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關(guān)鍵詞：核電站；保護(hù)系統(tǒng)；定期試驗(yàn)儀；研制
宗文彪（1965－）
河北玉田人，高級(jí)工程師，主要從事核電站儀控設(shè)備系統(tǒng)改造工作。
1 背景
大亞灣核電站目前使用的核反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)定期試驗(yàn)儀是由法國(guó)廠家隨保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備供貨的，已出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)備老化問(wèn)題，設(shè)備可靠性降低，給試驗(yàn)和維修工作帶來(lái)不便。如果該試驗(yàn)儀不能正常使用，將給機(jī)組可靠運(yùn)行和核安全帶來(lái)隱患。繼續(xù)引進(jìn)國(guó)外設(shè)備不僅價(jià)格昂貴、供貨周期長(zhǎng)，而且人機(jī)界面很難滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。鑒于這種情況，大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司決定聯(lián)合北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，為大亞灣核電站研制新的試驗(yàn)儀。新的試驗(yàn)儀與原有試驗(yàn)儀相比在設(shè)備可靠性、系統(tǒng)自診斷、人機(jī)接口，故障分析等方面都有顯著提高。在2007年5月的機(jī)組大修期間已完成了對(duì)新試驗(yàn)儀的所有驗(yàn)證工作，結(jié)果滿(mǎn)意。
大亞灣核電站的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)采用固態(tài)磁邏輯技術(shù)，從硬件結(jié)構(gòu)可劃分為A/B兩個(gè)系列（TRAIN），每個(gè)系列又分為完全相同的X和Y兩個(gè)“半”邏輯模塊；從保護(hù)功能可劃分為反應(yīng)堆緊急停堆和專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施兩部分。定期試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證保護(hù)邏輯工作正常，每次試驗(yàn)只在一項(xiàng)功能的一個(gè)邏輯模塊上進(jìn)行。
2 研制的思路
新試驗(yàn)儀的研制劃分為資料收集、設(shè)備研制、試驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)階段。
資料收集階段完成的主要工作有收集整理試驗(yàn)儀應(yīng)采用的標(biāo)準(zhǔn)、原有試驗(yàn)儀的功能、圖紙、反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的圖紙和定期試驗(yàn)要求、嶺澳核電站反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)定期試驗(yàn)儀的PLC軟件、反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)邏輯機(jī)柜的響應(yīng)時(shí)間等，并依據(jù)收集到的資料編制改造可行性分析報(bào)告。
設(shè)備研制階段完成的主要工作有：RPR系統(tǒng)模擬設(shè)備開(kāi)發(fā)，試驗(yàn)儀硬件設(shè)備選型與集成、人機(jī)界面要求與組態(tài)、編制試驗(yàn)軟件、設(shè)備調(diào)試等。
驗(yàn)證階段進(jìn)行的試驗(yàn)有：模擬裝置與原有定期試驗(yàn)儀的連接試驗(yàn)，驗(yàn)證模擬裝置能夠模擬反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的邏輯；模擬裝置與新試驗(yàn)儀的連接試驗(yàn)，驗(yàn)證模擬裝置狀態(tài)相同時(shí)，新試驗(yàn)儀與原有試驗(yàn)儀測(cè)試的結(jié)果相同；新試驗(yàn)儀與實(shí)際的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)連接試驗(yàn)，驗(yàn)證新試驗(yàn)儀與實(shí)際系統(tǒng)的相容性、驗(yàn)證新試驗(yàn)儀與原有試驗(yàn)儀的試驗(yàn)結(jié)果相同。
3 設(shè)計(jì)要求
試驗(yàn)儀用于在任何電廠運(yùn)行條件下對(duì)反應(yīng)堆保護(hù)邏輯進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)的目的是通過(guò)探測(cè)所有的非安全故障，驗(yàn)證邏輯保護(hù)設(shè)備能夠執(zhí)行其保護(hù)功能；探測(cè)所有的安全故障，以保證電廠的可用率。試驗(yàn)范圍應(yīng)該和儀表通道試驗(yàn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)試驗(yàn)部分重疊，以保證對(duì)保護(hù)通道進(jìn)行全面的試驗(yàn)。
試驗(yàn)儀只有在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)才與邏輯保護(hù)設(shè)備連接。根據(jù)需要，試驗(yàn)儀可以在自動(dòng)模式下運(yùn)行也可以在分步模式下進(jìn)行。在分步試驗(yàn)?zāi)Ｊ较?，試?yàn)儀應(yīng)具有驗(yàn)證邏輯圖中間信號(hào)的功能，特別要能驗(yàn)證那些傳送到主控室的中間信號(hào)。
定期試驗(yàn)儀從邏輯模塊的輸入端注入試驗(yàn)信號(hào)，從最終輸出“與”門(mén)的上游接受該邏輯模塊的響應(yīng)信號(hào)；
試驗(yàn)儀的每個(gè)輸入/輸出端都與其它邏輯模塊進(jìn)行電氣隔離，以保證試驗(yàn)儀的故障不會(huì)引起邏輯設(shè)備的安全故障和非安全故障；
試驗(yàn)儀在同一時(shí)間內(nèi)只能與一個(gè)邏輯模塊相連，而且只有試驗(yàn)時(shí)才連接。同一期間內(nèi)，試驗(yàn)儀只能對(duì)停堆X/停堆Y/專(zhuān)設(shè)X/專(zhuān)設(shè)Y四個(gè)邏輯模塊中的一個(gè)邏輯模塊的輸入端注入信號(hào)；
試驗(yàn)儀人機(jī)接口及故障診斷功能，除了能完成原有定期試驗(yàn)正常顯示及報(bào)表、試驗(yàn)故障顯示及報(bào)表的功能外，還要求具備故障診斷功能，能對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析及診斷，能針對(duì)出現(xiàn)的不同故障，在人機(jī)界面及打印報(bào)表上給出相應(yīng)的處理流程、需查閱的圖紙等處理提示信息。
4 試驗(yàn)儀的硬件
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示。
圖1 T2試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
5 試驗(yàn)儀的軟件
5.1 監(jiān)控臺(tái)軟件
在監(jiān)控臺(tái)上運(yùn)行的軟件是采用北京和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司的SmartPro系統(tǒng)的FacView人機(jī)界面軟件，該軟件運(yùn)行在Windows2000操作系統(tǒng)上所實(shí)現(xiàn)的功能包括：
● 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定
● 用戶(hù)管理
● 操作日志
● 試驗(yàn)報(bào)警
● 歷史報(bào)警查詢(xún)
● 通訊鏈路診斷
● 試驗(yàn)過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控
● 歷史報(bào)表查詢(xún)
● 故障診斷
監(jiān)控臺(tái)人機(jī)界面軟件是最直接和最重要的人機(jī)交互界面，支持專(zhuān)用鍵盤(pán)等外部設(shè)備。
5.2 PLC軟件
試驗(yàn)儀的試驗(yàn)主體采用的是Schneider QUANTUM系列PLC，使用Schneider Concept組態(tài)工具，采用符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)編寫(xiě)。由于對(duì)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的定期試驗(yàn)分為緊急停堆和專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施兩部分，軟件也編寫(xiě)為完全獨(dú)立的兩個(gè)，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)先在試驗(yàn)儀上安裝需要的試驗(yàn)軟件。
緊急停堆試驗(yàn)軟件分為預(yù)處理和緊急停堆邏輯驗(yàn)證試驗(yàn)兩部分。預(yù)處理部分的主要功能是，硬件檢測(cè)、通訊檢測(cè)、系統(tǒng)初始化等。緊急停堆邏輯驗(yàn)證試驗(yàn)包括40個(gè)序列，每個(gè)序列含有若干個(gè)步，PLC程序含有13個(gè)模塊，通過(guò)執(zhí)行這些模塊完成試驗(yàn)，這13個(gè)模塊是：
● Cacul-Result-AU 計(jì)算中間變量，用于判斷試驗(yàn)是否成功；
● Mod-Sel-AU 試驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x擇，用于選擇自動(dòng)試驗(yàn)或手動(dòng)試驗(yàn)；
● SeqPas-Sell-AU 設(shè)定初始序列號(hào)和步號(hào)；
● Log-Cnfm-AU 選擇試驗(yàn)邏輯、通道、機(jī)組；
● Sq00-AU 注入00序列，完成注入正式試驗(yàn)信號(hào)的準(zhǔn)備工作；
● XMO-AU 確定試驗(yàn)的序列號(hào)和步號(hào)；
● Seq01-AU～Seq40-AU 注入序列1～40；
● AutoOK-AU 自動(dòng)模式下試驗(yàn)成功后進(jìn)入本模塊；
● StepOK-AU 手動(dòng)模式下試驗(yàn)成功后進(jìn)入本模塊；
● Auto-Reset-AU 自動(dòng)模式下，按下RESET按鈕進(jìn)入本模塊；
● Test-Finish-AU 試驗(yàn)完成后進(jìn)入本模塊；
● Test-Err-AU 試驗(yàn)失敗后進(jìn)入本模塊；
● SR系列 子程序系列。
專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施試驗(yàn)軟件分為預(yù)處理和專(zhuān)設(shè)邏輯驗(yàn)證試驗(yàn)兩部分。預(yù)處理部分的主要功能是，硬件檢測(cè)、通訊檢測(cè)、系統(tǒng)初始化等。專(zhuān)設(shè)邏輯驗(yàn)證試驗(yàn)包括32個(gè)序列，每個(gè)序列含有若干個(gè)步，PLC程序含有13個(gè)模塊，通過(guò)執(zhí)行這些模塊完成試驗(yàn)，這13個(gè)模塊是：
● Cacul-Result-AS 計(jì)算中間變量，用于判斷試驗(yàn)是否成功；
● Mod-Sel-AS 試驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x擇，用于選擇自動(dòng)試驗(yàn)或手動(dòng)試驗(yàn)；
● SeqPas-Sell-AS 設(shè)定初始序列號(hào)和步號(hào)；
● Log-Cnfm-AS 選擇試驗(yàn)邏輯、通道、機(jī)組；
● Sq00-AS 注入00序列，完成注入正式試驗(yàn)信號(hào)的準(zhǔn)備工作；
● XMO-AS 確定試驗(yàn)的序列號(hào)和步號(hào)；
● Seq01-AS～Seq32-AS 注入序列1～32；
● AutoOK-AS 自動(dòng)模式下試驗(yàn)成功后進(jìn)入本模塊；
● StepOK-AS 手動(dòng)模式下試驗(yàn)成功后進(jìn)入本模塊；
● Auto-Reset-AS 自動(dòng)模式下，按下RESET按鈕進(jìn)入本模塊；
● Test-Finish-AS 試驗(yàn)完成后進(jìn)入本模塊；
● Test-Err-AS 試驗(yàn)失敗后進(jìn)入本模塊；
● SR系列 子程序系列。
6 驗(yàn)證方法
為了驗(yàn)證定期試驗(yàn)儀能夠完成設(shè)計(jì)功能，專(zhuān)門(mén)研制了一臺(tái)模擬測(cè)試裝置，該裝置能夠真實(shí)模擬大亞灣保護(hù)系統(tǒng)邏輯，包括設(shè)備正常狀態(tài)和設(shè)備異常狀態(tài)，以確保完整地對(duì)定期試驗(yàn)儀進(jìn)行測(cè)試。
模擬裝置可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
● 模擬滿(mǎn)功率工況下緊急停堆邏輯
● 模擬冷停工況下緊急停堆邏輯
● 模擬熱停工況下緊急停堆邏輯
● 模擬滿(mǎn)功率工況下專(zhuān)設(shè)邏輯
● 模擬冷停工況下專(zhuān)設(shè)邏輯
● 模擬熱停工況下專(zhuān)設(shè)邏輯
● 信號(hào)錄波功能，必要時(shí)詳細(xì)記錄指定的輸入輸出信號(hào)，以便對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析
模擬裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。模擬裝置與試驗(yàn)儀之間通過(guò)接插件001PJ～007PJ連接，其中001PJ～004PJ為試驗(yàn)儀向模擬裝置注入的試驗(yàn)信號(hào)，005PJ～007PJ為從模擬裝置返回的捕獲信號(hào)。
圖2 模擬裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
模擬裝置與原有定期試驗(yàn)儀的連接試驗(yàn)，驗(yàn)證模擬裝置能夠模擬反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的邏輯。試驗(yàn)內(nèi)容有：用模擬裝置模擬正常工況，使用原有試驗(yàn)程序完整的執(zhí)行定期試驗(yàn)，確認(rèn)試驗(yàn)過(guò)程正常、結(jié)果滿(mǎn)意；在模擬裝置內(nèi)設(shè)置局部故障，使用原有試驗(yàn)程序執(zhí)行定期試驗(yàn)，確認(rèn)試驗(yàn)中能檢測(cè)到設(shè)置的故障，并對(duì)重要信號(hào)進(jìn)行錄波，以便對(duì)新試驗(yàn)儀進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)對(duì)重要信號(hào)進(jìn)行對(duì)比。
模擬裝置與新試驗(yàn)儀的連接試驗(yàn)，驗(yàn)證模擬裝置狀態(tài)相同時(shí)，新試驗(yàn)儀與原有試驗(yàn)儀測(cè)試的結(jié)果相同。試驗(yàn)內(nèi)容有：用模擬裝置模擬正常工況，使用新試驗(yàn)儀完整地執(zhí)行定期試驗(yàn)，確認(rèn)試驗(yàn)過(guò)程正常、結(jié)果滿(mǎn)意；采用故障窮舉的思路在模擬裝置內(nèi)設(shè)置故障，使用新試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)試驗(yàn)中能檢測(cè)到設(shè)置的故障，并對(duì)重要信號(hào)進(jìn)行錄波，與原試驗(yàn)儀試驗(yàn)時(shí)的錄波結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
新試驗(yàn)儀與實(shí)際的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)連接試驗(yàn)。在保護(hù)系統(tǒng)停電、機(jī)組冷停、機(jī)組熱停、滿(mǎn)功率等工況下用新試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證新試驗(yàn)儀與實(shí)際系統(tǒng)的相容性、驗(yàn)證新試驗(yàn)儀與原有試驗(yàn)儀的試驗(yàn)結(jié)果的一致性。
7 結(jié)束語(yǔ)
本項(xiàng)目成功地完成100萬(wàn)千瓦級(jí)核電站反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)定期試驗(yàn)儀的研制，在核電重大設(shè)備國(guó)產(chǎn)化方面有邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。在核電安全級(jí)儀表系統(tǒng)定期試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)方面做了有益的嘗試，為核電新項(xiàng)目中相關(guān)設(shè)計(jì)的自主化，設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化創(chuàng)造了條件。
作者信息：
宗文彪，劉新東，崔國(guó)華（大亞灣核電運(yùn)營(yíng)有限公司，廣東 深圳 518124）
柏祥基（北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，北京 100096）
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)