安全级模拟控制系统在核电站中的应用及探讨

常向阳 陶永刚

摘 要：目前基于华龙一号的安全级控制系统有两种方案，分别是基于数字化DCS和模拟电路的控制系统，两种系统在调试、运维阶段都有自己的特点，数字化系统在测试及管控上相对透明可控，基于模拟电路的控制系统需要更多的人工干预和验证，特别是在定期试验方法上，验证步骤和验证方法更加复杂。本文对基于模拟机柜的安全级模拟控制系统进行探讨分析。

关键词：安全级模拟控制系统;T1定期试验

1 系统概述

级模拟控制系统（IPG）的功能是处理来自工艺过程系统的保护仪表的测量信号。系统包括 4 组保护机柜（IP 组，IIP 组，IIIP 组和 IVP 组）和一套 T1 试验装置。安全级模拟控制系统接收来自工艺过程系统的保护仪表的测量信号，对其进行信号调制、计算、阈值等处理后产生开关量信号，送往保护系统处理后触发安全动作，如紧急停堆、驱动 专设安全设施等，或直接送往继电器机架进行安全级的控制连锁。

2 系统架构

安全级模拟控制系统作在接收现场传感器信号进行处理的同时，会将部分信号送至主控后备盘进行控制和显示，同时将阈值判定的结果送至反应堆保护系统进行保护逻辑处理，非保护信号则送至安全驱动系统和非安全级DCS系统进行进一步逻辑处理。系统架构如下图：

3 定期试验

T1试验是为了定期验证保护测量通道的功能和性能，在反应堆运行期间和停堆期间检查保护测量通道的可用性。其典型的试验过程如下：由试验装置提供尽可能接近实际的试验信号输入需要的测量通道，检查信号传输通道的精度、阈值继电器是否动作正常、动作阈值误差（指阈值继电器动作时的输入信号和设定值只差），以及测量通道的响应时间是否超出保护系统设计的规定范围。

3.1  T1试验装置的功能和特征：

●可以对各冗余测量通道分别进行试验;

●在同一机柜内，不同通道应分别进行试验，某一通道进行试验时，不影响机柜内其他通道的正常工作;

●某一通道进行试验时，不会因自动测试接口或试验装置的故障影响其他通道的正常工作;

●试验信号的传输路径与测量信号具有相同的路径。

●在对任一测量通道，在试验开始时应切断此测量通道与下游保护逻辑的链接，约2秒后切断测量信号;在试验结束时先恢复测量信号，2分钟后恢复此测量通道与下游保护逻辑的连接;

●自动测试接口送往试验装置的所有信号应隔离;

●试验期间向主控室发出T1试验正在进行的报警信号;

●在试验开始前，自动检查试验用连接电缆的连接是否正确;

●在试验装置发出试验开始信号后，自动检查自动测试接口的切换继电器状态是否正确;

●在试验装置发出试验结束信号后，自动检查自动测试接口的切换继电器是否复位;

●试验装置在运行人员输入相应的指令后，能自动完成测试并自动打印试验结果。输出的打印结果至少应包括：输入和输出信号的电压值、物理值、误差、响应时间及响应时间是否超过限值;试验是否通过、试验时间等;

●试验装置具备自检功能，试验开始前需检查装置自身的精度和响应时间，应满足试验要求。

T1试验装置原理图如下：

3.2 定期试验执行

T1定期试验要求在模式1工况下每两个月执行一次，即每个月执行一列的保护通道验证。模式1工况下一回路和二回路已开始满功率带核运行，试验过程中涉及到100多块保护相关的工艺仪表，T1验证程序启动后会轮流对每块仪表进行信号注入从而验证其通道精度核定值等。在该试验过程中由于仪表信号的注入会触发该仪表相关逻辑状态的变化，从而引起一回路/二回路状态的改变。如注入一回路冷段温度信号时，会改变主回路平均温度算法的结果，从而引起堆芯R棒动作、稳压器水位波动、及功率控制系统中的甩负荷动作。由于反应堆保护逻辑需要2个通道同时触发才动作，故在执行单通道T1試验过程中需密切监视其他通道的状态，避免由于其他通道的异常波动同时触发停堆动作。由上可知，执行T1试验过程中对机组状态存在较大的干扰风险，需在执行前对相关的试验扰动进行提前分析核干预，如闭锁或隔离执行通道的相关逻辑，特别是非反应堆保护逻辑相关且单表变化可触发状态改变的逻辑。

4 系统维保及常见问题

安全级模拟控制系统由于配置有多种类型的模拟信号处理组件，且不能像DCS一样具备实时自检功能，故在运行阶段需要加强系统维保工作，及时发现和解决系统缺陷，避免保护系统降级或保护动作拒动。除了通过T1定期试验进行定期验证外，还需通过机柜巡检、仪表值交叉比较、控制器参数检查等手段进行系统状态确认。

运行过程中该系统常见的缺陷问题如下：

●信号切换器故障，不能切换T1试验信号

●控制器参数设置错误

●通道响应时间超时

●信号隔离卡件转换误差偏大，需调整

●数据设定器故障

●机柜滤网需清理

●卡件端子松动，接触不良

1.系统优化建议

●安全级模拟控制系统在前期调试过程中需要通过外部专用工具进行信号集中注入来验证保护系统逻辑和功能，为便于信号注入，机柜仪表输入侧端子建议更换为带测试线接口的端子排，便于测试信号接线和机柜端子力矩稳定。

●T1试验执行过程中风险较高，在相应步骤启动前能增加自定义提示确认信息，由操作人员确认隔离/闭锁状态已完成后再开始执行，避免操作人员人为点错或隔离步骤缺失。

5结束语

在DCS系统普及应用的今天，由于多重原因某些项目仍需要采用模拟机柜实现模拟控制功能，虽然给后期运维带来了更多的工作，但只要根据国内外多个类似方案机组的成熟运维策略进行维护应用，依然能够有效满足系统设计功能及运行任务。

参考文献：

[1]王少华 安全级模拟控制系统技术规格书 [Z].2013

作者简介：

常向阳（1988-），汉族，河南洛阳人，大学本科学历，工程师，研究方向：核电仪控系统调试工作。

（中国核电工程有限公司华东分公司，浙江 海盐 314300）