)保護(hù)通道試驗(yàn)需要多人同時參與，需要2人在機(jī)柜執(zhí)行或2人在就地模擬、1～2人在工程師站或者操作員站檢查并記錄；

3)試驗(yàn)拆接線存在導(dǎo)致端子排故障損壞，未恢復(fù)電纜端接或者端接不可靠引入預(yù)防性維修導(dǎo)致保護(hù)通道故障失效的風(fēng)險，信號強(qiáng)制存在強(qiáng)制錯誤或者強(qiáng)制后未正確恢復(fù)的風(fēng)險。

2 汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)優(yōu)化方案

2.1 設(shè)計思路

為實(shí)現(xiàn)安全高效執(zhí)行核電廠汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)，本方案從跳機(jī)保護(hù)通道傳輸方式優(yōu)化、通道測試邏輯設(shè)計、通道測試DCS畫面設(shè)計三大部分入手，以現(xiàn)實(shí)國內(nèi)核電項(xiàng)目首個汽輪機(jī)保護(hù)通道自動測試的功能。該功能通過在汽輪機(jī)控制系統(tǒng)TCS平臺的軟硬件基礎(chǔ)上，采用全數(shù)字化軟件設(shè)計實(shí)現(xiàn)，無需增加新的硬件或者系統(tǒng)。相關(guān)原理如圖2所示。

圖2 汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)優(yōu)化方案示意圖Fig.2 Schematic diagram of turbine protection channel test optimization scheme

2.2 設(shè)計方案

(1)跳機(jī)保護(hù)通道傳輸優(yōu)化方面

漳州核電汽輪機(jī)控制系統(tǒng)包含5對控制器(AP)，用以實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)相關(guān)系統(tǒng)的自動控制調(diào)節(jié)功能，其中AP1用于實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)功能，AP2用于實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)保護(hù)功能，AP3用于實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)相關(guān)輔助系統(tǒng)控制功能，AP4用于實(shí)現(xiàn)汽水分離再熱系統(tǒng)控制功能，AP5用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)相關(guān)輔助系統(tǒng)控制功能。這5對AP通過一層環(huán)網(wǎng)Plant Bus連接起來實(shí)現(xiàn)相互間的信號傳輸，其框架結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 汽輪機(jī)控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of turbine control system

為確保跳機(jī)保護(hù)功能的可靠性和快速響應(yīng)，本方案對現(xiàn)有的跳機(jī)保護(hù)邏輯設(shè)計進(jìn)行排查優(yōu)化，在跨平臺和控制器的跳機(jī)保護(hù)信號全部由網(wǎng)絡(luò)傳輸改為采用硬接線傳輸?shù)姆绞?。包括如下?/p>

AP3包含如下：TSD0311NZ/TSD1021NZ/TSD2021NZ/TTC0101KC/TTC0110NZ.XK96, TTC0203NG/TTC0303NG.XK20/TTL0021NY.XK01/TSD1031/2031NZ.XK97信號。

AP1包含如下：TTP0151/0251/0351/0451MM.XH52。

優(yōu)化后所有跨處理器的汽輪機(jī)保護(hù)通道全部改為硬接線傳輸。

(2)跳機(jī)保護(hù)通道測試邏輯組態(tài)設(shè)計方面

設(shè)計方案主要針對來自其他控制器(汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器AP1、汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)控制器AP3、汽水分離再熱器控制器AP4、發(fā)電機(jī)輔助系統(tǒng)控制器AP5)的大量汽輪機(jī)相關(guān)系統(tǒng)保護(hù)通道的驗(yàn)證，在跨控制器保護(hù)通道全部優(yōu)化為硬接線傳輸?shù)幕A(chǔ)上，在數(shù)字化組態(tài)中增加測試功能設(shè)計。下文以AP3為例介紹，如圖4所示。

圖4 汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)邏輯組態(tài)注入信號方案示意圖Fig.4 Schematic diagram of logic configuration injection signal scheme for turbine protection channel test

汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)控制器AP3包含多路送往汽輪機(jī)保護(hù)控制器AP2的跳機(jī)保護(hù)信號，這些信號通過3路優(yōu)化后的硬接線跨站跳機(jī)保護(hù)信號TTS0107NZ.XK46/47/48基礎(chǔ)上，新設(shè)計了3路保護(hù)通道的測試按鈕TEST CH1/2/3邏輯，測試人員可以在機(jī)組運(yùn)行或者大修期間對上述通道進(jìn)行試驗(yàn)。

同時，在汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)控制器AP2側(cè)專門設(shè)計了測試信號接收邏輯TTP0101NZ.XK46、47/48，如圖5所示。

圖5 汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)邏輯組態(tài)反饋信號方案示意圖Fig.5 Schematic diagram of logic configuration feedback signal scheme for turbine protection channel test

(3)跳機(jī)保護(hù)通道測試畫面組態(tài)設(shè)計方面

為了實(shí)現(xiàn)這些跳機(jī)保護(hù)通道測試功能的操作的簡易性和測試結(jié)果的直觀性，在國內(nèi)核電汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)畫面中首次設(shè)計了汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)硬通道測試畫面，實(shí)現(xiàn)了較為友好的人機(jī)測試接口,如圖6所示。

圖6 汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)人機(jī)接口Fig.6 Man-machine interface of Turbine protection channel test

以汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)控制器AP3為例，圖6中第二列代表來自汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)控制器的所有跳機(jī)信號的硬接線輸出三個通道測試按鈕TTS0107NZ.XA90/91/92和對應(yīng)的三個測試結(jié)果指示燈TTP0107NZ.XK46/47/48，將畫面組態(tài)和邏輯組態(tài)下裝至操作員站和控制器中后，測試人員可以在該畫面完成從汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)控制器的所有汽輪機(jī)保護(hù)信號傳輸功能驗(yàn)證。

3 優(yōu)化后的測試方案優(yōu)勢分析

1)測試按鈕A-ON統(tǒng)一設(shè)計為5 s脈沖指令，當(dāng)測試人員在畫面按下測試按鈕，會觸發(fā)該保護(hù)通道為期5 s的觸發(fā)信號，5 s后該通道跳機(jī)信號自動復(fù)位，從設(shè)計上自動實(shí)現(xiàn)避免由于人因?qū)е略撏ǖ罍y試結(jié)束后未復(fù)位導(dǎo)致跳機(jī)保護(hù)降級的風(fēng)險。

2)三個測試按鈕設(shè)計為互鎖功能，每次正在執(zhí)行一個跳機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)時，其他通道不允許測試員進(jìn)行測試，從技術(shù)上自動避免由于人因?qū)е绿壉Ｗo(hù)誤動作的風(fēng)險。

3)跳機(jī)保護(hù)測試功能設(shè)計為與跳機(jī)信號互相獨(dú)立功能，即便是測試期間跳機(jī)信號觸發(fā)，不會由于正在進(jìn)行測試而閉鎖了跳機(jī)保護(hù)功能，不影響該跳機(jī)保護(hù)功能的正常觸發(fā)動作。

4)優(yōu)化后不需要對保護(hù)信號進(jìn)行拆接線，僅需1人在工程師站進(jìn)行操作，一人監(jiān)護(hù)即可，工作時間可從3人工作6 h，縮減為2人工作2 h，有效節(jié)省了人力及時間成本，也降低了人因失誤風(fēng)險。

4 總結(jié)

本文所述針對傳統(tǒng)汽輪機(jī)保護(hù)通道測試試驗(yàn)實(shí)施方法占用關(guān)鍵路時間長、人力投入大、人因風(fēng)險高的缺點(diǎn)，創(chuàng)新性地提出了通過DCS下發(fā)試驗(yàn)指令的方法來進(jìn)行汽輪機(jī)保護(hù)通道試驗(yàn)，填補(bǔ)了汽輪機(jī)保護(hù)試驗(yàn)方法數(shù)字化上的空白，大大降低通道測試過程中人因失誤的風(fēng)險，避免了保護(hù)通道降級、減少工作中的人力時間成本，節(jié)約大修關(guān)鍵路徑。該試驗(yàn)方案的優(yōu)化還可應(yīng)用于國內(nèi)汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)采用同類技術(shù)路線的核電項(xiàng)目中，具有較大的推廣價值。