王峰華，古 藝，朱介文，虞曉斌，唐哲偉，姚海飛

(1.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；2.上海寶信軟件股份有限公司海鹽分公司，浙江 海鹽 314300)

1 原旁路排放系統(tǒng)概述

主蒸汽旁路排放系統(tǒng)是一套與汽輪機并聯(lián)的蒸汽減溫減壓系統(tǒng)，主要由蒸汽管路、閥門、執(zhí)行機構(gòu)及其與之相關(guān)的控制系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)維持電站在甩較大負(fù)荷的一回路與二回路之間的功率平衡，起緩沖調(diào)節(jié)作用，能承受70%額定排放量，共1400 t/h，每只旁排閥的排放量為350 t/h。系統(tǒng)控制母管壓力及一回路平均溫度、反應(yīng)堆停堆排熱、甩負(fù)荷，母管壓力調(diào)節(jié)壓力。

控制系統(tǒng)控制四只旁排閥及四只相應(yīng)噴淋閥的開度，旁排閥聯(lián)鎖噴淋閥開關(guān)，旁排閥動作由兩臺油泵提供系統(tǒng)油壓,將蒸汽直接排入冷凝器。供油系統(tǒng)由兩臺液壓供油裝置、兩個油泵控制箱、旁排油、油路連接部件組成。

主蒸汽旁路排放控制系統(tǒng)是瑞士蘇爾壽公司的AV6控制系統(tǒng)，對機組運行的經(jīng)濟性和安全性起重要作用，其性能的好壞直接影響秦山核電廠1號機組的安全穩(wěn)定運行。

2 改造原因

秦山核電廠1號機組主蒸汽旁路排放系統(tǒng)于1991年投運。系統(tǒng)自投運以來，工作穩(wěn)定，為核電站的安全可靠運行發(fā)揮了積極作用，但是系統(tǒng)投運至今已超過了26年，遠遠超過常規(guī)的設(shè)計基準(zhǔn)壽命，原系統(tǒng)處理能力、穩(wěn)定性等性能已不滿足長時間運行的技術(shù)要求，存在的問題如下：

1)系統(tǒng)屬于80年代產(chǎn)品，ST伺服閥、OV32液壓油站以及AV6控制系統(tǒng)年代久遠，許多設(shè)備已停產(chǎn)，控制系統(tǒng)技術(shù)落后；

2)重要控制功能內(nèi)部參數(shù)只能查看并微調(diào)，軟件無法進行大幅度修改，軟件開放性差，不利于系統(tǒng)維護；

3)伺服閥對油質(zhì)的要求非常高，對雜質(zhì)非常敏感，內(nèi)泄漏增加，導(dǎo)致油站頻繁啟動，油站負(fù)擔(dān)大。

3 系統(tǒng)設(shè)計要求

旁路排放控制系統(tǒng)改造遵守以下總體設(shè)計要求：

1)整個系統(tǒng)的主要部件采用冗余配置和診斷至模塊級的自診斷功能，系統(tǒng)被任一部分發(fā)生可信故障，均不影響整個系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)可利用率>99.9%；

2)系統(tǒng)具有功能上和實體上的模塊化設(shè)計，允許替換和更新，每個模塊可以在線維護，支持熱插拔；

3)反正形態(tài)故障引起電廠非計劃停堆，控制系統(tǒng)完全冗余配置，一旦模塊出現(xiàn)故障，自動并無擾快讀切換到備用控制系統(tǒng)，并在觸摸屏上報警告知；

4)系統(tǒng)中的各CPU負(fù)荷：正常工況<40%，峰值工況<50%，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信平均負(fù)荷：以太網(wǎng)正常工況<15%，峰值工況<20%；

5)系統(tǒng)具備開放式的網(wǎng)絡(luò)、通信接口機相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)與核電廠其他計算機系統(tǒng)和核電廠局域網(wǎng)的連接和通信。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

旁路排放控制系統(tǒng)改造是對整個系統(tǒng)進行改造更換，項目采用IMI公司的AV6+系統(tǒng)作為系統(tǒng)平臺，包括控制系統(tǒng)和供油裝置。控制系統(tǒng)改造包括AV6系統(tǒng)控制機柜升級為AV6+控制機柜、就地設(shè)備升級、電纜全部更換。而供油裝置改造將原有的OV32油站更換成HV油站，包括更換各連接油管、管件、球閥、高壓軟管。

4.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的主要功能是控制現(xiàn)場4個旁排閥及4個噴淋閥，達到及時排汽的作用。四只旁排閥采用順序方式工作，即在調(diào)節(jié)開啟時，四只旁排閥依次開啟，將蒸汽直接排入冷凝器。每只旁排閥均具有快速開啟和快速關(guān)閉的功能，按照控制系統(tǒng)的指令，快速開啟或關(guān)閉。

AV6+控制機柜共1個機柜，配置雙冗余電源，是由C通道儀表電源I段和C通道儀表電源II段供電，并通過220 V AC電源轉(zhuǎn)到24 V DC冗余電源給卡件供電。系統(tǒng)配置2套冗余Modicon TSX Quantum的PLC，具備旁路排放控制系統(tǒng)的控制邏輯。每套PLC的配置如下：電源(CPS214卡)、主站適配器(CRP931卡)、CPU卡(CPU671卡)、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模塊(NOE771)。其他還包含AI/AO/DI/DO卡(AI040、AO130、DI353、DO353卡)、從站適配器(CRA931卡)、定位器卡(PVR10eP卡)。控制系統(tǒng)機柜卡件模塊如圖1所示。

圖1 旁排控制柜卡件模塊Fig.1 The card modules in the bypass discharge control cabinet

AV6+控制系統(tǒng)PLC的主要特點：

1)完善的系統(tǒng)可靠性設(shè)計：電源、通訊等均可以進行冗余，還可以根據(jù)需要對系統(tǒng)進行熱備，故障時自動切換；

2)靈活的體系結(jié)構(gòu)：可以自由配置本地I/O、遠程I/O、分布式I/O及現(xiàn)場總線等多種體系結(jié)構(gòu)，也可以進行混合配置；

3)使用簡便：所有模板均支持熱插拔，可以在線更換。

此系列PLC是具有強大處理能力的大型控制系統(tǒng)，可以滿足大部分離散和過程控制的經(jīng)濟和靈活的硬件控制平臺，與原系統(tǒng)相比，AV6+的PLC具有如下特點:體積小、輸出故障預(yù)制功能、先進的模擬量控制技術(shù)、可靠的數(shù)字技術(shù)、靈活的背板、開放式軟件解決方案等特點。

4.2 就地設(shè)備升級

原旁路排放控制系統(tǒng)就地設(shè)備主要為4只旁排閥、4只噴淋閥以及相關(guān)驅(qū)動機構(gòu)，旁排閥的驅(qū)動機構(gòu)有閉鎖裝置BL10、伺服閥ST10、快速裝置SSB10、閥位變送器SG11，噴淋閥的驅(qū)動機構(gòu)有伺服閥ST10、閥位變送器SG11。

新系統(tǒng)的就地設(shè)備升級，對所有驅(qū)動機構(gòu)進行升級。升級的驅(qū)動機構(gòu)如下：

1)伺服閥升級為比例閥。閥位控制比例閥與閉鎖裝置成一體化。比例閥PV6為IMI/SULZER標(biāo)準(zhǔn)的液壓控制裝置，比例閥的功能與伺服閥的功能基本相同，但更加可靠，配置相應(yīng)的PVR智能型數(shù)字定位器，采用專用的智能化程度更高的PASO軟件，對比例閥的參數(shù)設(shè)定、調(diào)整和功能測試將更加方便。原理具體見圖2。

圖2 比例閥原理圖Fig.2 Theschematic of the proportional valve

2)快開和快關(guān)的液壓裝置SSB10升級新的型號SSB16。安全控制系統(tǒng)主要由安全控制單元(SSB)、蓄能器連接塊(SB)、備用蓄能器(ZS)三部分組成。安全控制單元的核心主要由兩個可控式止回閥構(gòu)成，在正常情況下蓄能器到執(zhí)行機構(gòu)和回到油缸的油路處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)該系統(tǒng)運行時，觸發(fā)2位3通電磁閥打開那兩個可控式止回閥，油路被打開以實現(xiàn)閥門的快速動作。即使在供壓系統(tǒng)失效的情況下，安全控制單元SSB仍然可以保證執(zhí)行裝置運行到預(yù)定的終端位置。備用蓄能器可以根據(jù)需要為安全控制單元提供一次或者多次行程的動力。動作原理見圖3。

圖3 SSB動作原理圖Fig.3 Theschematic of SSB action

3)閥位反饋裝置RSG11+4K升級為SG16+4K。新型的閥位反饋配有4～20 mA模擬量輸出單元和4副SPDT開關(guān)量觸點輸出單元，可以實現(xiàn)4～20 mA反饋和限位開關(guān)的輸出到控制系統(tǒng)。新閥位反饋裝置的優(yōu)點：調(diào)試簡單，通過零點和量程2個按鈕輕輕按2次即可實現(xiàn)0%和100%閥位反饋調(diào)整，輸出精度<0.5%，而且無需設(shè)置閥位偏置，消除了老式的電位計反饋輸出的拐點現(xiàn)象。

因此升級后的旁排閥及相關(guān)驅(qū)動機構(gòu)比原先更加可靠。

4.3 油站控制

油站控制分為就地供油裝置及油泵控制系統(tǒng)。

旁排控制系統(tǒng)由供油裝置提供閥門動作油壓，使旁排閥和噴淋閥能正常動作，保證旁排控制系統(tǒng)正常運作。

供油裝置的油泵正常啟停主要是靠油泵控制系統(tǒng)控制，而油泵控制系統(tǒng)通過壓力傳感器、溫度傳感器和液位傳感器對液壓動力單元予以監(jiān)控，也可用于啟動控制設(shè)備以及蓄能器充油閥、主泵電機、過濾泵電機和冷卻風(fēng)機電機以及加熱器。

供油裝置的主要功能是提供控制系統(tǒng)所需要的液壓油及壓力，同時保持液壓油的正常理化特性和運行特性。它由油箱、油泵、控制塊、濾油器、磁性過濾器、溢流閥、蓄能器、冷油器、EH端子箱和一些對油壓、油溫、油位的報警、指示和控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備以及一套自循環(huán)濾油冷卻系統(tǒng)所組成。

新型的HV油站代替原OV32B油站，與原油站相比，新油站具備以下優(yōu)點：

1)自成獨立的供油系統(tǒng)，控制可以在就地控制箱內(nèi)的PLC實現(xiàn)，也可以選擇在DCS內(nèi)實現(xiàn)；

2)系統(tǒng)配置2臺冗余油站，每臺油站上配有兩臺主泵和馬達,一套工作和一套備用，自動定時切換兩臺油泵，以保證油泵壽命，油壓太低,兩臺泵同時起動,直至建立正常壓力；

3)配置獨立的油過濾器、空氣式冷卻器。

5 系統(tǒng)軟件

旁路排放控制AV6+系統(tǒng)采用Concept 軟件進行編程。Concept 提供了模擬量處理、標(biāo)準(zhǔn)及串級 PID 調(diào)節(jié)、PID 整定、函數(shù)發(fā)生器等多種回路調(diào)節(jié)功能，可使用功能塊圖編程，還可選擇高級語言進行數(shù)學(xué)復(fù)雜算法。針對特定應(yīng)用自定義功能塊并反復(fù)使用，支持功能塊嵌套，可與梯形圖、順序功能圖、指令列表和結(jié)構(gòu)化文本組合使用。此外，Modbus Plus及32位TCP/IP 仿真器支持用戶程序及監(jiān)控軟件的離線開發(fā)及調(diào)試。

專業(yè)筆記本電腦可通過Concept軟件，可以進行PLC控制器的內(nèi)核程序的更改，I/O Map的配置，組態(tài)和上傳與下載程序。還可以在程序運行時，對程序和過程變量進行動態(tài)監(jiān)控。不同的連接級別，可以保證即使在系統(tǒng)正常運行時，也可以選擇較低權(quán)限連接保證程序和參數(shù)不會被修改。

6 設(shè)計特點

設(shè)計改進是旁路排放控制系統(tǒng)的的一個重大特色，其中包含了許多硬件性能特點及軟件性能特點，為系統(tǒng)設(shè)備的安全可靠提供有力的保障，具有代表性的特點如下：

1)觸摸屏代替按鈕：LCD觸摸屏作為人機接口，直接安裝在主控室操作盤上,采用了閃存內(nèi)存(CF卡)，不需要后備電池保存數(shù)據(jù)，與AV6+系統(tǒng)的通信采用二線制的MODBUS(RTU聯(lián)結(jié))。主要功能是為主控操作員提供旁排閥、噴淋閥的狀態(tài)顯示、各種重要參數(shù)的數(shù)顯功能、系統(tǒng)報警信息，還可以設(shè)置控制系統(tǒng)參數(shù)，并對系統(tǒng)進行手自動切換、壓力模式/溫度模式切換等。

2)PLC冗余設(shè)計:系統(tǒng)配置2套冗余PLC,進一步提高系統(tǒng)的可靠性，避免主PLC相關(guān)模塊出現(xiàn)故障導(dǎo)致系統(tǒng)不可用，同時可以幫助維修人員實現(xiàn)在線維護，及時更換故障模塊。

3)修改參數(shù)方式：PLC冗余設(shè)計是在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進一步提高系統(tǒng)的可靠性，避免主PLC相關(guān)模塊出現(xiàn)故障導(dǎo)致系統(tǒng)不可用，同時可以幫助維修人員實現(xiàn)在線維護，及時更換故障模塊A6+采用PLC系列，通過專業(yè)筆記本電腦連接CPU，對內(nèi)部組態(tài)進行查看并修改，還可以設(shè)置旁排系統(tǒng)的重要參數(shù)。同時還可以通過專業(yè)筆記本電腦連接PVR10eP卡，對4個旁排閥、4個噴淋閥進行參數(shù)設(shè)置，并對反饋信號進行對比設(shè)置。

4)比例閥替換伺服閥：原系統(tǒng)伺服閥對油質(zhì)的要求非常高，對雜質(zhì)非常敏感，內(nèi)部泄漏，造成系統(tǒng)油壓下降快，旁排油泵頻繁啟停，油站的使用壽命下降。而比例閥對油質(zhì)的要求不高，不會對系統(tǒng)油壓造成很大的影響，因此由比例閥替換伺服閥。

5)信號外送：為了提高系統(tǒng)參數(shù)的直觀性，為了提高系統(tǒng)的故障判定準(zhǔn)確性,旁排系統(tǒng)及油站信號外送至電站計算機系統(tǒng)，可在電站計算機系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)中查詢旁排控制系統(tǒng)相關(guān)信號信息。方便了主控室操作員監(jiān)視旁排信號，同時也為后續(xù)問題分析提供有力的證據(jù)。

7 結(jié) 論

主蒸汽旁路排放控制系統(tǒng)于2018年秦山核電廠1號機組第18次大修期間完成了更新改造，并處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。改造突破了原系統(tǒng)的技術(shù)限制條件，解決了技術(shù)落后、設(shè)備老化、備件不足等問題，并利用最新計算機和自動化技術(shù)對系統(tǒng)進行升級開發(fā)，對原系統(tǒng)功能實施升級，特別是觸摸屏顯示、PLC冗余配置、參數(shù)修改方式簡單化、比例閥替換伺服閥、信號外送計算機等新功能引入使得整個系統(tǒng)在穩(wěn)定性、可擴展性以及人機交互性等方面均得到全面改善，滿足改造的預(yù)期目標(biāo)。