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關(guān)鍵詞：核電站；保護系統(tǒng)；定期試驗儀；研制
宗文彪（1965－）
河北玉田人，高級工程師，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)堆保護系統(tǒng)定期試驗儀是由法國廠家隨保護系統(tǒng)設(shè)備供貨的，已出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)備老化問題，設(shè)備可靠性降低，給試驗和維修工作帶來不便。如果該試驗儀不能正常使用，將給機組可靠運行和核安全帶來隱患。繼續(xù)引進國外設(shè)備不僅價格昂貴、供貨周期長，而且人機界面很難滿足用戶的要求。鑒于這種情況，大亞灣核電運營管理有限責(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儀。新的試驗儀與原有試驗儀相比在設(shè)備可靠性、系統(tǒng)自診斷、人機接口，故障分析等方面都有顯著提高。在2007年5月的機組大修期間已完成了對新試驗儀的所有驗證工作，結(jié)果滿意。
大亞灣核電站的反應(yīng)堆保護系統(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兩個系列（TRAIN），每個系列又分為完全相同的X和Y兩個“半”邏輯模塊；從保護功能可劃分為反應(yīng)堆緊急停堆和專設(shè)安全設(shè)施兩部分。定期試驗的目的是驗證保護邏輯工作正常，每次試驗只在一項功能的一個邏輯模塊上進行。
2 研制的思路
新試驗儀的研制劃分為資料收集、設(shè)備研制、試驗驗證三個階段。
資料收集階段完成的主要工作有收集整理試驗儀應(yīng)采用的標(biāo)準(zhǔn)、原有試驗儀的功能、圖紙、反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的圖紙和定期試驗要求、嶺澳核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)定期試驗儀的PLC軟件、反應(yīng)堆保護系統(tǒng)邏輯機柜的響應(yīng)時間等，并依據(jù)收集到的資料編制改造可行性分析報告。
設(shè)備研制階段完成的主要工作有：RPR系統(tǒng)模擬設(shè)備開發(fā)，試驗儀硬件設(shè)備選型與集成、人機界面要求與組態(tài)、編制試驗軟件、設(shè)備調(diào)試等。
驗證階段進行的試驗有：模擬裝置與原有定期試驗儀的連接試驗，驗證模擬裝置能夠模擬反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的邏輯；模擬裝置與新試驗儀的連接試驗，驗證模擬裝置狀態(tài)相同時，新試驗儀與原有試驗儀測試的結(jié)果相同；新試驗儀與實際的反應(yīng)堆保護系統(tǒng)連接試驗，驗證新試驗儀與實際系統(tǒng)的相容性、驗證新試驗儀與原有試驗儀的試驗結(jié)果相同。
3 設(shè)計要求
試驗儀用于在任何電廠運行條件下對反應(yīng)堆保護邏輯進行試驗，試驗的目的是通過探測所有的非安全故障，驗證邏輯保護設(shè)備能夠執(zhí)行其保護功能；探測所有的安全故障，以保證電廠的可用率。試驗范圍應(yīng)該和儀表通道試驗、執(zhí)行機構(gòu)試驗部分重疊，以保證對保護通道進行全面的試驗。
試驗儀只有在進行試驗時才與邏輯保護設(shè)備連接。根據(jù)需要，試驗儀可以在自動模式下運行也可以在分步模式下進行。在分步試驗?zāi)Ｊ较拢囼瀮x應(yīng)具有驗證邏輯圖中間信號的功能，特別要能驗證那些傳送到主控室的中間信號。
定期試驗儀從邏輯模塊的輸入端注入試驗信號，從最終輸出“與”門的上游接受該邏輯模塊的響應(yīng)信號；
試驗儀的每個輸入/輸出端都與其它邏輯模塊進行電氣隔離，以保證試驗儀的故障不會引起邏輯設(shè)備的安全故障和非安全故障；
試驗儀在同一時間內(nèi)只能與一個邏輯模塊相連，而且只有試驗時才連接。同一期間內(nèi)，試驗儀只能對停堆X/停堆Y/專設(shè)X/專設(shè)Y四個邏輯模塊中的一個邏輯模塊的輸入端注入信號；
試驗儀人機接口及故障診斷功能，除了能完成原有定期試驗正常顯示及報表、試驗故障顯示及報表的功能外，還要求具備故障診斷功能，能對被測系統(tǒng)的故障進行分析及診斷，能針對出現(xiàn)的不同故障，在人機界面及打印報表上給出相應(yīng)的處理流程、需查閱的圖紙等處理提示信息。
4 試驗儀的硬件
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示。
圖1 T2試驗臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
5 試驗儀的軟件
5.1 監(jiān)控臺軟件
在監(jiān)控臺上運行的軟件是采用北京和利時系統(tǒng)工程有限公司的SmartPro系統(tǒng)的FacView人機界面軟件，該軟件運行在Windows2000操作系統(tǒng)上所實現(xiàn)的功能包括：
● 試驗參數(shù)設(shè)定
● 用戶管理
● 操作日志
● 試驗報警
● 歷史報警查詢
● 通訊鏈路診斷
● 試驗過程動態(tài)監(jiān)控
● 歷史報表查詢
● 故障診斷
監(jiān)控臺人機界面軟件是最直接和最重要的人機交互界面，支持專用鍵盤等外部設(shè)備。
5.2 PLC軟件
試驗儀的試驗主體采用的是Schneider QUANTUM系列PLC，使用Schneider Concept組態(tài)工具，采用符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程語言設(shè)計編寫。由于對反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的定期試驗分為緊急停堆和專設(shè)安全設(shè)施兩部分，軟件也編寫為完全獨立的兩個，在進行試驗時先在試驗儀上安裝需要的試驗軟件。
緊急停堆試驗軟件分為預(yù)處理和緊急停堆邏輯驗證試驗兩部分。預(yù)處理部分的主要功能是，硬件檢測、通訊檢測、系統(tǒng)初始化等。緊急停堆邏輯驗證試驗包括40個序列，每個序列含有若干個步，PLC程序含有13個模塊，通過執(zhí)行這些模塊完成試驗，這13個模塊是：
● Cacul-Result-AU 計算中間變量，用于判斷試驗是否成功；
● Mod-Sel-AU 試驗?zāi)Ｊ竭x擇，用于選擇自動試驗或手動試驗；
● SeqPas-Sell-AU 設(shè)定初始序列號和步號；
● Log-Cnfm-AU 選擇試驗邏輯、通道、機組；
● Sq00-AU 注入00序列，完成注入正式試驗信號的準(zhǔn)備工作；
● XMO-AU 確定試驗的序列號和步號；
● Seq01-AU～Seq40-AU 注入序列1～40；
● AutoOK-AU 自動模式下試驗成功后進入本模塊；
● StepOK-AU 手動模式下試驗成功后進入本模塊；
● Auto-Reset-AU 自動模式下，按下RESET按鈕進入本模塊；
● Test-Finish-AU 試驗完成后進入本模塊；
● Test-Err-AU 試驗失敗后進入本模塊；
● SR系列 子程序系列。
專設(shè)安全設(shè)施試驗軟件分為預(yù)處理和專設(shè)邏輯驗證試驗兩部分。預(yù)處理部分的主要功能是，硬件檢測、通訊檢測、系統(tǒng)初始化等。專設(shè)邏輯驗證試驗包括32個序列，每個序列含有若干個步，PLC程序含有13個模塊，通過執(zhí)行這些模塊完成試驗，這13個模塊是：
● Cacul-Result-AS 計算中間變量，用于判斷試驗是否成功；
● Mod-Sel-AS 試驗?zāi)Ｊ竭x擇，用于選擇自動試驗或手動試驗；
● SeqPas-Sell-AS 設(shè)定初始序列號和步號；
● Log-Cnfm-AS 選擇試驗邏輯、通道、機組；
● Sq00-AS 注入00序列，完成注入正式試驗信號的準(zhǔn)備工作；
● XMO-AS 確定試驗的序列號和步號；
● Seq01-AS～Seq32-AS 注入序列1～32；
● AutoOK-AS 自動模式下試驗成功后進入本模塊；
● StepOK-AS 手動模式下試驗成功后進入本模塊；
● Auto-Reset-AS 自動模式下，按下RESET按鈕進入本模塊；
● Test-Finish-AS 試驗完成后進入本模塊；
● Test-Err-AS 試驗失敗后進入本模塊；
● SR系列 子程序系列。
6 驗證方法
為了驗證定期試驗儀能夠完成設(shè)計功能，專門研制了一臺模擬測試裝置，該裝置能夠真實模擬大亞灣保護系統(tǒng)邏輯，包括設(shè)備正常狀態(tài)和設(shè)備異常狀態(tài)，以確保完整地對定期試驗儀進行測試。
模擬裝置可以實現(xiàn)以下功能：
● 模擬滿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
● 模擬滿功率工況下專設(shè)邏輯
● 模擬冷停工況下專設(shè)邏輯
● 模擬熱停工況下專設(shè)邏輯
● 信號錄波功能，必要時詳細(xì)記錄指定的輸入輸出信號，以便對試驗結(jié)果進行深入分析
模擬裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。模擬裝置與試驗儀之間通過接插件001PJ～007PJ連接，其中001PJ～004PJ為試驗儀向模擬裝置注入的試驗信號，005PJ～007PJ為從模擬裝置返回的捕獲信號。
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儀的連接試驗，驗證模擬裝置能夠模擬反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的邏輯。試驗內(nèi)容有：用模擬裝置模擬正常工況，使用原有試驗程序完整的執(zhí)行定期試驗，確認(rèn)試驗過程正常、結(jié)果滿意；在模擬裝置內(nèi)設(shè)置局部故障，使用原有試驗程序執(zhí)行定期試驗，確認(rèn)試驗中能檢測到設(shè)置的故障，并對重要信號進行錄波，以便對新試驗儀進行驗證時對重要信號進行對比。
模擬裝置與新試驗儀的連接試驗，驗證模擬裝置狀態(tài)相同時，新試驗儀與原有試驗儀測試的結(jié)果相同。試驗內(nèi)容有：用模擬裝置模擬正常工況，使用新試驗儀完整地執(zhí)行定期試驗，確認(rèn)試驗過程正常、結(jié)果滿意；采用故障窮舉的思路在模擬裝置內(nèi)設(shè)置故障，使用新試驗儀進行試驗，確認(rèn)試驗中能檢測到設(shè)置的故障，并對重要信號進行錄波，與原試驗儀試驗時的錄波結(jié)果進行對比。
新試驗儀與實際的反應(yīng)堆保護系統(tǒng)連接試驗。在保護系統(tǒng)停電、機組冷停、機組熱停、滿功率等工況下用新試驗儀進行試驗，驗證新試驗儀與實際系統(tǒng)的相容性、驗證新試驗儀與原有試驗儀的試驗結(jié)果的一致性。
7 結(jié)束語
本項目成功地完成100萬千瓦級核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)定期試驗儀的研制，在核電重大設(shè)備國產(chǎn)化方面有邁出了堅實的一步。在核電安全級儀表系統(tǒng)定期試驗與監(jiān)測方面做了有益的嘗試，為核電新項目中相關(guān)設(shè)計的自主化，設(shè)備的國產(chǎn)化創(chuàng)造了條件。
作者信息：
宗文彪，劉新東，崔國華（大亞灣核電運營有限公司，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：11010802023656號