方家山核电工程仪控系统调试的典型问题分析

王兰兰（中国核电工程有限公司，北京 100840）

章振宇 （中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

廖胜勇，王占元，李珊珊 （中国核电工程有限公司，北京 100840）

方家山核电工程仪控系统调试的典型问题分析

王兰兰（中国核电工程有限公司，北京 100840）

章振宇 （中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

廖胜勇，王占元，李珊珊 （中国核电工程有限公司，北京 100840）

解决现场调试问题，首先要找到问题根源，理清设计、系统运行、试验方法等的上下游之间的关联，结合现场情况制定最佳解决方案。更好、更高效地解决现场出现的问题，来自于对现场情况的充分了解与调试各方的充分沟通，本文列举了一些系统调试出现的问题并详细论述了问题的解决过程。

消防水生产系统（JPP）；系统调试；化学和容积控制系统（RCV）；

Ketwords: Firef i ghting watering production system (JPP); System commissioning; Chemical and volume control system

1 引言

方家山核电工程是秦山一期核电工程的扩建项目，在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，结合20 多年来的渐进式改进和自主创新形成的“二代加”百万千瓦级压水堆、并拥有自主品牌的核电技术。作为现场仪控调试人员和设计代表，处理了很多仪控系统调试方面的问题。在这过程中，有些问题非常典型，现把典型问题的解决方案总结出来，以期为今后的核电工程建设提供一定的借鉴和参考。

2 调试活动简介

2.1 调试的目的

• 全面检验核电站的设计、设备制造和施工安装质量，证明核电站各个部件、系统和机组的性能符合设计要求，这些要求包括：安全准则、合同规定的性能、以及调试时所能模拟的各种瞬态；

• 验证电站各种构筑物、设备、系统及整个机组在所有工况下都能够安全运行；

• 对设备、系统进行运行考验，暴露并消除潜在的缺陷，以提高核电站的运行安全可靠性；

• 使运行人员熟悉电站的操作，验证并生效运行规程、定期试验程序和事故处理规程，最后将满足上述要求的核电站移交给生产部门。

2.2 调试阶段的划分

调试试验主要分为3个阶段进行，包括：

方家山核电工程调试试验主要阶段的划分如表1所示。

表1 调试试验主要阶段

3 现场问题处理情况简介

常见问题分类及原因分析

在调试期间，发现和处理的问题，主要可分为以下几大类型：

• 系统移交后，由调试提出的测点问题；

• 仪表采购及安装问题；

• 逻辑澄清及修改问题；

• DCS设计问题；

• 端接问题；

• 材料替换问题；

• 仪表信息澄清等。

4 典型问题分析

4.1 消防水池液位报警无法实现问题

4.1.1 问题描述

工艺负责人在调试时发现消防水池液位报警一直无法实现，通过现场查看，发现液位开关的自带电缆只接了一根，还有一根在现场悬空，如图1所示。

图1 消防水池液位报警开关

4.1.2 问题处理

JPP系统手册9.3.2节，如表2所示上只有一块SN类型的仪表，而系统手册11.5章就地盘箱柜布置图，如图2所示，同一个位号却有两个SN1，SN2，现场实际到货也只有一块表，施工单位不知道如何接线，因此只接了一根，另一根电缆不知道如何端接[2]。

图2 就地盘箱柜布置图

4.1.3 分析处理

针对消防水池液位报警无法实现问题，联合工艺系统工程师、现场调试工程师、DCS工程师等进行了深入讨论分析，讨论分析主要从以下三个方面出发：

• 现场到货设备是否与设计文件一致；

• 设计上是否有问题，若设计上有问题，则先从设计上制定解决方案，再做后续改进；

• 施工方是否充分理解设计意图，施工方案是否正确，要做好设计交底工作。

经过讨论分析，并查看了相关设计文件，发现现场到货与技术规格书及系统手册9.3章中要求一致，这样的话，排除了第一种可能性，那接下来就看设计文件自身有没有问题，根据这个思路去查看相关设计文件，最终对消防水池报警无法实现所存在的几个问题处理结果如下：

（1）一个设备有多个通断传感器的问题

设备标识在设计程序ENG文件中有明确说明，如果某支传感器提供若干不同的通/断数据或模拟数据，则这些不同数据应当分别予以标识，而该传感器本身只用一个设备标识号予以标识。

对于多触点通/断传感器：

• 传感器代码：001 ST；

• 第一触点代码：001 ST1；

• 第二触点代码：001 ST2。

这个问题属于设计程序手册内容，是基本的工程基础文件，无需设计处理，是施工单位没有对设计文件进行充分的理解，在工程施工中应该与设计单位进行充分的沟通，充分理解设计者的设计意图。

（2）施工方没有正确理解设计图纸

通过现场检查问题发现，很多情况下施工方没有正确理解设计图纸。以SN为例，通过图1可以看出，每个液位开关有两个微动开关，需要接两根电缆，通过查看系统手册11.5章，设计文件没有问题，同时发现根据MIP浮子开关技术规格书，每块仪表厂家应该提供两个航空插头，而现场到货只有一个航空插头，此问题应该是采购部负责范畴，采购部应根据合同要求让浮子开关供货商补供航空插头。

（3）造成工艺系统设计与仪表设计之间不一致

根据仪表及仪表架组装图YKS56消防水池低低液位开关001SN1 002SN1安装位置为-16.3m，根本不可能按照距离池底（-18m）0.5m处发出低低液位报警。

经咨询系统负责人，消防水池的池底标高曾修改过，（-15m、-16.1m、18m）（但工艺消防系统主设没及时给仪控专业提资，致使文件之间呼应的不一致）。池底标高修改，致使仪表整定值也需修改，而仪表整定值的修改是通过调整缆绳长度来实现，修改后的缆绳长度设计见表3所示（根据工艺要求，SN设定值的数值受现场调试的影响，故此仪表应允许现场对SN出厂设定值进行二次调节）：

表3 修改后的缆绳长度

但是，缆绳长度是按照当时的接口来做，如表4所示，由于MIP的液位开关采用的是恒浮子式浮力系统，更换缆绳无法在现场进行，只能将液位开关返厂进行更换缆绳并对仪表进行重新标定，而PX泵房已经进水，现场只能把泵房的水抽干，进行返厂处理。

表4 非核级浮子液位开关接口技术规格书

4.1.4 问题反思

（1） 做好接口工作

工程的开展包括设计、施工及试运行三个部分，仪表及自控系统施工的附属性很强，受到其他各个专业的约束，特别是工艺、设备和管道施工的约束，因此上游设计有修改时要及时给下游专业提资，以保证设计文件的呼应一致性，以免造成已经采购的仪表设备补充订货或者变更的情况发生。

（2） 图纸的正确理解

图纸是施工的依据，是最重要的技术文件。关于图纸的设计和管理程序在ENG文件中有详细的规定，施工管理者要充分理解设计者的意图，如有问题，要在设计交底时及时与设计方进行交流、讨论。

（3） 各专业要做好配合工作

采购方是根据技术规格书进行相关设备的采购，对于设备到货要与采购合同、技术规格书要求的配件进行核对，现场调试过程中会遇到很多技术性的问题，技术问题在技术规格书里要有详细的规定，各专业之间要互相协作，将问题及时反馈给相关方，确保调试顺利进行。

4.2 设备自带电缆无法拆卸问题

4.2.1 问题描述

AL子项的SRE451VK上电磁阀自带电缆长度较短，如图3所示，且无法拆卸，无法与SRE101AR设备进行端接。

图3 SRE451VK自带电缆

图4 系统手册11.1章控制电缆系统图

图5 阀门电气接口图

4.2.2 问题处理

针对设备自带电缆无法拆卸问题，联合工艺系统工程师、现场调试工程师、DCS工程师等进行了深入的沟通，主要从以下三个方面出发：

• 现场到货设备是否与设计文件一致；

• 设计上是否存在问题，若设计方有问题，则先从设计上制定解决方案，再做后续改进；

• 施工方是否充分理解设计意图，要做好设计交底工作。

通过查看系统手册11.1章控制电缆系统图[3]，如图4所示，电磁阀到控制柜的电缆并非设备厂家自带，属于甲供电缆，通过查找厂家资料，发现这类阀门确实存在电磁阀自带电缆无法与设备进行端接的问题，但厂家已将图纸升版处理，通过快速接头与甲供电缆连接，如图5所示。将此情况反馈施工单位，问题得以解决。图纸是施工的依据，是最重要的技术文件，施工单位在施工时一定要确保拿到的是最新版的文件，所以这时就凸显出文档流程的重要性，工程要做好各方面的配合工作，一个环节出现问题，就会给其他环节造成瓶颈。

4.2.3 问题反思

现场到货的仪表或阀门，设计没有要求自带电缆，但有些阀门本身带有电缆，有些电缆参数满足要求，但部分电缆长度不够接到预定接线箱。

在此情况下，有些自带的电缆能拆下来，换上甲供的电缆；有些是自带线和设备（仪表或阀门）端子浇筑在一起的情况，无法拆卸。这种情况，解决办法是增加转接箱。还有些K1类阀门的每个限位开关有两根自带电缆，且难以拆卸。最后是将其中一根加堵头盘在一侧备用。

因此，在仪表采购期间，要做好仪表接口工作，明确安装附件、接口、端接、外形尺寸、排污、安装孔等，并注意约束仪表供应商按照设备接口加工。

4.3 RCV两个冗余电磁阀的命令输出至就地不能同时有效

4.3.1 问题描述

RCV 003VP_CO1_NP和_CO2_NP命令同时输入至同一块PLM模块，由于PLM模块的输出A、B存在优先级关系，不能同时输出。则RCV 003VP_CO1_NP和RCV 003VP_CO2_NP命令不能同时为1，则就地的电磁阀RCV003VP不能正常打开，不能正常实现设计功能。

4.3.2 问题处理

针对RCV两个冗余电磁阀的命令输出至就地不能同时有效问题，联合工艺系统工程师、现场调试工程师、DCS工程师等进行了深入的沟通，主要从以下三个方面出发：

• DCS模板图与接线图是否能够对应，排除由于其自身原因造成接线错误；

• 现场调试时临时变更端子接线；

• I/O清单提错。

（1）查看系统手册6.2章逻辑图部分，在备注一栏中有这样一句话“与电站可用率密切相关，输出模块需要冗余”[4]，但是根据DCS供货商的设计方案，I/A到PLM确是用两个FBM242分别输出，但从隔离模块到PLM端口是直接并到同一个PLM端口，输出同时控制两个EL。

根据供货商提供的柜间电缆设计文件CABLE LISTING，其设计的阀门接线与PLM机柜的接线如表5、表6所示：

表5 Unit1&2 NC and NC+ Copper Interconnect Cable Listing

表6 FJS1_1E_Cable_List

由于PLM机柜内部布置较满，故没有用两块PLM模块，而根据FD图，如图6所示，RCV003VP是由两个不用的FBM242输出指令（不同的CP）实现的，由于PLM机柜到达现场已经执行到一定阶段，若要修改则会涉及技术、商务等诸多问题，DCS供货商一般不会同意去在PLM机柜内部重新增加端子。

图6 RCV003VP的FD图

（2）RCV 003VP_CO1_NP和_CO2_NP命令同时输入至同一块PLM模块，由于PLM模块的输出A，B存在优先级关系，不能同时输出。则RCV 003VP_CO1_NP和RCV 003VP_CO2_NP命令不能同时为1，则就地的电磁阀RCV003VP不能正常打开。针对此问题，联合工艺系统工程师、现场调试工程师、DCS工程师等进行了深入沟通，根据DCS供货商提供的典型回路图，拟定按照如下方案变更系统控制策略：

将隔离机柜127/129AR出来的信号接至同一个PLM机柜119AR的2B模块，根据设计理念，2A模块（控制关命令）优先于2B模块（控制开命令），这样的话我方的端接文件系统手册11.4章KCO侧RRI系统端子连接表，11.6章控制/测量电缆端接清单也会相应修改。

（3）而RCV003VP采用双线控制（线路，电磁阀功率），这样的话2B端子就造成了一个端子的每根接线为四根，但是国标GB50171-92[5]第四章《二次回路结线》中有描述“每个接线端子的每侧接线宜为根不得超过根对于插接式端子不同截面的两根导线不得接在同一端子上对于螺栓连接端子当接两根导线时中间应加平垫片”（电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范，如图）每个端子最多压接两根线芯，鉴于以上问题，给IOM发审查意见，让其增加接线端子。这样的话，会造成我方设计文件的修改。

注意：RPE017VP，027VP，055VE也是采用双电磁阀控制，但是在LD图上没有要求“输出模块冗余”，所以I/A只输出一个DO去PLM，然后PLM的输出同时控制两个电磁阀，如表7所示。

表7 FJS1_1E_Cable_List

然而，RPE017VP，027VP，055VE，DVK001/002VAI也造成了一个端子压接两根线芯的情况，跟负责人沟通，让一并给DCS供货商发审查意见，由于柜间电缆的最终设计由IOM负责只能通过DRCS对其文件进行审查，现场施工最终需要按照DCS供货商的设计图纸执行。因此，让设总督促DCS供货商修改接线文件，之后我方再修改DCS端接文件。

4.4 电磁阀外壳接地导致直流48V段接地报警

4.4.1 问题描述

某日，电气人员巡检发现1LCB，直流48V段发接地报警。对应支路：1LCB02K1，1KCS114TB；1LCB03M1，1KCS116TB。

同时发现1LMA，交流220V段接地报警，对应支路：1LMA02K3，1KZC001CR。

要求仪控尽快安排检查，消除接地故障。

4.4.2 问题处理

仪控人员在现场对涉及的KCS机柜本体进行了接地检查和绝缘检查，发现接地电阻和绝缘电阻均符合要求，初步判断问题来自于现场。

仪控人员通过排查法逐一将现场的负荷断开。

最后确认：48V直流电源负端接地，引起接地的设备为电磁阀1ETY042A的CO信号的负端，公司人员在现场检查后发现该信号负端碰到了电磁阀的外壳。然而，在正常情况下负端不应该接触到电磁阀外壳，否则会给设备运行带来极大隐患，必须找出根本原因。

仪控人员经过仔细检查电磁阀本体后发现：根本原因是电磁阀本体接线设计距离外壳很近，当电磁阀接线后很容易碰壳。

根据这一情况，仪控现场设计了解决方案：在每个这种类型电磁阀接线完成后在外壳和电缆之间再加一层绝缘胶布处理，可以在现有设备设计的情况下解决这一问题。

4.4.3 问题反思

对于弱信号测量来说，接地无疑是很重要的，单设备接地很可能会影响到整个供电回路和信号回路的稳定，因此对于任何一个接地问题都不能掉以轻心，必须找出问题根源。

5 结语

方家山核电工程1+9号机组于2013年12月开始了热试，作为现场工程参与人员，欣慰之余，亦有些许体会：

（1）现场出现的问题是多种多样的，但解决问题的思路是清晰的，即首先弄清楚问题是什么，然后制定实施方案，即怎么办的问题，加强沟通，及时反馈，最终形成可行的解决方案。

（2）现场有些问题经常涉及各个专业的交叉知识，这时就需要及时与他人沟通，弄清具体情况，共同寻找问题突破口。现场曾出现一个问题，ASG的一个液位值调试好几次，怎么也测不准，不知道是工艺的问题还是仪表测量的问题，经过大家反复查看，发现在一个隐秘的一次阀后有个弯管，有了弯管就必然会存水，导致测量不准，弯管改直后液位测量正常。

（3）调试出现的问题，有时是因为安装时的不规范引起的。现场曾出现过RRI、ASG等的SN仪表动作阈值与整定值不符，经查，就是由于安装时的不规范引起的，平时注意掌握一些安装方面的知识对调试工作会很有帮助。

[1] 核岛调试总大纲[Z]. 2013.

[2] 消防水生产系统JPP系统手册[Z]. 2012.

[3] 放射性污水回收系统 (SRE) 系统手册[Z]. 2012.

[4] 化学和容积控制系统 (RCV) 系统手册[Z]. 2012.

[5] GB50171-92 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范[S].

[6] 李华升. 调试过程质量控制[J]. 核科学与工程, 2010, S1.

[7] 王家胜. 核电站数字化仪控系统改造中几种控制系统综合应用分析[J].核科学与工程, 2005.

[8] 刘继春, 王晔. 集散控制系统在岭澳核电站中应用[J]. 电力自动化设备, 2010.

[9] 徐伟. 方家山核电站数字化仪控系统浅谈[J]. 企业技术开发, 2011 (6) .

[10] 王家胜. 核电站数字化仪控系统改造中几种控制系统综合应用分析[J].核科学与工程, 2005, 25 (3) : 231 – 238.

图3 系统的运行流程

系统上电后，首先运行bootloader，它对必要的硬件进行初始化后，将内核镜像加载到主存，并将控制权交给内核，完成引导和加载。内核启动后会挂载根文件系统rootfs，并执行根文件系统下的init程序创建用户空间的第一个进程。Init进程会读取/etc/init. d/rcS脚本文件启动控制器软件。当前bootloader采用u-boot实现，kerenl采用2.6.39版本，rootfs使用busybox构建。

4 结语

软PLC技术简化了工厂自动化的体系结构，把控制、通信、人机界面以及各种特定的应用全都合为一体，运用于同一个硬件平台上。它相对于传统PLC，以其开放性、灵活性和较低的价格占有很大优势。本文提出的基于软PLC技术的可编程软件系统完全符合IEC61131-3标准，支持标准定义的5种编程语言，可广泛应用于机械制造、汽车和过程自动化行业。

参考文献：

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[8] Neil Matthew,Richard Stones.Beginning Linux Programming, Third Edition[M].2004.

作者简介

黄兵（1983-），男，内蒙古鄂尔多斯人，中级工程师，硕士，现就职于北京中油瑞飞信息技术有限责任公司，主要从事工业自动化控制器RTU、 PLC相关产品技术开发方面的工作。

郭月明（1975-），男，江西人，高级工程师，本科，现就职于北京中油瑞飞信息技术有限责任公司，主要从事工业自动化仪表方面的研究。

计小军（1976-），男，江西九江人，软件工程师，硕士，现就职于北京中油瑞飞信息技术有限责任公司，主要从事嵌入式开发方面的研究。

Analysis on I&C System Representative Commissioning Problems in Fang Jia Shan Nuclear Power Plant

To solve the plant fi eld problems during the test and start-up, the key is to fi nd the problem source. To achieve the optimized method, the fi eld environment, the relation of design, operation and test must be clarif i ed. To solve the plant fi eld problems efficiently, the field environment shall be understood deeply and the engineers shall have a perfect communication during plant test and start-up period. Some problems for plant test and start-up are illustrated and the solutions are also addressed in detail.

王兰兰（1985-），女，江苏人，本科，现就职于中国核电工程有限公司，主要研究方向为核电站核辅助系统的仪控设计和科研工作。

章振宇（1981-），男，江苏常州人，高级工程师，本科，现就职于中核核电运行管理有限公司，主要从事仪控方面的研究。

廖胜勇（1981-），男，湖北人，工程师，研究生，现就职于中国核电工程有限公司，主要从事核电厂仪控设计方面的工作。

王占元（1985-），男，吉林人，工程师，研究生，现就职于中国核电工程有限公司，主要从事核电厂仪控设计方面的工作。

李珊珊（1982-），女，安徽人，工程师、本科，现就职于中国核电工程有限公司，主要从事核电厂仪控设计方面的工作。

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1003-0492(2014)02-0076-06

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