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      核電廠主給水隔離控制回路標準孔板流量計競爭問題分析及優化

      作者: 來源: 發布時間:2019-11-11 16:37:09

          【摘 要】標準孔板流量計動作時間不同,會引發競爭(冒險)現象,導致控制回路無法正常工作。針對某核電廠主給水隔離控制回路存在標準孔板流量計競爭現象導致控制回路產生自激振蕩的現象,論文詳細分析了缺陷產生的原因,并提出了優化設計方案,保證了核電廠主給水隔離功能的正常運行。

          1 概述
          核電廠主給水系統(ARE)的功能是將凝結水可控地送往三臺蒸汽發生器,并根據汽輪機功率控制蒸汽發生器二次側的水位。在機組發生啟動安注的事故工況時,安注信號會觸發一系列下游系統及設備動作,包括停堆、啟動安住、ARE 主給水隔離、啟動 ASG 輔助給水、啟動應急柴油機等,其中 ARE 主給水隔離會同時將 ARE 調節閥和電動隔離閥關閉。

       

      11.jpg

          安注信號觸發方式分為自動觸發和手動觸發兩種,在事故工況下通過手動觸發安注時,主控操作員手動按下安注按鈕 RPA/RPB058TO 來啟動安注,觸發的主給水隔離關閥指令為短時信號,信號持續時間小于 ARE 電動隔離閥的關閥行程時間 20s,因此,ARE 電動隔離閥無法實現完全關閉,進而影響主給水隔離功能的實現。為解決這一問題,在主給水隔離控制回路增加前延時繼電器及輔助繼電器實現 ARE 主給水隔離短時信號的自保持功能,從而保證 ARE 電動隔離閥的有效關閉,實現主給水隔離功能,如圖 2 所示,以 ARE052VL(A 列主給水隔離控制信號)為例,當 RPA058TO 短時按下并松開,短時觸發 RPA 主給水隔離信號,關閥繼電器 ARE701XF 短時得電勵磁,通過其常開觸點閉合形成自保持回路,此時電動隔離閥 ARE052VL 開始關閥行程,同時延時繼電器 ARE721XT 得電開始計時 25s,25s 后電動隔離閥完全關閉,ARE721XT 輸出高電平勵磁輔助繼電器 ARE721XR,其常閉觸點的斷開ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR 全部失磁,ARE701XF 的常開觸點斷開實現自保持回路的復位,整個電動隔離閥的關閥過程結束。

       

      22.jpg


          2 主給水隔離控制回路電路分析
          在對控制回路進行功能鑒定時發現,ARE721XT 延時 25s后,本應處于斷開(復位)狀態的 ARE701XF 常開觸點未實現斷開,自保持電路未實現復位,且 ARE721XR 與 ARE721XT形成振蕩電路,ARE721XR 的觸點不斷吸合、釋放。

          經分析,在標準孔板流量計的動作過程中,受到機械慣性、機械位移量及電磁慣性等因素的影響,相關觸點的動作在時間上產生時延,不能按照預先設定的時序依次動作,從而引起電路的誤動作,這就是競爭(冒險)現象[1]。如圖 3 所示,標準孔板流量計產生的動作時延主要原因有兩個:

       

      33.jpg

          一是觸點機械行程時延,對同一型號的繼電器,由于其物理結構決定,其機械觸點通常按照先斷后合的順序動作;

          二是線圈通斷電時延,即繼電器的吸合與釋放的時延不同,其長短取決于該線圈充電和放電時間常數,通常斷電時延大于通電時延。

          由圖 4 可知,ARE721XR 的復位時序只有幾毫秒的時間,存在短時置 1 信號的開啟(復位)回路[2],因此,就存在與ARE701XF 觸點動作相互競爭的風險。對復位瞬間標準孔板流量計的動作時序進行分析:

          ①當 ARE721XT 延時 25s 后勵磁 ARE721XR,其常閉觸點斷開復位自保持回路,此時 ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR 都失磁,由于此時 ARE701XF 常閉觸點還未斷開(受釋放時間和運動零件行程時間影響);

          ②ARE721XR 的常閉觸點由于勵磁端失電重新閉合,使得自保持回路重新建立,ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR重新勵磁;

          ③ ARE721XT 重 新 勵 磁 并 驅 動 ARE721XR, 使 得ARE721XR 常閉觸點重新打開,如此循環往復,形成振蕩,由于 ARE721XT 延時有效的最小時間為 500ms,因此,振蕩周期內不會再產生 25s 的延時效果。

       

      44.jpg

          3 主給水控制回路的優化方案
          通過以上對主給水隔離控制自保持控制回路標準孔板流量計振蕩的原因進行分析,可以發現問題的關鍵是如何將關閥繼電器 ARE701XF 和輔助繼電器 ARE721XR 觸點動作的時序錯開,使 ARE721XR/ARE701XF 復位有了先后順序,從而消除競爭(冒險)現象,優化方案如圖 5 所示。對復位瞬間標準孔板流量計的動作時序進行分析:

          ①當 ARE721XT 延時 25s 后,ARE721XR 勵磁,其常閉觸點先斷開,使得 ARE701XF 失磁,其常開觸點先斷開;

          ②ARE701XF 常開觸點斷開使得 ARE721XT/ARE721XR失磁,其常閉觸點再閉合;

          ③觀察記錄儀,兩個觸點復位動作時差大約在 2ms,規避了競爭(冒險)現象。

       

      55.jpg

          4 結論
          在繼電器控制回路設計過程中,通常是靜態分析控制電路的繼電器動作,未考慮標準孔板流量計的動作時序。由于繼電器的勵磁線圈的電磁慣性、釋放時間和運動零件行程時間等因素,使得繼電器勵磁線圈的得電/失電、觸點的斷開/閉合存在一定的時間差。核電廠主給水隔離功能因兩個繼電器的觸點動作時序的偏差,導致主給水隔離自保持回路無法復位,產生自激振蕩現象。

          通過對標準孔板流量計動作時序的動態分析,并對控制回路的繼電器動作時序進行優化設計,避免了因標準孔板流量計競爭導致主給水功能隔離無法復位的故障,從而保證了主給水隔離功能的實現。

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