林裕海
(中廣核核電運營有限公司,廣東 深圳 518124)
核電廠汽輪機進汽閥門多次發(fā)生由于跳機電磁閥供電卡件故障導致閥門異常關(guān)閉,本文根據(jù)核電廠的汽輪機閥門控制原理,板件設(shè)計,以及目前板件存在的缺陷進行論述,并提出優(yōu)化方案。
核電廠汽輪機由1個高壓缸、2個低壓缸和8路進氣管線組成。每路進氣管路上有1個GRE調(diào)節(jié)閥和1個GSE截止閥。其中GRE調(diào)節(jié)閥控制回路有2個跳機電磁閥和1個伺服閥,正常運行時跳機電磁閥得電勵磁,截斷高壓液壓油回油,由伺服閥調(diào)節(jié)高壓液壓油來控制閥門開度,響應(yīng)汽機負荷的變化;GSE截止閥有2個跳機電磁閥和1個開關(guān)電磁閥,正常運行時跳機電磁閥得電勵磁,開關(guān)電磁閥失電通過高壓液壓油,將截止閥開啟。因此閥門上的跳機電磁閥主要作用是響應(yīng)汽機的危急保護,任一跳機電磁閥失電該閥門將快速關(guān)閉。電磁閥供電由機柜兩塊SIM326卡件進行供電,邏輯控制觸發(fā)跳機電磁閥控制指令時,將通過兩個互為冗余的卡共同驅(qū)動閥門的開啟和關(guān)閉。兩塊卡的指令輸出端接入穩(wěn)壓端子排的同一個端子,通過穩(wěn)壓端子排將指令送就地閥門本體的BC接線端子盒,再轉(zhuǎn)接至就地跳機電磁閥控制線圈。跳機電磁閥供電卡件是西門子SIM326DO輸出卡,當fail safe邏輯控制觸發(fā)跳機電磁閥控制指令時,將通過兩個互為冗余的卡共同驅(qū)動閥門的開啟和關(guān)閉。兩塊卡的指令輸出端接入穩(wěn)壓端子排的同一個端子,通過穩(wěn)壓端子排將指令送就地閥門本體的BC接線端子盒,再轉(zhuǎn)接至就地跳機電磁閥控制線圈,電磁閥供電接線圖如圖1所示:
圖1 電磁閥供電簡圖
當有跳機信號時或者操作員在畫面上手動點擊跳機電磁閥關(guān)閉指令A-OFF時,跳機電磁閥失電,閥門快速關(guān)閉。跳機電磁閥關(guān)閉的同時會將觸發(fā)開關(guān)電磁閥帶電指令,并且電磁閥的開關(guān)指令將送fail safe邏輯,最終驅(qū)動卡件通過硬接線輸出24V電壓控制電磁閥。
SIM326安全故障型卡件是用于DO輸出,每個板件具有10個24V/2A開關(guān)量輸出通道,可以單個使用也可以冗余使用。在核電廠現(xiàn)場DO輸出都是冗余使用。當信號通道指令為1時,Output driver信號放大器將指令信號放大,通過24端子輸出24V電壓控制就地電磁閥。為了防止冗余通道電壓逆流傳入卡件通道,24端子帶防逆流二級管。兩卡件電氣原理圖如下:
圖2 卡件接線原理圖
圖3 為卡件集成電路
圖2 中紅框的二極管為雙向瞬變電壓抑制二極管,是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。當TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時,它能以極高的速度(最高達1*10-12秒)使其阻抗驟然降低,同時吸收一個大電流,將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數(shù)值上,從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。
由圖3可看出:在目前的連接方式中,當JXK元器件處于短路失效狀態(tài)時,兩路功率輸出器件L6370D器件輸出信號都經(jīng)過JXK器件至地,使兩路輸出同時失效。從該種失效模式來看,兩個板件沒有實現(xiàn)完全的冗余功能。任意一個JXK器件短路,都會使輸出通道失效,降低了DO通道安全性能。
由上可見,卡件在以下情況是可以實現(xiàn)冗余:在單個卡件故障、失去供電,或卡件信號通道非公共部分斷線時,兩個卡件對應(yīng)卡件可以構(gòu)成冗余。
在以下條件時,卡件失去冗余功能:
①兩個卡件對應(yīng)信號通道的公共部分存在接地或斷線,導致兩路信號電壓輸出同時失去;于兩個卡件對應(yīng)信號通道的公共部分存在斷線,導致兩路信號的輸出均無法構(gòu)成電流回路;③兩個卡件對應(yīng)信號通道的如下單獨部分存在接地,因為回路并接導致兩路信號電壓輸出同時失去;④兩個卡件對應(yīng)信號通道中的某一個存在內(nèi)部故障,導致并接的兩路信號電壓輸出同時失去。
板件設(shè)計優(yōu)化一:作為安全保護器件失效不應(yīng)該影響板件基本功能,建議在電壓瞬態(tài)抑制二極管串聯(lián)上串聯(lián)自恢復保險作為保護,如圖4所示,當二極管短路時,自恢復保險處于熔斷狀態(tài),不影響DO通道的輸出功能。由于保險有一定的內(nèi)阻,會影響到電壓瞬態(tài)抑制二極管的電壓吸收效果,需在此設(shè)計時平衡。
圖4 板件輸出電路參考圖
板件設(shè)計優(yōu)化二:兩個通道并聯(lián)的目的是為了提高通道安全性能,原電路設(shè)計卻降低了通道的安全性。建議在下游電路中增加D6,D7單向?qū)ǘO管(圖5紅框),如圖5所示,實現(xiàn)單個板件短路故障時,下游負載仍然可以正常工作,實現(xiàn)真正意義上的冗余,提高輸出通道的可靠性。
圖5 電路連接參考圖
通過上述內(nèi)容可知,優(yōu)化方案可以基本解決現(xiàn)在跳機電磁閥供電卡件設(shè)計存在的缺陷,同時盡可能的減少對現(xiàn)場設(shè)備的改造工作,最終可以實現(xiàn)提高核電廠汽輪機閥門跳機電磁閥供電DO卡冗余的可靠性,減少對設(shè)備的非必要損傷。