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    數(shù)字化儀控通道響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    2015-04-01 01:02:30周葉翔田亞杰李公杰劉光明
    自動(dòng)化儀表 2015年11期
    關(guān)鍵詞:卡件示波器機(jī)柜

    梁 玲 周葉翔 田亞杰 李公杰 劉光明

    (深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司,廣東 深圳 518172)

    0 引言

    核電廠保護(hù)系統(tǒng)定期試驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證從儀表采集至執(zhí)行結(jié)構(gòu)各環(huán)節(jié)的功能有效性,設(shè)計(jì)方法取決于安全級(jí)DCS 的技術(shù)平臺(tái)類型及結(jié)構(gòu)特征。工程上總體將定期試驗(yàn)劃分為針對(duì)模擬繼電器式儀控平臺(tái)建立的定期試驗(yàn)和針對(duì)數(shù)字化儀控平臺(tái)建立的定期試驗(yàn)。目前新建核電廠已普遍應(yīng)用數(shù)字化儀控平臺(tái),針對(duì)數(shù)字化儀控平臺(tái)的定期試驗(yàn)設(shè)計(jì)法律法規(guī)也逐步完善。

    在各大標(biāo)準(zhǔn)體系中,對(duì)核電廠安全級(jí)系統(tǒng)平臺(tái)的監(jiān)視及功能驗(yàn)證,通過定期試驗(yàn)與系統(tǒng)的自診斷功能共同實(shí)現(xiàn),而安全系統(tǒng)定期試驗(yàn)的范圍可包括功能試驗(yàn)和檢查、正確校準(zhǔn)的驗(yàn)證和響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)。

    1 標(biāo)準(zhǔn)要求

    標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5204 -2008《核電廠安全系統(tǒng)定期試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)》[1]中要求,“安全系統(tǒng)的定期試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)是為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的系統(tǒng)可用性,應(yīng)注意探測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否處在規(guī)定的限制之內(nèi)。規(guī)定的限制是最低的性能要求,例如響應(yīng)時(shí)間、整定值準(zhǔn)確度,以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)規(guī)定的其他性能要求。”

    標(biāo)準(zhǔn)IEC -60671 -2007 (Nuclear power plants -Instrumentation and control systems important to safety -Surveillance testing)[2]中也明確響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)是安全系統(tǒng)定期試驗(yàn)中重要的組成部分。

    針對(duì)定期試驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求,在役核電廠總體上設(shè)計(jì)了相互重疊的T1、T2、T3試驗(yàn)。范圍上,T1、T2、T3試驗(yàn)總體上能夠覆蓋完整的安全系統(tǒng)數(shù)字化平臺(tái)的通道;功能上,T1、T2、T3試驗(yàn)?zāi)軌蝌?yàn)證數(shù)據(jù)采集(如參數(shù)采集的正確性)、儀控系統(tǒng)功能(如定值比較、邏輯退化等)、系統(tǒng)之間的連接及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作(如閥門開關(guān)、動(dòng)作計(jì)時(shí)等),但不能直接驗(yàn)證這個(gè)試驗(yàn)體系對(duì)響應(yīng)時(shí)間的性能。響應(yīng)時(shí)間作為安全系統(tǒng)數(shù)字化儀控平臺(tái)的一項(xiàng)關(guān)鍵性能參數(shù),性能的測(cè)試與保證的要求是明確的,但是針對(duì)該項(xiàng)性能是否需要做定期試驗(yàn),針對(duì)不同的數(shù)字化平臺(tái)及相關(guān)自診斷功能的具體設(shè)計(jì)的區(qū)別也出現(xiàn)差異。特別是早期基于數(shù)字化儀控平臺(tái)定期試驗(yàn)中,并未包含數(shù)字化儀控通道的響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)。

    2 通道響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)

    2.1 試驗(yàn)必要性

    當(dāng)前常見的安全級(jí)數(shù)字化儀控平臺(tái)的自診斷功能,并不能直接驗(yàn)證響應(yīng)時(shí)間的性能指標(biāo)是否保持不變,但某些安全級(jí)DCS 平臺(tái)數(shù)字化儀控通道構(gòu)成簡(jiǎn)單,主要的響應(yīng)時(shí)間構(gòu)成來自明確的幾個(gè)環(huán)節(jié),如CPU等。通過對(duì)這些環(huán)節(jié)的定量分析標(biāo)準(zhǔn)能夠高可信度地判斷整個(gè)數(shù)字化通道的響應(yīng)時(shí)間滿足安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求?;谶@樣的定量分析,最終在設(shè)備調(diào)試驗(yàn)證響應(yīng)時(shí)間性能與定量分析結(jié)果保持一致,且具有較大的性能冗余,最終確定針對(duì)這樣的數(shù)字化平臺(tái)可不要求定期開展響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)。但是,一方面定量分析本身存在一定的不確定因素,比如環(huán)境溫度對(duì)響應(yīng)時(shí)間性能的影響測(cè)定;另一方面并非所有數(shù)字化儀控平臺(tái)都能夠完整可信地證明響應(yīng)時(shí)間性能可靠性。因此,在后續(xù)二代加及三代核電廠的安全級(jí)DCS 平臺(tái)設(shè)計(jì)中,更傾向于增加響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

    2.2 試驗(yàn)要求

    核電廠完整的響應(yīng)時(shí)間測(cè)量包括從敏感元件到被驅(qū)動(dòng)設(shè)備整個(gè)通道的試驗(yàn)。本文重點(diǎn)探討數(shù)字化儀控系統(tǒng)平臺(tái)的響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn),圖1 示意該響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)的范圍,并給出T1、T2、T3的試驗(yàn)范圍作為比對(duì)參考。

    圖1 響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)檢測(cè)范圍Fig.1 The detection scope of response time periodic test

    響應(yīng)時(shí)間測(cè)量若一次不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)通道的試驗(yàn),可以對(duì)通道進(jìn)行合理分隔,分別測(cè)量分離部分的響應(yīng)時(shí)間。分離部分之間保持重疊,或者分離之間有自診斷功能覆蓋,且自診斷部分的響應(yīng)時(shí)間對(duì)于整個(gè)通道的響應(yīng)時(shí)間貢獻(xiàn)較小。在確定一個(gè)系統(tǒng)的總響應(yīng)時(shí)間時(shí),可適當(dāng)?shù)睾雎韵啾确蛛x部分響應(yīng)時(shí)間低于一個(gè)或以上數(shù)量級(jí)的部分。在具體執(zhí)行數(shù)字化儀控通道響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)時(shí),需滿足如下具體的要求。

    (1)如功能試驗(yàn),校準(zhǔn)檢查或其他試驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證了安全系統(tǒng)的通道響應(yīng)時(shí)間性能,那么相關(guān)設(shè)備可不做響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)。

    (2)為了確定整個(gè)響應(yīng)時(shí)間,必須同時(shí)記錄輸入和輸出狀態(tài)。試驗(yàn)輸入應(yīng)能可靠觸發(fā)定值比較,以觸發(fā)完全脫扣指令。

    (3)如果保護(hù)脫扣功能由兩個(gè)或兩個(gè)以上變量觸發(fā)動(dòng)作,通道的響應(yīng)時(shí)間必須用每個(gè)變量產(chǎn)生的脫扣動(dòng)作來檢驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí),其余變量的試驗(yàn)信號(hào)必須設(shè)置在它們的預(yù)期運(yùn)行范圍內(nèi),使試驗(yàn)產(chǎn)生保守的試驗(yàn)結(jié)果。

    (4)如電站運(yùn)行期間不能開展響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn),可在停堆換料期間開展。

    3 通道響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)方案分析

    3.1 試驗(yàn)路徑說明

    根據(jù)數(shù)字化儀控系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)范圍,結(jié)合MELTAC -N Plus R3 DCS 平臺(tái)特性,信號(hào)通過信號(hào)采集接口機(jī)柜RPC 的輸入卡件AI 卡注入,經(jīng)過專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)機(jī)柜ESFAC、安全邏輯處理機(jī)柜SLC,最終由SLC 機(jī)柜的輸出卡件PIF 卡輸出到專設(shè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)計(jì)時(shí)路徑如下。

    停堆功能:RPC AI 卡件—RPC CPU—DO 卡件;

    專設(shè)功能:RPC AI 卡件—RPC CPU—ESFAC CPU—SLC CPU—PIF 卡件。

    3.2 傳統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試方法

    ①停堆功能響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)方法。通過試驗(yàn)路徑可以看出,停堆功能響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)所需信號(hào)都在RPC機(jī)柜所在房間。試驗(yàn)時(shí),只需將AI 卡件輸入端子和DO 卡件輸出端子連接到試驗(yàn)端子上,然后再分別連接到信號(hào)仿真器和示波器,即可進(jìn)行響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)。本文重點(diǎn)分析專設(shè)功能響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)方法。

    ②專設(shè)功能響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)方法。試驗(yàn)時(shí),將RPC機(jī)柜的AI 卡輸入端子和SLC 機(jī)柜的PIF 卡輸出端子分別連接到試驗(yàn)端子上,信號(hào)仿真器放在RPC 機(jī)柜所在房間,示波器放在SLC 機(jī)柜所在房間。仿真信號(hào)注入到AI 卡時(shí),通過隔離分配將仿真信號(hào)同時(shí)送到示波器作為計(jì)時(shí)開始信號(hào),仿真信號(hào)經(jīng)RPC、ESFAC、SLC邏輯處理后經(jīng)PIF 卡輸出,該輸出信號(hào)送示波器作為計(jì)時(shí)結(jié)束信號(hào)。傳統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)接線如圖2 所示。

    在DCS 出廠前及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試期間,該測(cè)試方法可行。但是電站投運(yùn)后,根據(jù)DCS 機(jī)柜廠房布置,RPC機(jī)柜與SLC 機(jī)柜布置在不同的樓層,需敷設(shè)跨樓層的試驗(yàn)電纜。在電纜敷設(shè)接近超容的情況下,增加試驗(yàn)電纜存在一定的難度。因該項(xiàng)試驗(yàn)在停堆換料期間開展,大修時(shí)間窗口緊張,按傳統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試方法開展定期試驗(yàn)將嚴(yán)重影響大修進(jìn)度。

    圖2 傳統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)接線示意圖Fig.2 Wirings of the traditional response time test

    3.3 響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)方案

    為更好地解決傳統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試方法中存在的上述問題,下面以MELTAC-N Plus R3 DCS 平臺(tái)為例詳細(xì)闡述響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)方案。

    響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)接線示意圖如圖3 所示。

    圖3 響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)接線示意圖Fig.3 Wirings of response time test

    RPC 機(jī)柜與BUP 盤臺(tái)間存在備用電纜①,BUP 盤臺(tái)至SLC 機(jī)柜間存在備用電纜②。

    BUP 房間放置一臺(tái)脈沖信號(hào)發(fā)生器,RPC 機(jī)柜房間放置一臺(tái)信號(hào)仿真器和示波器X,SLC 機(jī)柜房間放置一臺(tái)示波器Y。試驗(yàn)時(shí),將RPC 機(jī)柜的AI 卡輸入端子和SLC 機(jī)柜的PIF 卡輸出端子分別連接到試驗(yàn)端子上。

    (1)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)通過試驗(yàn)電纜d,備用電纜①、②和試驗(yàn)電纜c、e 分別送到示波器X 和示波器Y,并通過試驗(yàn)電纜c 觸發(fā)信號(hào)仿真器發(fā)出仿真信號(hào)。

    (2)仿真信號(hào)通過試驗(yàn)電纜a 送到AI 卡件。

    (3)仿真信號(hào)通過隔離分配經(jīng)試驗(yàn)電纜b 送到示波器X,作為計(jì)時(shí)開啟時(shí)間。

    (4)仿真信號(hào)經(jīng)過RPC、ESFAC、SLC 邏輯處理后,由PIF 卡件輸出經(jīng)試驗(yàn)電纜e 送示波器Y,作為計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)間。

    響應(yīng)時(shí)間計(jì)算如圖4 所示。

    圖4 響應(yīng)時(shí)間計(jì)算方法示意圖Fig.4 Calculation method of the response time

    通過靈活的試驗(yàn)信號(hào)注入及試驗(yàn)結(jié)果記錄方式,優(yōu)化利用RPC 機(jī)柜與BUP 盤臺(tái)之間、BUP 盤臺(tái)至SLC機(jī)柜之間存在的備用電纜,可以很好地解決傳統(tǒng)方案中存在試驗(yàn)電纜敷設(shè)難及時(shí)間窗口緊張的問題。通過信號(hào)發(fā)生器和兩臺(tái)示波器,將仿真信號(hào)送到AI 卡件的時(shí)間作為響應(yīng)時(shí)間計(jì)時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間,使計(jì)算得出的響應(yīng)時(shí)間精度更高。

    3.4 響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)改進(jìn)方案研究

    上述兩種定期試驗(yàn)方案中,試驗(yàn)信號(hào)直接與數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)連接。為保證機(jī)組正常運(yùn)行,確保試驗(yàn)信號(hào)不影響電站的可用性,試驗(yàn)信號(hào)接入的輸入、輸出卡件必須保證絕對(duì)隔離,以防止試驗(yàn)信號(hào)造成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備誤動(dòng)。為從根本上解決試驗(yàn)信號(hào)可能造成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備誤動(dòng)的問題,可以通過在RPC、ESFAC、SLC 機(jī)柜中額外增加試驗(yàn)專用卡件、驗(yàn)證邏輯的方法,使試驗(yàn)邏輯獨(dú)立于保護(hù)功能邏輯。該方案可更大程度地縮短試驗(yàn)時(shí)間,并降低上述兩種方案中試驗(yàn)信號(hào)接入時(shí)人因失誤的風(fēng)險(xiǎn)。但該響應(yīng)時(shí)間方案對(duì)CUP 負(fù)荷和機(jī)柜配置有較大影響,可作為后續(xù)數(shù)字化儀控平臺(tái)開發(fā)的研究對(duì)象。

    4 結(jié)束語

    本文根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求,結(jié)合MELTAC - N Plus R3 DCS 平臺(tái)特征,針對(duì)工程應(yīng)用情況論述響應(yīng)時(shí)間定期試驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則,以及MELTAC-N Plus R3 DCS 平臺(tái)及電站運(yùn)行條件,提出響應(yīng)時(shí)間的定期試驗(yàn)方案,供在役電站及后續(xù)新型數(shù)字化儀控平臺(tái)開發(fā)參考。

    [1] GB/T 5204 -2008 核電廠安全系統(tǒng)定期試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)[S].2008.

    [2] IEC 60671 -2007 Nuclear power plants-Instrumentation and control systems important to safety-surveillance testing[S].2007.

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