核电厂无1E级DCS控制设备一回路水压试验的分析

戴恒才，洪源平，尹 峰

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

核电厂无1E级DCS控制设备一回路水压试验的分析

戴恒才，洪源平，尹 峰

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

方家山核电工程调试期间遇到了核电厂数字化控制系统（DCS）到货严重拖期的难题，方家山核电工程调试队创新思路，采用核岛控制模块（NC/NC+）加上少量的临时控制变更（TCA）将部分1E级信号引入到NC/NC+机柜，在国内首次成功实施了无1E级DCS控制机柜情况下的一回路水压试验。文章详细阐述了无1E级控制设备实施一回路水压试验的基本原则、可行性分析结论和主要措施等，对同类核电工程的调试工作具有重要借鉴意义。

方家山核电工程；数字化控制系统；一回路；水压试验

秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）由中国核电工程有限公司总承包建设（EPC模式），1号机组于2008年12月26日开工建设，计划工期60个月。方家山核电工程以岭澳一期为参考电厂，按照“翻版加改进”的原则对核岛和常规岛系统设备进行了多项设计改进，特别是在电站控制方面采用了全数字化控制系统（简称DCS），主泵采用了新型主泵。2012年3月31日，中国核电工程有限公司与中核运行管理有限公司签署了调试转包合同，由后者专门成立的方家山调试队全面负责方家山核电工程两台机组调试工作。

方家山核电工程调试期间，作为电厂“神经中枢”的DCS系统到货时间一再拖延，导致一回路水压试验相关辅助系统的控制和监视功能无法调试出来，直接影响了整个工程进度。面对如此被动的局面，方家山调试队敢于创新，通过仔细梳理调试各阶段的逻辑和需求、认真分析1E级DCS控制系统对调试工作的影响，在确保安全的前提下使用NC/NC+控制系统加上少量的TCA将部分1E级信号引入到NC/NC+机柜，在国内核电领域率先成功实施了无1E级DCS控制机柜情况下的一回路水压试验。本文详细阐述了无1E级控制设备实施一回路水压试验的基本原则、可行性分析、阶段划分、主要措施等，对同类核电工程的调试工作具有重要借鉴意义。

1　DCS简介及其到货延迟情况

1.1DCS简介

方家山核电工程DCS主要分为零层设备、一层设备和二层设备。零层设备指的是现场被控制的具体设备终端以及相关接线；一层设备主要包括与零层设备的硬接控制线、带有逻辑控制软件的电站过程控制机柜系统以及核辅助厂房三废处理控制系统（KSN）；二层设备主要功能是对电站进行综合监视和控制，主要包括主控制室系统（KSC）、应急停堆盘系统（KPR）、电站计算机信息与控制系统（KIC）和总体运行系统（KOO）。

方家山核电工程一层设备的软件特点是单个模块故障不会影响其他模块的运行，软件也可以实现增量式修改下装。一层软件包括1E级保护系统控制模块、核岛控制模块（NC和NC+）、三废控制模块和常规岛控制模块。保护系统控制模块主要是处理反应堆保护系统和专设安全控制系统的动作逻辑。1E级模拟信号与保护系统控制模块、核岛控制模块之间设置了1E级信号隔离机柜，目的是保证1E级控制模块输入信号和非1E级控制模块输入信号之间的可靠隔离；保护系统控制模块和核岛控制模块与被控制设备之间设置了优先模块（PLM机柜），目的是保证保护信号能够优先被执行。

根据前述DCS控制系统模块划分情况以及调试逻辑分析，DCS零层和一层是核心控制模块，只要这些模块能够满足基本的控制需要，就可以进行相关系统的振动、流量、压力、动作时间等物理特性试验（单体试验），这些物理参数不会因为软件的改变而有所不同。核岛控制模块（NC和NC+）控制了反应堆冷却剂系统（RCP）、化学和容积控制系统（RCV）、余热排出系统（RRA）、反应堆硼和水补给系统（REA）、安全注入系统（RIS）、安全壳喷淋系统（EAS）等系统的主要运行逻辑，这些系统具备基本的控制运行功能就能够对一回路进行充水、主泵运转升温控制、一回路压力的自动控制、设备运行相关参数的监视等功能。

1.21E级DCSTRICON交货延迟情况

由于1E级DCSTRICON机柜迟迟未能到货，严重影响了工程现场安装和调试进度。鉴于此，业主单位及时将二级进度计划（D版）升至E版，合同工期由单台机组60个月调整为1号机组68.5个月，2号机组65.5个月。按照68.5个月总工期要求，1号机组1E级DCS TRICON 机柜应于2013年8月31日到货，但最终实际到货时间为2014年6月6日。1E级DCS TRICON软、硬件到货时间与计划偏差如表1所示。

2　无1E级控制设备实施一回路水压试验可行性分析

2.1一回路水压试验

作为M310型机组从安装阶段转入全面调试阶段的关键节点，一回路水压试验是以一个高于设计压力的合适压力，对反应堆冷却剂系统（RCP）及相关核辅助系统高压部分进行的强度性试验，目的是检查一回路系统设备、管道的焊接质量和密封性，验证结构完整性和承压运行能力。一回路水压试验边界主要包括：

1）反应堆压力容器及其顶盖；

2）控制棒驱动机构承压套管；

3）热电偶套管的耐压导向管；

4）蒸汽发生器一次侧；

5）稳压器及其波动管线和安全阀管线；

6）承压状态下的主泵泵壳；

7）一回路主管道，包括一、二、三环路的冷段、热段和过渡段；

8）内径大于25 mm的辅助管道及相关的阀门和附件。

一回路水压试验需使用主泵加热水介质、上充泵和打压泵在线升压；且要求核辅助系统部分与1E级DCS系统相关的控制功能可用，例如主泵和余热排出泵的参数监视功能，上充和下泄系统的压力、流量控制功能等。

表1　1E 级DCS T RICON 软、硬件到货时间与计划偏差T able 1　T he arrival time and offset with plan of the 1E DCS T RICON cabinets

2.2基本原则

1） 一回路水压试验期间所需要的基本功能要求（如主泵运行监视、一回路压力控制等）与原要求保持一致，不会因1E级控制设备没有就位而有所降低；

2） 正式接线后，对水压试验前未通过正式控制回路试验的全部重新进行控制功能试验，不会因在DCS到货前实施一回路水压试验而降低试验效果；

3） 通过叠加式的工作安排确保调试质量。

2.3可行性分析

虽然机组在一回路水压试验阶段没有带核运行不需要反应堆保护功能可用，但是反应堆保护系统还承担着部分重要系统的参数处理功能。这些参数直接关系到水压试验期间必须运行的部分系统和设备的正常运行与状态监控。因此，为保证水压试验的安全顺利进行必须通过临时接线的方式将相关测量信号接入暂时替代的非1E级控制设备，以实现水压试验所必需的设备状态监控功能。临时接线与正式接线的唯一区别是信号来源不同。待1E级控制设备安装就位线路正确连接后，重新验证所有的逻辑控制功能。

3　无1E级D C S控制设备实施一回路水压试验的主要措施

通过分析1E级DCS控制设备对一回路水压试验的影响，可以将无1E级DCS控制设备情况下实施一回路水压试验工作划分为以下几个阶段。

3.1第一阶段：水压试验工艺系统调试

根据一回路水压试验的需要，首先完成电源系统、外围辅助系统和水压试验相关核辅助系统的功能调试和相关试验，验证除反应堆保护之外的基本功能满足设计要求。

1） 电源系统：在确保500 kV厂外主电源和220 kV厂外辅助电源可用的基础上，为进一步提高水压试验所需电源的可靠性，在水压试验前至少实现一台应急柴油发电机可用，从而保证三路电源处于可用状态。

2） 外围辅助系统：完成压缩空气生产系统 （SAP）、公用压缩空气分配系统 （SAT） 、仪用压缩空气分配系统 （SAR） 、除盐水生产系统（SDA）、核岛除盐水分配系统（SED）、安全厂用水系统（SEC）、设备冷却水系统（RRI）和厂房冷风系统（DVN、DVL、DVK等）等外围辅助系统的调试，以保障水压试验相关核辅助系统（主要包括：RCV、RIS、RRA等）的安全稳定运行。

3） 水压试验相关核辅助系统：主要执行核辅助系统的机械功能试验，主要包括低压安注、高压安注、安全壳喷淋等的流量试验、压力、振动、阀门动作时间试验等。在1E级DCS控制设备未到现场时主要验证工艺设备的性能（如阀门动作时间，小流量试验等），试验不涉及1E级DCS的控制逻辑。

3.2第二阶段：水压试验相关系统和设备的控制和监视功能调试

在核岛控制模块的现行有效版本（简称CFC版本）上，通过部分控制线路的临时接线，将一回路充水控制、主泵运转升温控制、一回路压力自动控制和重要设备运行参数监视等四大功能调试出来，为水压试验做好准备，一旦一回路机械设备条件具备就可以开始一回路水压试验。同时，在这个阶段对第一阶段没有用CFC版本软件进行验证的逻辑功能进行补充验证。

一回路水压试验期间不需要投运安全注入系统 （简称安注）、安全壳喷淋系统 （简称安喷） 自动控制逻辑，1E级控制机柜未到场导致安注、安喷自动控制逻辑无法启用对一回路水压试验无影响。为做好充分安全措施，在一回路水压试验期间，实施临时控制变更（TCA）将与安注、安喷逻辑存在接口的核岛控制模块逻辑部分的信号输入点进行闭锁。

在调试大纲中需要在一回路水压试验之前以及水压试验期间完成的调试项目（典型调试阶段划分中的Ⅰ阶段和Ⅱ.1阶段）有部分信号需要通过1E级控制机柜进行处理，由于在原来设计的调试规程是在DCS控制系统全部到位的前提下编制的，因此，这部分功能需要在Ⅰ阶段和Ⅱ.1阶段进行验证。

为解决保证水压试验本身所需要辅助系统的功能，同时保证这些功能能够得到等效的验证，采取以下两个措施：

1） 对送出信号到反应堆保护系统进行阈值确认的试验内容，在这个阶段调试只要求信号能够显示正常，满足非核状态下的运转监视需要，等到1E级DCS系统就位反应堆保护系统完成接线后再补充验证阈值确认的试验内容，从而保证调试项目的完整性。

2）对涉及到部分逻辑信号需要由1E级DCS控制系统处理的试验，则通过TCA用NC/NC+控制系统实现其功能，等到1E级DCS控制系统完善之后拆除TCA，恢复原设计接线，并重新补充验证。这样在本阶段能够实现与原设计功能，只是不通过1E级DCS控制系统实现。具体操作上可以分为两种情况：

● 仪表信号经过1E隔离模块隔离后，用硬接线送往NC/NC+机柜，仅仪表回路由1E级控制机柜柜内电源模块供电。此时，可将由1E级机柜柜内电源供电的仪表回路改为由NC/NC+机柜供电。仅仅改变了仪表回路的供电方式，不影响控制回路中后续的控制逻辑，对一回路水压试验无影响。

● 仪表信号送入1E级控制机柜，经过1E级控制软件信号采集调理后，通过网络送往NC/NC+机柜。此时，可将通过硬接线直接送入NC/NC+机柜的仪表信号改为由NC/NC+采集卡件采集。这种变更仅仅改变了回路信号采集卡件，不影响控制回路中后续的控制逻辑，对一回路水压试验无影响。

3.3第三阶段：一回路水压试验实施

根据《压水堆核电站核岛机械设备设计与建造规范》（RCC-M规范）确定了方家山核电工程一回路水压试验压力、温度、升降压速率等关键参数。为了满足不同压力平台下系统状态控制、试验操作和压力边界完整性检查的需要，在升压阶段设置了2.5 MPa、10 MPa、15.4 MPa、16.5 MPa、17.2 MPa和22.8 MPa等多个压力平台。在此基础上编制了《方家山核电工程一回路水压试验总体操作》等规程，对一回路水压试验相关的组织机构、技术文件准备、充水排气操作、风险分析和应对措施、临时设施、压力平台下检查内容、升压和降压操作、验收准则等进行了详细规定，用于指导现场操作。方家山核电工程一回路水压试验于2013年10月16日成功实施，各压力平台检查结果表明承压边界的完整性和密封性符合规范要求。一回路水压试验升降压曲线如图1所示。

图1　一回路水压试验升降压曲线Fig.1　Pressure curve of the primary system hydraulic proof test

3.4第四阶段：水压试验后，1E级DCS就位重新验证逻辑

一回路水压试验之后进行反应堆压力容器等役前检查、一回路保温等工作，在1E级DCS到达现场后，对反应堆保护系统等1E级DCS相关系统进行调试，并对水压试验之前以及水压试验期间试验中涉及的1E级DCS功能进行重新验证。在执行相关试验时，现场存在临时接线和临时拆线的情况，相关线路恢复时严格执行QA/QC制度，并在试验恢复后进行功能验证。而对于一些流量的显示等试验，则通过系统的再次启动进行验证，以确保补充试验时接线正确。

4　结束语

按照压水堆核电厂常规的调试逻辑，一回路水压试验之前1E级DCS机柜需到场并安装调试，部分功能满足一回路水压试验要求后才可能开始进行一回路水压试验。面对方家山核电工程1号机组1E级DCS机柜到货严重推迟的情况，方家山调试队勇于创新，通过仔细梳理调试各阶段的逻辑和需求、认真分析1E级DCS控制系统对调试工作的影响，在确保安全的前提下使用NC/NC+控制系统加上少量的TCA将部分1E级信号引入到NC/ NC+机柜，在国内核电领域率先成功实施了无1E级DCS控制机柜情况下的一回路水压试验，走出了一条自主创新的调试主线逻辑控制策略。此举为方家山核电工程一回路水压试验后调试工作的顺利开展奠定了基础，并将整个工程的建造周期缩短了近1年时间，对于同类型核电工程的建设具有积极的指导意义。

Strategy and Practice of Primary System Hydraulic Proof Test without 1E DCS Equipment in Fangjiashan Nuclear Power Project

DAI Heng-cai， HONG Yuan-ping，YIN Feng
（CNNC Nuclear Power Operation Management Co.， Ltd.， Haiyan of Zhejiang Prov. 314300， China）

In order to deal with the grave arrival delay of the digital control system during the commissioning of Fangjiashan Nuclear Power Project，theprimary system hydraulic proof testwithout 1E DCS equipment isfirstly and successfully implemented in Fangjiashan， by using of NC/NC+ modules and some temporary control alteration of partial 1E DCS signals connecting to the NC/NC+ cabinets. This article introduces the principles， feasibility analysis and main actions of implement the main primary system hydraulic proof test without 1E DCS equipment，which has great reference value for the commissioning of similar nuclearpower projects.

Fangjiashan nuclear power project； DCS； primary system； hydraulic proof test

TM623 Article character：A Article ID：1674-1617（2016）02-0163-05

TM623

A

1674-1617（2016）02-0163-05

2015-12-10

戴恒才（1985—），男，安徽铜陵人，工程师，本科，从事核电厂设备调试工作。