核电厂主给水隔离控制回路继电器触点竞争问题分析及优化

杨宇奇，张天航，郎玉凯，熊国华

（中广核研究院有限公司 系统工程与改造中心，广东 深圳518000）

1 概述

核电厂主给水系统（ARE）的功能是将凝结水可控地送往三台蒸汽发生器，并根据汽轮机功率控制蒸汽发生器二次侧的水位。在机组发生启动安注的事故工况时，安注信号会触发一系列下游系统及设备动作，包括停堆、启动安住、ARE 主给水隔离、启动ASG 辅助给水、启动应急柴油机等，其中ARE 主给水隔离会同时将ARE 调节阀和电动隔离阀关闭。

图1 安注逻辑简图

安注信号触发方式分为自动触发和手动触发两种，在事故工况下通过手动触发安注时，主控操作员手动按下安注按钮RPA/RPB058TO 来启动安注，触发的主给水隔离关阀指令为短时信号，信号持续时间小于ARE 电动隔离阀的关阀行程时间20s，因此，ARE 电动隔离阀无法实现完全关闭，进而影响主给水隔离功能的实现。为解决这一问题，在主给水隔离控制回路增加前延时继电器及辅助继电器实现ARE 主给水隔离短时信号的自保持功能，从而保证ARE 电动隔离阀的有效关闭，实现主给水隔离功能，如图2所示，以ARE052VL（A 列主给水隔离控制信号）为例，当RPA058TO 短时按下并松开，短时触发RPA 主给水隔离信号，关阀继电器ARE701XF 短时得电励磁，通过其常开触点闭合形成自保持回路，此时电动隔离阀ARE052VL 开始关阀行程，同时延时继电器ARE721XT 得电开始计时25s，25s 后电动隔离阀完全关闭，ARE721XT 输出高电平励磁辅助继电器ARE721XR，其常闭触点的断开，ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR 全部失磁，ARE701XF 的常开触点断开实现自保持回路的复位，整个电动隔离阀的关阀过程结束。

图2 主给水隔离控制回路

2 主给水隔离控制回路电路分析

在对控制回路进行功能鉴定时发现，ARE721XT 延时25s后，本应处于断开（复位）状态的ARE701XF 常开触点未实现断开，自保持电路未实现复位，且ARE721XR 与ARE721XT形成振荡电路，ARE721XR 的触点不断吸合、释放。

经分析，在继电器触点的动作过程中，受到机械惯性、机械位移量及电磁惯性等因素的影响，相关触点的动作在时间上产生时延，不能按照预先设定的时序依次动作，从而引起电路的误动作，这就是竞争（冒险）现象[1]。如图3所示，继电器触点产生的动作时延主要原因有两个：

图3 继电器通断电及触点动作时延

一是触点机械行程时延，对同一型号的继电器，由于其物理结构决定，其机械触点通常按照先断后合的顺序动作；

二是线圈通断电时延，即继电器的吸合与释放的时延不同，其长短取决于该线圈充电和放电时间常数，通常断电时延大于通电时延。

由图4可知，ARE721XR 的复位时序只有几毫秒的时间，存在短时置1 信号的开启（复位）回路[2]，因此，就存在与ARE701XF 触点动作相互竞争的风险。对复位瞬间继电器触点的动作时序进行分析：

①当ARE721XT 延时25s 后励磁ARE721XR，其常闭触点断开复位自保持回路，此时ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR 都失磁，由于此时ARE701XF 常闭触点还未断开（受释放时间和运动零件行程时间影响）；

②ARE721XR 的常闭触点由于励磁端失电重新闭合，使得自保持回路重新建立，ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR重新励磁；

③ARE721XT 重新励磁并驱动ARE721XR， 使得ARE721XR 常闭触点重新打开，如此循环往复，形成振荡，由于ARE721XT 延时有效的最小时间为500ms，因此，振荡周期内不会再产生25s 的延时效果。

图4 设计预想时序与试验结果对比

3 主给水控制回路的优化方案

通过以上对主给水隔离控制自保持控制回路继电器触点振荡的原因进行分析，可以发现问题的关键是如何将关阀继电器ARE701XF和辅助继电器ARE721XR 触点动作的时序错开，使ARE721XR/ARE701XF 复位有了先后顺序，从而消除竞争（冒险）现象，优化方案如图5所示。

图5 主给水隔离控制回路优化方案（以ARE052VL 为例）

对复位瞬间继电器触点的动作时序进行分析：

①当ARE721XT 延时25s 后，ARE721XR 励磁，其常闭触点先断开，使得ARE701XF 失磁，其常开触点先断开；

②ARE701XF 常开触点断开使得ARE721XT/ARE721XR失磁，其常闭触点再闭合；

③观察记录仪，两个触点复位动作时差大约在2ms，规避了竞争（冒险）现象。

4 结论

在继电器控制回路设计过程中，通常是静态分析控制电路的继电器动作，未考虑继电器触点的动作时序。由于继电器的励磁线圈的电磁惯性、释放时间和运动零件行程时间等因素，使得继电器励磁线圈的得电/失电、触点的断开/闭合存在一定的时间差。核电厂主给水隔离功能因两个继电器的触点动作时序的偏差，导致主给水隔离自保持回路无法复位，产生自激振荡现象。

通过对继电器触点动作时序的动态分析，并对控制回路的继电器动作时序进行优化设计，避免了因继电器触点竞争导致主给水功能隔离无法复位的故障，从而保证了主给水隔离功能的实现。