核电厂常规岛关键系统疏水逻辑优化改造的策划与实施

郭鹏飞

（中核核电运行管理有限公司 维修三处，浙江 海盐 314300）

0 引言

目前，国内新建核电厂重要系统的控制逻辑[1]普遍采用三取二[2]、四取二、中选、次高选等逻辑，对来源相同的多路信号处理后进行输出，其目的是为了规避单一设备故障所引起的被控设备误动以及工况扰乱，确保机组稳定运行。但国内部分机组由于建设年代久远，投运之初对系统功能的要求不高，不少重要系统在设计上存在单一故障导致机组运行风险的缺陷，日常运行中无法应对由偶发的设备故障、工况突变带来的控制异常。当前，秦二厂存在相当一部分单一设备控制单一逻辑的设计，比如高压加热器系统、汽水分离再热器、低压加热器系统等的冷却疏水，其正常疏水阀和紧急疏水阀当前各自仅由一台变送器控制。当变送器故障或偶发失效时，其输出信号会发生突变，从而导致对应阀门误动作，引发液位变化，严重时可导致系统解列，机组降功率，影响经济效益。因此，经过此设计，秦二厂拟增加变送器、液位开关等实现去单点敏感部件的功能，在现场进行勘察后确认识别SPV 设备，通过增加变送器、液位开关的形式，在DCS 中修改组态，分别对新增变送器压力信号进行中选、次高选逻辑运算，对新增液位开关信号进行三取二逻辑，并针对现场可能出现的各种工况进行模拟试验，最终验证改造满足现场使用需求。

1 系统现状

目前，秦山第二核电厂1、2 号机组常规岛AHP/GSS/ABP 等抽汽加热系统现场情况如下：

AHP 高 压 加 热 系 统 有 6 个 罐 体（NO.5A/5B/6A/6B/7A/7B），每个罐体上安装有5 台液位开关（低、高、两高、三高、三高，两个三高信号分别送DCS 和DEH）和2 台差压变送器。在DCS 逻辑中，单台变送器控制单个疏水阀（正常/紧急疏水阀），单台三高液位开关误发会引发高加解列。

ABP 低压加热器系统3 级有2 个罐体（NO.3A/3B），各有4 台变送器。在DCS 逻辑中，3A/3B 单台变送器控制单台阀门（3 台正常疏水阀和1 台紧急疏水阀），单台三高液位开关误发，则会引发低加解列。

GSS 汽水分离再热器系统有6 个疏水箱（110BA、120BA、130BA、210BA、220BA、230BA），每个疏水箱上有2 台MN 液位变送器。在DCS 逻辑中，单台变送器控制单台阀门（正常疏水阀和紧急疏水阀）。

2 存在问题

目前，系统日常运行期间存在的问题如下：

AHP 系统存在单个3 高（3H）液位开关引发的解列风险，容错率低；存在单个变送器控制单台阀门的情况，单台变送器故障容易引发阀门误动作，引发机组瞬态的几率高。

ABP 系统存在单个三高（3H）液位开关引发的解列风险，容错率低；存在单个变送器控制单台阀门的情况，单台变送器故障容易引发阀门误动作，引发机组瞬态的几率高，其中3A/3B 对机组的功率影响较大。

GSS 系统存在单个变送器控制单台阀门的情况，单台变送器故障容易引发阀门误动作，引发机组瞬态的几率高。

综合考虑，对AHP/GSS/ABP 系统实施了疏水逻辑优化工作，提升设备可靠性和系统稳定性，降低机组瞬态的几率。

3 方案设计

3.1 总体设计

AHP 系统总体设计：

利用现有的两高、三高、三高液位开关（需更换为双触点微动开关，新增一副触点进入DCS），实现“三取二”联锁高加解列信号。

每个罐体增加1 台变送器，与现有2 台变送器实现“中选”逻辑，同时控制正常疏水阀和紧急疏水阀。

ABP 系统总体设计：

现场低压加热器系统附近仪表密集，无足够空间新增仪表，同时考虑低加解列/单个阀门故障对机组功率影响较小，维持原状。

3A/3B 罐体上各4 台变送器，利用现有变送器实现“次高选”逻辑，同时控制正常疏水阀和紧急疏水阀。

GSS 系统总体设计：

每个罐体增加1 台变送器，与现有的2 台变送器组态实现“中选”逻辑，同时控制正常疏水阀和紧急疏水阀。

3.2 疏水逻辑

秦山第二核电厂DCS 系统[3]基于HOLLiAS MAS 平台，利用平台提供的控制算法模块，对AHP、ABP、GSS 系统疏水逻辑做如下优化。

3.2.1 中选逻辑运算[3]

采用VOT3 模拟量三选算法进行“中选”输出，输出值参与阀门控制。由于算法输出结果与各变送器输入值偏差有关，所以通过罗列各种可能的情况，总结其运算结果见表1。

表1 VOT3模拟量三选算法Table 1 Three choice algorithm for VOT3 analog quantity

改造后，正常疏水阀和紧急疏水阀均由三路变送器信号控制。当NUM 的值为3、2、1 时，代表现场仍有可靠信号用于调节，而当NUM=0 时，由于算法采用了输出上一时刻有效值的设计，不能及时反映此刻工况。如果此时工况发生突变需要阀门快速响应，而算法输出上一时刻（工况正常）时的有效值，就会造成阀门仍处于正常调节的工况下而不会快速响应，影响正常运行。因此，这种情况逻辑设计中必须将阀门设为强制切手动状态，提醒运行人员及时干预。

3.2.2 次高选逻辑运算

采用VOT4 模拟量四选算法块进行次高选算法输出，输出值参与阀门控制。由于输出结果与各变送器输入值偏差有关，所以通过罗列各种可能的情况，总结其运算结果见表2。

表2 VOT4模拟量四选算法Table 2 VOT4 Analog quantity four choice algorithm

改造后，正常疏水阀和紧急疏水阀均由四路变送器信号控制。当NUM 的值为4、3、2 时，代表现场仍有可靠信号用于调节，而当NUM=1 或0 时，由于算法采用了输出上一时刻有效值的设计，不能反映此时刻的工况。如果此时工况突变需要阀门快速响应，而算法输出上一时刻（工况正常）时的有效值，就会造成阀门仍处于正常调节的工况下而不会快速响应，从而导致工况恶化，影响运行。因此，这种情况逻辑设计中必须将阀门设为强制切手动状态，提醒运行人员及时干预。

4 现场施工

4.1 AHP液位开关更换

现场将原有单触点开关更换为双触点开关，采用同一定值。以2 号机改造为例，打开2AHP113/114/115/213/214/215SN 液位开关外罩，记录微动开关绑定位置。拆除接线和单触点微动开关，将陶瓷底座整体换下，更换为双触点微动开关，分别送DEH 和DCS 系统。

4.2 仪表箱、变送器新增

AHP 系统新增2 个仪表箱，每个箱内安装3 台新变送器，位置均位于常规岛-7.2M 层。

GSS 系统仪表箱中有空位，利用现有仪表箱布置即可，位置均位于常规岛0M 层。

4.3 变送器安装

对于AHP/GSS 系统来说，在原变送器正、负压侧的Φ28 管线中间，增加三通阀（或原有三通阀更换为四通阀）、90°弯头、负压侧仪表阀、冷凝罐等，与原有设备的安装位置和高度一致，以对焊形式连接形成回路。

新增变送器为光华变送器[5]，使用标准三阀组，以卡套形式连接，正负压侧压力管线与标准三阀组连接，接口处以密封胶密封完全。变送器本体压力管线为Φ14 管线，其通过Φ28 ～Φ14 变径接头与Φ28 管线连接，Φ14 正负压侧引压管线按照现有变送器管线走向引入变送器柜，在易摩擦位置进行固定，新增排污阀接入原有排污管。

变送器电缆已先行放入机柜中，对电缆剥线、压接、热缩，并按照接线图接线[4]。

4.4 逻辑修改

4.4.1 数据库修改

新增设备在DCS 中新增加点名，用于参与逻辑控制、报警。在DCS 数据库DI 页中增加“U2AHP113SN、U2AHP114SN、U2AHP115SN、U2AHP213SN、U2AHP214SN、U2AHP215SN”。由于新增变送器已于先前改造中修改数据库，故此次无需新增变送器的数据点。

4.4.2 组态逻辑修改

修改高加水位三高报警逻辑， 以U2AHP001IA（NO.5 高加水位高高高）报警逻辑修改为例，在逻辑中增加U2AHP113SN 和U2AHP213SN 的报警逻辑，与U2AHP110SN 和U2AHP210SN 共同参与U2AHP001IA 报警，同理完成对U2AHP003IA（NO.6 高加水位高高高）、U2AHP005IA（NO.7 高加水位高高高）报警逻辑的修改。

修改高加解列逻辑：以A 列高加为例，对NO.5A、NO.6A、NO.7A 罐体上的相应液位开关做开关量三取二（D2V3）运算，输出信号取“或”触发高加解列信号，B 列做法相同。

修改次高选疏水逻辑，以阀门2ABP046VL 为例：

在变量声明区新增VOT401 次高选逻辑行，对TYP（输出类型选择）、ATY（算法类型）、MU（模拟量输出量程上限）、MD（模拟量输入量程下限）、WAR（允许最大偏差限）参数进行设置。

将 2ABP103MN、2ABP113MN、2ABP114MN、2ABP115MN 信号引入VOT4 次高选算法模块，输出值送FOI 一阶惯性滤波模块后，作为阀门自动控制的过程值。

对FMAN 手操器输入质量位进行修改，由原先的单个变送器改为4 个变送器质量位“或”的形式。

根据设计要求，修改强制切手动和质量位报警逻辑。当有效质量位小于2（即变送器的有效质量位为1 和0 时），2ABP046VL 阀门才强制切为手动控制。对于质量位报警而言，采用“或”门即只要有一路变送器信号失效就会发出质量位报警，提醒相关人员及时察觉和第一时间检修，防止情况进一步恶化。

修改中选逻辑，以2ADG013VL 为例：

在变量声明区新增VOT301 中选逻辑行，对TYP、ATY、MU、MD、WAR 参数进行设置。

将2AHP101MN、2AHP111MN、2AHP121MN（新增）信号引入VOT3 中选算法模块，输出值送FOI 一阶惯性滤波模块后作为阀门自动控制的过程值。

对FMAN 手操器输入质量位进行修改，由原先的单个变送器改为3 个变送器质量位“或”的形式。

根据设计要求，修改强制切手动和质量位报警逻辑。当有效质量位小于1（即变送器的有效质量位为0 时），2ADG013VL 阀门才强制切为手动控制。对于质量位报警而言，采用“或”门即只要有一路变送器信号失效就会发出质量位报警，提醒相关人员及时察觉和第一时间检修，防止情况进一步恶化。

修改流程图画面，以AHP501RE 为例，在罐体图形上将三高信号报警图符添加在最右侧，点名为U2AHP113SN。按照同样的做法， 增加AHP601RE、AHP701RE、AHP502RE、AHP602RE、AHP702RE 的三高液位开关报警。其他修改均参照上述。

5 开环调试

现场安装和DCS 上层逻辑修改完成后，需要按照调试程序对修改后的逻辑进行测试，以验证其功能满足设计要求。

5.1 高加解列逻辑测试

取厂用除盐水，用电动泵分别对“三取二”解列高加逻辑中的三高、三高、二高液位开关两两联通进行灌水，验证三取二解列逻辑正常触发，并在DCS 中查看响应报警和逻辑是否触发。测试表记录见表3。

5.2 中选逻辑测试

AHP、GSS 系统每个罐体均有3 个变送器，工作人员在现场分别同时对3 个变送器按照表4 中所给的电流加信号，并依次断开一路、两路、三路信号，观察并记录DCS上层输出信号值至表4（以2AHP101MN、2AHP111MN、2AHP121MN 为例说明）。

表4 中选逻辑测试记录表Table 4 Selected logic test record table

5.3 次高选逻辑测试

工作人员同时对ABP 系统4 个变送器按照表5 中所给的电流加信号，并分别断开一、二、三、四路信号，观察并记录DCS 上层输出信号值至表5（以2ABP103MN、2ABP113MN、2ABP114MN、2ABP115MN 为例说明）。

表5 次高选逻辑测试记录表Table 5 Record of high selection logic test

5.4 测试结论

1）AHP 系统“三取二”液位开关解列逻辑可正常触发和复位，相应报警正常出现，改变了原先单一设备控制高加系统解列的逻辑，降低了解列风险。

2）AHP、GSS 系统液位“中选”逻辑，所有新增设备测试结果合格，输出值可根据信号质量的好坏和信号之间的偏差进行调整输出，实际测试结果与理论计算值一致，满足设计要求。

3）ABP 系统液位“次高选”逻辑，输出值可根据信号质量的好坏和信号之间的偏差进行调整输出，实际测试结果与理论计算值一致，满足设计要求。

4）强制切手动条件严格且合理，即现场已无合理可靠的输出值用于自动控制。这样既保证了阀门在紧急情况下可以从自动切换至手动控制，又避免了因单个设备故障造成的不必要的切手动，降低了运行人员的重复性工作量。

6 检修经验反馈

1）疏水逻辑改造，消除了单一故障引起的机组运行风险，减少了重复性的工作。但由于质量位概念引入，如若现场单个或多个变送器需要检修拆除接线时，接线与端子接触时紧时松，导致变送器输出值突变跳跃，经中选/次高选后，输出值会发生波动，给现场控制带来巨大风险，因此在拆/装变送器过程中，运行人员应将对应阀门切换至手动状态，并对阀门持续监视，待拆除或恢复接线后，再将阀门恢复至自动状态，可以有效避免液位输出值的波动。

2）在某些时候，回装变送器会发现冷凝罐冷却水减少或变送器引压管线介质变少，需要工作人员重新灌水加压。此时，由于外来除盐水的引入会造成液位波动，因而在变送器灌水时需要将变送器所在引压管线仪表阀暂时关闭，将设备从系统中隔离，防止灌水对液位造成扰动，待灌水结束后，再打开阀门将变送器投运，才会将变送器投运时对液位的影响降至最低。