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案例详细
标题大亚湾核电站反应堆保护系统定期试验仪的研制
技术领域变频器
行业
简介大亚湾核电站的反应堆保护系统定期试验仪由于设备老化、无备件等等问题，经常导致系统的定期试验无法正常进行。大亚湾核电运营管理有限责任公司联合北京广利核系统工程有限公司为大亚湾核电站研制了新的试验仪，本文介绍新试验仪的设计要求、功能、结构、软件、验证方法等。
内容



                                                 关键词：核电站；保护系统；定期试验仪；研制

    宗文彪（1965－）
河北玉田人，高级工程师，主要从事核电站仪控设备系统改造工作。

1     背景

    大亚湾核电站目前使用的核反应堆保护系统定期试验仪是由法国厂家随保护系统设备供货的，已出现严重的设备老化问题，设备可靠性降低，给试验和维修工作带来不便。如果该试验仪不能正常使用，将给机组可靠运行和核安全带来隐患。继续引进国外设备不仅价格昂贵、供货周期长，而且人机界面很难满足用户的要求。鉴于这种情况，大亚湾核电运营管理有限责任公司决定联合北京广利核系统工程有限公司，为大亚湾核电站研制新的试验仪。新的试验仪与原有试验仪相比在设备可靠性、系统自诊断、人机接口，故障分析等方面都有显著提高。在2007年5月的机组大修期间已完成了对新试验仪的所有验证工作，结果满意。

    大亚湾核电站的反应堆保护系统采用固态磁逻辑技术，从硬件结构可划分为A/B两个系列（TRAIN），每个系列又分为完全相同的X和Y两个“半”逻辑模块；从保护功能可划分为反应堆紧急停堆和专设安全设施两部分。定期试验的目的是验证保护逻辑工作正常，每次试验只在一项功能的一个逻辑模块上进行。

2     研制的思路

    新试验仪的研制划分为资料收集、设备研制、试验验证三个阶段。

    资料收集阶段完成的主要工作有收集整理试验仪应采用的标准、原有试验仪的功能、图纸、反应堆保护系统的图纸和定期试验要求、岭澳核电站反应堆保护系统定期试验仪的PLC软件、反应堆保护系统逻辑机柜的响应时间等，并依据收集到的资料编制改造可行性分析报告。

    设备研制阶段完成的主要工作有：RPR系统模拟设备开发，试验仪硬件设备选型与集成、人机界面要求与组态、编制试验软件、设备调试等。

    验证阶段进行的试验有：模拟装置与原有定期试验仪的连接试验，验证模拟装置能够模拟反应堆保护系统的逻辑；模拟装置与新试验仪的连接试验，验证模拟装置状态相同时，新试验仪与原有试验仪测试的结果相同；新试验仪与实际的反应堆保护系统连接试验，验证新试验仪与实际系统的相容性、验证新试验仪与原有试验仪的试验结果相同。

3     设计要求

    试验仪用于在任何电厂运行条件下对反应堆保护逻辑进行试验，试验的目的是通过探测所有的非安全故障，验证逻辑保护设备能够执行其保护功能；探测所有的安全故障，以保证电厂的可用率。试验范围应该和仪表通道试验、执行机构试验部分重叠，以保证对保护通道进行全面的试验。

    试验仪只有在进行试验时才与逻辑保护设备连接。根据需要，试验仪可以在自动模式下运行也可以在分步模式下进行。在分步试验模式下，试验仪应具有验证逻辑图中间信号的功能，特别要能验证那些传送到主控室的中间信号。

    定期试验仪从逻辑模块的输入端注入试验信号，从最终输出“与”门的上游接受该逻辑模块的响应信号；
试验仪的每个输入/输出端都与其它逻辑模块进行电气隔离，以保证试验仪的故障不会引起逻辑设备的安全故障和非安全故障；

    试验仪在同一时间内只能与一个逻辑模块相连，而且只有试验时才连接。同一期间内，试验仪只能对停堆X/停堆Y/专设X/专设Y四个逻辑模块中的一个逻辑模块的输入端注入信号；

    试验仪人机接口及故障诊断功能，除了能完成原有定期试验正常显示及报表、试验故障显示及报表的功能外，还要求具备故障诊断功能，能对被测系统的故障进行分析及诊断，能针对出现的不同故障，在人机界面及打印报表上给出相应的处理流程、需查阅的图纸等处理提示信息。

4     试验仪的硬件

    系统结构如下图1所示。


图1  T2试验台系统结构图

    试验仪的核心控制部分由Schneider QUANTUM 系列 PLC 组成，用于控制试验的注入信号、捕获被测设备的返回信号并判断试验结果。输入显示设备选用ATEN/CL1200一体化控制台，用于输入试验指令、显示试验信息。工控机选用GE/ND61400，用于试验数据处理、试验设备管理。打印机选用HP/LJ1020用于输出现场操作的结果。PLC系统通过以太网通讯接口模块与工控机连接，用于完成监控平台与PLC的数据交互，包括监控平台的操作指令下达、PLC点状态信息的上传等。在PLC开关量输出模块后端配备北京广利核系统工程有限公司专门为本项目开发的继电器接口板，以满足试验注入信号与反应堆保护系统间的接口要求。

5     试验仪的软件

    5.1   监控台软件

    在监控台上运行的软件是采用北京和利时系统工程有限公司的SmartPro系统的FacView人机界面软件，该软件运行在Windows2000操作系统上所实现的功能包括：

    ●    试验参数设定

    ●    用户管理

    ●    操作日志

    ●    试验报警

    ●    历史报警查询

    ●    通讯链路诊断

    ●    试验过程动态监控

    ●    历史报表查询

    ●    故障诊断

    监控台人机界面软件是最直接和最重要的人机交互界面，支持专用键盘等外部设备。
　　
    5.2   PLC软件

    试验仪的试验主体采用的是Schneider QUANTUM系列PLC，使用Schneider Concept组态工具，采用符合IEC1131-3标准的编程语言设计编写。由于对反应堆保护系统的定期试验分为紧急停堆和专设安全设施两部分，软件也编写为完全独立的两个，在进行试验时先在试验仪上安装需要的试验软件。　

    紧急停堆试验软件分为预处理和紧急停堆逻辑验证试验两部分。预处理部分的主要功能是，硬件检测、通讯检测、系统初始化等。紧急停堆逻辑验证试验包括40个序列，每个序列含有若干个步，PLC程序含有13个模块，通过执行这些模块完成试验，这13个模块是：

    ●    Cacul-Result-AU        计算中间变量，用于判断试验是否成功；

    ●    Mod-Sel-AU        试验模式选择，用于选择自动试验或手动试验；

    ●    SeqPas-Sell-AU        设定初始序列号和步号；

    ●    Log-Cnfm-AU         选择试验逻辑、通道、机组；

    ●    Sq00-AU        注入00序列，完成注入正式试验信号的准备工作；

    ●    XMO-AU        确定试验的序列号和步号；

    ●    Seq01-AU～Seq40-AU        注入序列1～40；

    ●    AutoOK-AU        自动模式下试验成功后进入本模块；

    ●    StepOK-AU        手动模式下试验成功后进入本模块；

    ●    Auto-Reset-AU        自动模式下，按下RESET按钮进入本模块；

    ●    Test-Finish-AU        试验完成后进入本模块；

    ●    Test-Err-AU        试验失败后进入本模块；

    ●    SR系列        子程序系列。

    专设安全设施试验软件分为预处理和专设逻辑验证试验两部分。预处理部分的主要功能是，硬件检测、通讯检测、系统初始化等。专设逻辑验证试验包括32个序列，每个序列含有若干个步，PLC程序含有13个模块，通过执行这些模块完成试验，这13个模块是：

    ●    Cacul-Result-AS         计算中间变量，用于判断试验是否成功；

    ●    Mod-Sel-AS        试验模式选择，用于选择自动试验或手动试验；

    ●    SeqPas-Sell-AS        设定初始序列号和步号；

    ●    Log-Cnfm-AS        选择试验逻辑、通道、机组；

    ●    Sq00-AS        注入00序列，完成注入正式试验信号的准备工作；

    ●    XMO-AS        确定试验的序列号和步号；

    ●    Seq01-AS～Seq32-AS        注入序列1～32；

    ●    AutoOK-AS        自动模式下试验成功后进入本模块；

    ●    StepOK-AS        手动模式下试验成功后进入本模块；

    ●    Auto-Reset-AS        自动模式下，按下RESET按钮进入本模块；

    ●    Test-Finish-AS        试验完成后进入本模块；

    ●    Test-Err-AS        试验失败后进入本模块；

    ●    SR系列        子程序系列。

6     验证方法

    为了验证定期试验仪能够完成设计功能，专门研制了一台模拟测试装置，该装置能够真实模拟大亚湾保护系统逻辑，包括设备正常状态和设备异常状态，以确保完整地对定期试验仪进行测试。

    模拟装置可以实现以下功能：

    ●    模拟满功率工况下紧急停堆逻辑

    ●    模拟冷停工况下紧急停堆逻辑

    ●    模拟热停工况下紧急停堆逻辑

    ●    模拟满功率工况下专设逻辑

    ●    模拟冷停工况下专设逻辑

    ●    模拟热停工况下专设逻辑

    ●    信号录波功能，必要时详细记录指定的输入输出信号，以便对试验结果进行深入分析

    模拟装置的结构如图2所示。模拟装置与试验仪之间通过接插件001PJ～007PJ连接，其中001PJ～004PJ为试验仪向模拟装置注入的试验信号，005PJ～007PJ为从模拟装置返回的捕获信号。
　


图2  模拟装置系统结构图

    模拟装置与原有定期试验仪的连接试验，验证模拟装置能够模拟反应堆保护系统的逻辑。试验内容有：用模拟装置模拟正常工况，使用原有试验程序完整的执行定期试验，确认试验过程正常、结果满意；在模拟装置内设置局部故障，使用原有试验程序执行定期试验，确认试验中能检测到设置的故障，并对重要信号进行录波，以便对新试验仪进行验证时对重要信号进行对比。

    模拟装置与新试验仪的连接试验，验证模拟装置状态相同时，新试验仪与原有试验仪测试的结果相同。试验内容有：用模拟装置模拟正常工况，使用新试验仪完整地执行定期试验，确认试验过程正常、结果满意；采用故障穷举的思路在模拟装置内设置故障，使用新试验仪进行试验，确认试验中能检测到设置的故障，并对重要信号进行录波，与原试验仪试验时的录波结果进行对比。

    新试验仪与实际的反应堆保护系统连接试验。在保护系统停电、机组冷停、机组热停、满功率等工况下用新试验仪进行试验，验证新试验仪与实际系统的相容性、验证新试验仪与原有试验仪的试验结果的一致性。

7     结束语

    本项目成功地完成100万千瓦级核电站反应堆保护系统定期试验仪的研制，在核电重大设备国产化方面有迈出了坚实的一步。在核电安全级仪表系统定期试验与监测方面做了有益的尝试，为核电新项目中相关设计的自主化，设备的国产化创造了条件。

作者信息：

    宗文彪，刘新东，崔国华（大亚湾核电运营有限公司，广东  深圳  518124） 

    柏祥基（北京广利核系统工程有限公司，北京  100096）