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      核電廠常規(guī)島關(guān)鍵系統(tǒng)疏水邏輯優(yōu)化改造的策劃與實(shí)施

      2023-08-10 08:13:42郭鵬飛
      儀器儀表用戶 2023年9期
      關(guān)鍵詞:單臺變送器液位

      郭鵬飛

      (中核核電運(yùn)行管理有限公司 維修三處,浙江 海鹽 314300)

      0 引言

      目前,國內(nèi)新建核電廠重要系統(tǒng)的控制邏輯[1]普遍采用三取二[2]、四取二、中選、次高選等邏輯,對來源相同的多路信號處理后進(jìn)行輸出,其目的是為了規(guī)避單一設(shè)備故障所引起的被控設(shè)備誤動以及工況擾亂,確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。但國內(nèi)部分機(jī)組由于建設(shè)年代久遠(yuǎn),投運(yùn)之初對系統(tǒng)功能的要求不高,不少重要系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上存在單一故障導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險的缺陷,日常運(yùn)行中無法應(yīng)對由偶發(fā)的設(shè)備故障、工況突變帶來的控制異常。當(dāng)前,秦二廠存在相當(dāng)一部分單一設(shè)備控制單一邏輯的設(shè)計(jì),比如高壓加熱器系統(tǒng)、汽水分離再熱器、低壓加熱器系統(tǒng)等的冷卻疏水,其正常疏水閥和緊急疏水閥當(dāng)前各自僅由一臺變送器控制。當(dāng)變送器故障或偶發(fā)失效時,其輸出信號會發(fā)生突變,從而導(dǎo)致對應(yīng)閥門誤動作,引發(fā)液位變化,嚴(yán)重時可導(dǎo)致系統(tǒng)解列,機(jī)組降功率,影響經(jīng)濟(jì)效益。因此,經(jīng)過此設(shè)計(jì),秦二廠擬增加變送器、液位開關(guān)等實(shí)現(xiàn)去單點(diǎn)敏感部件的功能,在現(xiàn)場進(jìn)行勘察后確認(rèn)識別SPV 設(shè)備,通過增加變送器、液位開關(guān)的形式,在DCS 中修改組態(tài),分別對新增變送器壓力信號進(jìn)行中選、次高選邏輯運(yùn)算,對新增液位開關(guān)信號進(jìn)行三取二邏輯,并針對現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種工況進(jìn)行模擬試驗(yàn),最終驗(yàn)證改造滿足現(xiàn)場使用需求。

      1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

      目前,秦山第二核電廠1、2 號機(jī)組常規(guī)島AHP/GSS/ABP 等抽汽加熱系統(tǒng)現(xiàn)場情況如下:

      AHP 高 壓 加 熱 系 統(tǒng) 有 6 個 罐 體(NO.5A/5B/6A/6B/7A/7B),每個罐體上安裝有5 臺液位開關(guān)(低、高、兩高、三高、三高,兩個三高信號分別送DCS 和DEH)和2 臺差壓變送器。在DCS 邏輯中,單臺變送器控制單個疏水閥(正常/緊急疏水閥),單臺三高液位開關(guān)誤發(fā)會引發(fā)高加解列。

      ABP 低壓加熱器系統(tǒng)3 級有2 個罐體(NO.3A/3B),各有4 臺變送器。在DCS 邏輯中,3A/3B 單臺變送器控制單臺閥門(3 臺正常疏水閥和1 臺緊急疏水閥),單臺三高液位開關(guān)誤發(fā),則會引發(fā)低加解列。

      GSS 汽水分離再熱器系統(tǒng)有6 個疏水箱(110BA、120BA、130BA、210BA、220BA、230BA),每個疏水箱上有2 臺MN 液位變送器。在DCS 邏輯中,單臺變送器控制單臺閥門(正常疏水閥和緊急疏水閥)。

      2 存在問題

      目前,系統(tǒng)日常運(yùn)行期間存在的問題如下:

      AHP 系統(tǒng)存在單個3 高(3H)液位開關(guān)引發(fā)的解列風(fēng)險,容錯率低;存在單個變送器控制單臺閥門的情況,單臺變送器故障容易引發(fā)閥門誤動作,引發(fā)機(jī)組瞬態(tài)的幾率高。

      ABP 系統(tǒng)存在單個三高(3H)液位開關(guān)引發(fā)的解列風(fēng)險,容錯率低;存在單個變送器控制單臺閥門的情況,單臺變送器故障容易引發(fā)閥門誤動作,引發(fā)機(jī)組瞬態(tài)的幾率高,其中3A/3B 對機(jī)組的功率影響較大。

      GSS 系統(tǒng)存在單個變送器控制單臺閥門的情況,單臺變送器故障容易引發(fā)閥門誤動作,引發(fā)機(jī)組瞬態(tài)的幾率高。

      綜合考慮,對AHP/GSS/ABP 系統(tǒng)實(shí)施了疏水邏輯優(yōu)化工作,提升設(shè)備可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定性,降低機(jī)組瞬態(tài)的幾率。

      3 方案設(shè)計(jì)

      3.1 總體設(shè)計(jì)

      AHP 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì):

      利用現(xiàn)有的兩高、三高、三高液位開關(guān)(需更換為雙觸點(diǎn)微動開關(guān),新增一副觸點(diǎn)進(jìn)入DCS),實(shí)現(xiàn)“三取二”聯(lián)鎖高加解列信號。

      每個罐體增加1 臺變送器,與現(xiàn)有2 臺變送器實(shí)現(xiàn)“中選”邏輯,同時控制正常疏水閥和緊急疏水閥。

      ABP 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì):

      現(xiàn)場低壓加熱器系統(tǒng)附近儀表密集,無足夠空間新增儀表,同時考慮低加解列/單個閥門故障對機(jī)組功率影響較小,維持原狀。

      3A/3B 罐體上各4 臺變送器,利用現(xiàn)有變送器實(shí)現(xiàn)“次高選”邏輯,同時控制正常疏水閥和緊急疏水閥。

      GSS 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì):

      每個罐體增加1 臺變送器,與現(xiàn)有的2 臺變送器組態(tài)實(shí)現(xiàn)“中選”邏輯,同時控制正常疏水閥和緊急疏水閥。

      3.2 疏水邏輯

      秦山第二核電廠DCS 系統(tǒng)[3]基于HOLLiAS MAS 平臺,利用平臺提供的控制算法模塊,對AHP、ABP、GSS 系統(tǒng)疏水邏輯做如下優(yōu)化。

      3.2.1 中選邏輯運(yùn)算[3]

      采用VOT3 模擬量三選算法進(jìn)行“中選”輸出,輸出值參與閥門控制。由于算法輸出結(jié)果與各變送器輸入值偏差有關(guān),所以通過羅列各種可能的情況,總結(jié)其運(yùn)算結(jié)果見表1。

      表1 VOT3模擬量三選算法Table 1 Three choice algorithm for VOT3 analog quantity

      改造后,正常疏水閥和緊急疏水閥均由三路變送器信號控制。當(dāng)NUM 的值為3、2、1 時,代表現(xiàn)場仍有可靠信號用于調(diào)節(jié),而當(dāng)NUM=0 時,由于算法采用了輸出上一時刻有效值的設(shè)計(jì),不能及時反映此刻工況。如果此時工況發(fā)生突變需要閥門快速響應(yīng),而算法輸出上一時刻(工況正常)時的有效值,就會造成閥門仍處于正常調(diào)節(jié)的工況下而不會快速響應(yīng),影響正常運(yùn)行。因此,這種情況邏輯設(shè)計(jì)中必須將閥門設(shè)為強(qiáng)制切手動狀態(tài),提醒運(yùn)行人員及時干預(yù)。

      3.2.2 次高選邏輯運(yùn)算

      采用VOT4 模擬量四選算法塊進(jìn)行次高選算法輸出,輸出值參與閥門控制。由于輸出結(jié)果與各變送器輸入值偏差有關(guān),所以通過羅列各種可能的情況,總結(jié)其運(yùn)算結(jié)果見表2。

      表2 VOT4模擬量四選算法Table 2 VOT4 Analog quantity four choice algorithm

      改造后,正常疏水閥和緊急疏水閥均由四路變送器信號控制。當(dāng)NUM 的值為4、3、2 時,代表現(xiàn)場仍有可靠信號用于調(diào)節(jié),而當(dāng)NUM=1 或0 時,由于算法采用了輸出上一時刻有效值的設(shè)計(jì),不能反映此時刻的工況。如果此時工況突變需要閥門快速響應(yīng),而算法輸出上一時刻(工況正常)時的有效值,就會造成閥門仍處于正常調(diào)節(jié)的工況下而不會快速響應(yīng),從而導(dǎo)致工況惡化,影響運(yùn)行。因此,這種情況邏輯設(shè)計(jì)中必須將閥門設(shè)為強(qiáng)制切手動狀態(tài),提醒運(yùn)行人員及時干預(yù)。

      4 現(xiàn)場施工

      4.1 AHP液位開關(guān)更換

      現(xiàn)場將原有單觸點(diǎn)開關(guān)更換為雙觸點(diǎn)開關(guān),采用同一定值。以2 號機(jī)改造為例,打開2AHP113/114/115/213/214/215SN 液位開關(guān)外罩,記錄微動開關(guān)綁定位置。拆除接線和單觸點(diǎn)微動開關(guān),將陶瓷底座整體換下,更換為雙觸點(diǎn)微動開關(guān),分別送DEH 和DCS 系統(tǒng)。

      4.2 儀表箱、變送器新增

      AHP 系統(tǒng)新增2 個儀表箱,每個箱內(nèi)安裝3 臺新變送器,位置均位于常規(guī)島-7.2M 層。

      GSS 系統(tǒng)儀表箱中有空位,利用現(xiàn)有儀表箱布置即可,位置均位于常規(guī)島0M 層。

      4.3 變送器安裝

      對于AHP/GSS 系統(tǒng)來說,在原變送器正、負(fù)壓側(cè)的Φ28 管線中間,增加三通閥(或原有三通閥更換為四通閥)、90°彎頭、負(fù)壓側(cè)儀表閥、冷凝罐等,與原有設(shè)備的安裝位置和高度一致,以對焊形式連接形成回路。

      新增變送器為光華變送器[5],使用標(biāo)準(zhǔn)三閥組,以卡套形式連接,正負(fù)壓側(cè)壓力管線與標(biāo)準(zhǔn)三閥組連接,接口處以密封膠密封完全。變送器本體壓力管線為Φ14 管線,其通過Φ28 ~Φ14 變徑接頭與Φ28 管線連接,Φ14 正負(fù)壓側(cè)引壓管線按照現(xiàn)有變送器管線走向引入變送器柜,在易摩擦位置進(jìn)行固定,新增排污閥接入原有排污管。

      變送器電纜已先行放入機(jī)柜中,對電纜剝線、壓接、熱縮,并按照接線圖接線[4]。

      4.4 邏輯修改

      4.4.1 數(shù)據(jù)庫修改

      新增設(shè)備在DCS 中新增加點(diǎn)名,用于參與邏輯控制、報警。在DCS 數(shù)據(jù)庫DI 頁中增加“U2AHP113SN、U2AHP114SN、U2AHP115SN、U2AHP213SN、U2AHP214SN、U2AHP215SN”。由于新增變送器已于先前改造中修改數(shù)據(jù)庫,故此次無需新增變送器的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

      4.4.2 組態(tài)邏輯修改

      修改高加水位三高報警邏輯, 以U2AHP001IA(NO.5 高加水位高高高)報警邏輯修改為例,在邏輯中增加U2AHP113SN 和U2AHP213SN 的報警邏輯,與U2AHP110SN 和U2AHP210SN 共同參與U2AHP001IA 報警,同理完成對U2AHP003IA(NO.6 高加水位高高高)、U2AHP005IA(NO.7 高加水位高高高)報警邏輯的修改。

      修改高加解列邏輯:以A 列高加為例,對NO.5A、NO.6A、NO.7A 罐體上的相應(yīng)液位開關(guān)做開關(guān)量三取二(D2V3)運(yùn)算,輸出信號取“或”觸發(fā)高加解列信號,B 列做法相同。

      修改次高選疏水邏輯,以閥門2ABP046VL 為例:

      在變量聲明區(qū)新增VOT401 次高選邏輯行,對TYP(輸出類型選擇)、ATY(算法類型)、MU(模擬量輸出量程上限)、MD(模擬量輸入量程下限)、WAR(允許最大偏差限)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

      將 2ABP103MN、2ABP113MN、2ABP114MN、2ABP115MN 信號引入VOT4 次高選算法模塊,輸出值送FOI 一階慣性濾波模塊后,作為閥門自動控制的過程值。

      對FMAN 手操器輸入質(zhì)量位進(jìn)行修改,由原先的單個變送器改為4 個變送器質(zhì)量位“或”的形式。

      根據(jù)設(shè)計(jì)要求,修改強(qiáng)制切手動和質(zhì)量位報警邏輯。當(dāng)有效質(zhì)量位小于2(即變送器的有效質(zhì)量位為1 和0 時),2ABP046VL 閥門才強(qiáng)制切為手動控制。對于質(zhì)量位報警而言,采用“或”門即只要有一路變送器信號失效就會發(fā)出質(zhì)量位報警,提醒相關(guān)人員及時察覺和第一時間檢修,防止情況進(jìn)一步惡化。

      修改中選邏輯,以2ADG013VL 為例:

      在變量聲明區(qū)新增VOT301 中選邏輯行,對TYP、ATY、MU、MD、WAR 參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

      將2AHP101MN、2AHP111MN、2AHP121MN(新增)信號引入VOT3 中選算法模塊,輸出值送FOI 一階慣性濾波模塊后作為閥門自動控制的過程值。

      對FMAN 手操器輸入質(zhì)量位進(jìn)行修改,由原先的單個變送器改為3 個變送器質(zhì)量位“或”的形式。

      根據(jù)設(shè)計(jì)要求,修改強(qiáng)制切手動和質(zhì)量位報警邏輯。當(dāng)有效質(zhì)量位小于1(即變送器的有效質(zhì)量位為0 時),2ADG013VL 閥門才強(qiáng)制切為手動控制。對于質(zhì)量位報警而言,采用“或”門即只要有一路變送器信號失效就會發(fā)出質(zhì)量位報警,提醒相關(guān)人員及時察覺和第一時間檢修,防止情況進(jìn)一步惡化。

      修改流程圖畫面,以AHP501RE 為例,在罐體圖形上將三高信號報警圖符添加在最右側(cè),點(diǎn)名為U2AHP113SN。按照同樣的做法, 增加AHP601RE、AHP701RE、AHP502RE、AHP602RE、AHP702RE 的三高液位開關(guān)報警。其他修改均參照上述。

      5 開環(huán)調(diào)試

      現(xiàn)場安裝和DCS 上層邏輯修改完成后,需要按照調(diào)試程序?qū)π薷暮蟮倪壿嬤M(jìn)行測試,以驗(yàn)證其功能滿足設(shè)計(jì)要求。

      5.1 高加解列邏輯測試

      取廠用除鹽水,用電動泵分別對“三取二”解列高加邏輯中的三高、三高、二高液位開關(guān)兩兩聯(lián)通進(jìn)行灌水,驗(yàn)證三取二解列邏輯正常觸發(fā),并在DCS 中查看響應(yīng)報警和邏輯是否觸發(fā)。測試表記錄見表3。

      5.2 中選邏輯測試

      AHP、GSS 系統(tǒng)每個罐體均有3 個變送器,工作人員在現(xiàn)場分別同時對3 個變送器按照表4 中所給的電流加信號,并依次斷開一路、兩路、三路信號,觀察并記錄DCS上層輸出信號值至表4(以2AHP101MN、2AHP111MN、2AHP121MN 為例說明)。

      表4 中選邏輯測試記錄表Table 4 Selected logic test record table

      5.3 次高選邏輯測試

      工作人員同時對ABP 系統(tǒng)4 個變送器按照表5 中所給的電流加信號,并分別斷開一、二、三、四路信號,觀察并記錄DCS 上層輸出信號值至表5(以2ABP103MN、2ABP113MN、2ABP114MN、2ABP115MN 為例說明)。

      表5 次高選邏輯測試記錄表Table 5 Record of high selection logic test

      5.4 測試結(jié)論

      1)AHP 系統(tǒng)“三取二”液位開關(guān)解列邏輯可正常觸發(fā)和復(fù)位,相應(yīng)報警正常出現(xiàn),改變了原先單一設(shè)備控制高加系統(tǒng)解列的邏輯,降低了解列風(fēng)險。

      2)AHP、GSS 系統(tǒng)液位“中選”邏輯,所有新增設(shè)備測試結(jié)果合格,輸出值可根據(jù)信號質(zhì)量的好壞和信號之間的偏差進(jìn)行調(diào)整輸出,實(shí)際測試結(jié)果與理論計(jì)算值一致,滿足設(shè)計(jì)要求。

      3)ABP 系統(tǒng)液位“次高選”邏輯,輸出值可根據(jù)信號質(zhì)量的好壞和信號之間的偏差進(jìn)行調(diào)整輸出,實(shí)際測試結(jié)果與理論計(jì)算值一致,滿足設(shè)計(jì)要求。

      4)強(qiáng)制切手動條件嚴(yán)格且合理,即現(xiàn)場已無合理可靠的輸出值用于自動控制。這樣既保證了閥門在緊急情況下可以從自動切換至手動控制,又避免了因單個設(shè)備故障造成的不必要的切手動,降低了運(yùn)行人員的重復(fù)性工作量。

      6 檢修經(jīng)驗(yàn)反饋

      1)疏水邏輯改造,消除了單一故障引起的機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險,減少了重復(fù)性的工作。但由于質(zhì)量位概念引入,如若現(xiàn)場單個或多個變送器需要檢修拆除接線時,接線與端子接觸時緊時松,導(dǎo)致變送器輸出值突變跳躍,經(jīng)中選/次高選后,輸出值會發(fā)生波動,給現(xiàn)場控制帶來巨大風(fēng)險,因此在拆/裝變送器過程中,運(yùn)行人員應(yīng)將對應(yīng)閥門切換至手動狀態(tài),并對閥門持續(xù)監(jiān)視,待拆除或恢復(fù)接線后,再將閥門恢復(fù)至自動狀態(tài),可以有效避免液位輸出值的波動。

      2)在某些時候,回裝變送器會發(fā)現(xiàn)冷凝罐冷卻水減少或變送器引壓管線介質(zhì)變少,需要工作人員重新灌水加壓。此時,由于外來除鹽水的引入會造成液位波動,因而在變送器灌水時需要將變送器所在引壓管線儀表閥暫時關(guān)閉,將設(shè)備從系統(tǒng)中隔離,防止灌水對液位造成擾動,待灌水結(jié)束后,再打開閥門將變送器投運(yùn),才會將變送器投運(yùn)時對液位的影響降至最低。

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