張思成，許江

(三門核電有限公司，浙江 三門 317112)

0 引言

AP1000核電站的保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)(PMS)采用數(shù)字化儀控平臺(tái)Common Q進(jìn)行搭建，主要承擔(dān)反應(yīng)堆停堆(RT)、專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)(ESF)和核級(jí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(QDPS)3項(xiàng)主要功能，其安全、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電站至關(guān)重要。基于此，從測(cè)試的可靠性和嚴(yán)密性出發(fā)，采用交疊測(cè)試方法對(duì)PMS進(jìn)行預(yù)運(yùn)行測(cè)試，其目的是驗(yàn)證PMS各個(gè)組成部分及功能是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。本文結(jié)合PMS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PMS預(yù)運(yùn)行測(cè)試情況進(jìn)行介紹和分析。

1 PMS功能結(jié)構(gòu)及預(yù)運(yùn)行測(cè)試方法

1.1 PMS結(jié)構(gòu)組成

圖1 PMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PMS結(jié)構(gòu)如圖1所示。

PMS主要包含:傳感器;核儀表子系統(tǒng)(NIS)，用于堆外探測(cè)器接口;雙穩(wěn)態(tài)處理器邏輯(BPL)，用于信號(hào)采集和產(chǎn)生局部停堆信號(hào);局部符合邏輯(LCL)，用于表決、產(chǎn)生停堆信號(hào)和產(chǎn)生ESF系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)信號(hào);集成邏輯處理器(ILP)，用于設(shè)備控制和輸出;集成通信處理器(ICP)，用于序列間的接口和外部接口;集成測(cè)試處理器(ITP)，用于測(cè)試和診斷;維護(hù)和測(cè)試面板(MTP)，用于維修、測(cè)試、校準(zhǔn)及與非安全系統(tǒng)的通信;核級(jí)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(QDPS)，只有B和C序列有，用于關(guān)鍵安全參數(shù)的顯示;主控室安全顯示器(SD)，用于顯示安全系統(tǒng)狀態(tài)、信息、選定的安全系統(tǒng)設(shè)備的控制以及變化的核儀表熱常數(shù)。

從上述結(jié)構(gòu)組成可以看出，PMS各個(gè)組成部分在功能和硬件組成上是相互獨(dú)立的。在功能上，現(xiàn)場(chǎng)傳感器的輸入信號(hào)經(jīng)過BPL雙穩(wěn)態(tài)表決后，通過高速數(shù)據(jù)鏈路(HSL)輸出至本序列和其他冗余序列的LCL。在LCL內(nèi)部，信號(hào)經(jīng)過4取2表決后將產(chǎn)生停堆信號(hào)和專設(shè)安全設(shè)施觸發(fā)信號(hào)。其中，停堆信號(hào)通過停堆矩陣輸出至停堆斷路器，以驅(qū)使停堆斷路器打開。專設(shè)安全設(shè)施觸發(fā)信號(hào)則通過ILP進(jìn)一步邏輯運(yùn)算后，輸出至設(shè)備接口模塊(CIM)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)閥門動(dòng)作。

1.2 PMS預(yù)運(yùn)行測(cè)試方法

為保證PMS測(cè)試的連續(xù)性和嚴(yán)密性，在PMS預(yù)運(yùn)行測(cè)試中采用了交疊測(cè)試方法。該方法結(jié)合PMS自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)立，因PMS各部分功能相對(duì)獨(dú)立，而且每個(gè)獨(dú)立的功能邏輯數(shù)據(jù)都可通過MTP訪問，為使用交疊測(cè)試創(chuàng)造了條件。通過使用交疊測(cè)試方法，將整個(gè)PMS預(yù)運(yùn)行測(cè)試分成了若干測(cè)試區(qū)間段，如圖2所示。

2 預(yù)運(yùn)行測(cè)試介紹

按照PMS各部分執(zhí)行功能的不同，在預(yù)運(yùn)行測(cè)試中將整個(gè)PMS劃分為PMS功能測(cè)試、PMS響應(yīng)時(shí)間測(cè)試、QDPS預(yù)運(yùn)行測(cè)試、停堆斷路器預(yù)運(yùn)行測(cè)試及堆外儀表系統(tǒng)預(yù)運(yùn)行測(cè)試。其總體測(cè)試階段及先決條件如圖3所示。

2.1 PMS功能測(cè)試

PMS功能測(cè)試的主要目的是在熱態(tài)試驗(yàn)前驗(yàn)證PMS相關(guān)的停堆功能(RT)和專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)功能(ESF)的相關(guān)邏輯執(zhí)行情況，其驗(yàn)證主要包括以下幾個(gè)方面:

(1)PMS機(jī)柜電源功率消耗試驗(yàn)。檢查BCC，MTC等機(jī)柜電壓和電流輸入情況，并計(jì)算出電源功率消耗，計(jì)算公式為:功率損耗=電壓×電流×0.8，其中，0.8為功率因數(shù)。

(2)檢查機(jī)柜柜門報(bào)警。此項(xiàng)檢查主要穿插在各個(gè)試驗(yàn)子項(xiàng)中完成，驗(yàn)證報(bào)警在遠(yuǎn)程的顯示情況。

(3)過程儀表輸入驗(yàn)證。驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)儀表輸入滿足允許誤差范圍，并能在主控室進(jìn)行正常顯示;通過仿真現(xiàn)場(chǎng)儀表輸入，驗(yàn)證在不同電廠狀態(tài)下，停堆、專設(shè)等連鎖邏輯;驗(yàn)證PMS與主控室及其他儀控系統(tǒng)通信是否正常。

(4)RT和ESF邏輯計(jì)算驗(yàn)證。通過對(duì)過程量仿真，驗(yàn)證PMS各子系統(tǒng)信號(hào)輸出是否正常，是否滿足允許誤差要求。檢查相關(guān)控制信號(hào)(包括允許值、聯(lián)鎖值和閉鎖值)運(yùn)算和觸發(fā)是否正常，以及在PMS中顯示是否正常等。

(5)RT和ESF的自動(dòng)觸發(fā)驗(yàn)證。通過仿真輸入，驗(yàn)證序列內(nèi)和序列間的邏輯運(yùn)算在觸發(fā)條件(比如4取2邏輯)滿足時(shí)，是否能夠自動(dòng)觸發(fā)反應(yīng)堆停堆和專設(shè)安全設(shè)施動(dòng)作。

(6)RT和ESF的手動(dòng)觸發(fā)驗(yàn)證。通過在主控室(MCR)和遠(yuǎn)程停堆室(RSR)內(nèi)的手動(dòng)開關(guān)觸發(fā)，驗(yàn)證反應(yīng)堆停堆和專設(shè)安全設(shè)施的動(dòng)作情況。

2.2 PMS響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

PMS響應(yīng)時(shí)間測(cè)試的主要目的是驗(yàn)證PMS專設(shè)安全設(shè)施的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間是否滿足設(shè)計(jì)要求。其驗(yàn)證主要包括以下幾個(gè)方面:

(1)在CIM上預(yù)先安裝響應(yīng)時(shí)間測(cè)試儀(Data Logger)，并手動(dòng)觸發(fā)閥門動(dòng)作，驗(yàn)證專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)時(shí)間是否滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過CIM的反饋信號(hào)是否能夠在主控室正常顯示。

2.3 QDPS預(yù)運(yùn)行測(cè)試

QDPS預(yù)運(yùn)行測(cè)試是針對(duì)QDPS專門設(shè)置的，其目的主要是驗(yàn)證QDPS相關(guān)的信號(hào)處理以及通信、報(bào)警、顯示等功能是否滿足要求，并驗(yàn)證在PMS功能試驗(yàn)中未驗(yàn)證的QDPS內(nèi)容。其驗(yàn)證方法可根據(jù)信號(hào)和儀表類型的不同而分為以下幾類:

(1)對(duì)于堆芯出口熱電偶(CET)，通過對(duì)熱電偶信號(hào)進(jìn)行仿真輸入，驗(yàn)證通道精度及相應(yīng)信號(hào)在主控室的報(bào)警和顯示。

(2)對(duì)于壓力和差壓變送器輸入，通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變送器全量程的打壓試驗(yàn)，驗(yàn)證通道精度、過程設(shè)定值和相應(yīng)信號(hào)在主控室的報(bào)警和顯示。

(3)對(duì)于一般閥門遠(yuǎn)程狀態(tài)顯示，通過在設(shè)備接口模塊(CIM)側(cè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門進(jìn)行手動(dòng)操作，驗(yàn)證主控室閥門開關(guān)狀態(tài)顯示。

(4)對(duì)于爆破閥遠(yuǎn)程狀態(tài)顯示，由于爆破閥操作具有不可逆性，需要試驗(yàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)觸發(fā)行程開關(guān)，其他試驗(yàn)人員在主控室驗(yàn)證閥門開關(guān)狀態(tài)顯示。

(5)驗(yàn)證QDPS與主控室、遠(yuǎn)程停堆室遠(yuǎn)程通信、顯示和報(bào)警。

2.4 停堆斷路器預(yù)運(yùn)行測(cè)試

進(jìn)行停堆斷路器預(yù)運(yùn)行測(cè)試，主要驗(yàn)證反應(yīng)堆停堆斷路器相關(guān)功能的執(zhí)行情況，包括以下幾個(gè)方面:

(1)驗(yàn)證RTCB是否可以手動(dòng)關(guān)閉和打開。

(2)收到自動(dòng)反應(yīng)堆停堆信號(hào)時(shí)RTCB是否打開。

(3)RTCB是否可以單獨(dú)依靠UV線圈，通過主控室和每個(gè)遠(yuǎn)程停堆室手動(dòng)反應(yīng)堆停堆開關(guān)和PMS模擬信號(hào)。

(4)RTCB是否可以單獨(dú)依靠ST線圈，通過主控室和每個(gè)遠(yuǎn)程停堆室手動(dòng)反應(yīng)堆停堆開關(guān)和PMS模擬信號(hào)。

(5)在MTP上，通過UV TEST測(cè)試按鈕驗(yàn)證單獨(dú)的UV線圈失電是否可以打開RTCB。

(6)在MTP上，通過ST TEST測(cè)試按鈕驗(yàn)證單獨(dú)的ST線圈得電是否可以打開RTCB。

(7)驗(yàn)證當(dāng)反應(yīng)堆停堆信號(hào)存在時(shí)，RTCB是否無法復(fù)位。

(8)驗(yàn)證并計(jì)算RTCB打開時(shí)其所消耗功率的情況。

2.5 堆外儀表系統(tǒng)預(yù)運(yùn)行測(cè)試

對(duì)于堆外儀表系統(tǒng)預(yù)運(yùn)行測(cè)試，主要驗(yàn)證堆外儀表系統(tǒng)相關(guān)功能的執(zhí)行情況，包括以下幾個(gè)方面:

(1)驗(yàn)證NIS是否正確運(yùn)行。

(2)驗(yàn)證NIS源量程(SR)、中間量程(IR)及功率量程(PR)堆外探頭向PMS的輸出是否滿足容錯(cuò)要求。

(3)驗(yàn)證NIS供電和高壓供電的可靠性。

(4)驗(yàn)證NIS報(bào)警器和在主控室和遠(yuǎn)程停堆室的顯示。

(5)驗(yàn)證單通道失去交流電時(shí)是否不會(huì)引發(fā)停堆。

3 預(yù)運(yùn)行測(cè)試潛在問題分析

3.1 PMS房間分散問題

由于PMS測(cè)試房間相對(duì)分散，且房間之間并無為測(cè)試配置的電纜貫穿孔，這將對(duì)序列間及機(jī)柜間的測(cè)試造成一定程度的影響。為預(yù)運(yùn)行測(cè)試和后續(xù)電廠維護(hù)考慮，在后續(xù)機(jī)組的設(shè)計(jì)和建造中，建議通過以下2種方法加以解決。一是可以考慮在房間之間預(yù)留一定數(shù)量的電纜貫穿孔洞。這種方法要求房間設(shè)計(jì)施工階段充分考慮房間防火要求、房間彼此隔離要求以及墻壁承重要求等內(nèi)容，從而確保這種改造不會(huì)對(duì)房間和系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。二是事先敷設(shè)一定數(shù)量的試驗(yàn)電纜，并預(yù)留出端接口。這種方法需要在設(shè)計(jì)階段從電纜橋架的布置、電纜敷設(shè)、電纜抗干擾、電纜長(zhǎng)度對(duì)測(cè)試的影響及試驗(yàn)前電纜的連續(xù)性檢查等多個(gè)方面進(jìn)行考慮和評(píng)估。

3.2 PMS響應(yīng)時(shí)間測(cè)試問題

對(duì)部分PMS響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，其閥門由PMS發(fā)送控制信號(hào)，而反饋信號(hào)直接送回到電廠控制系統(tǒng)(PLS)。對(duì)于這部分測(cè)試，設(shè)計(jì)方并未明確給出測(cè)試方法，結(jié)合實(shí)際情況分析后，建議采用以下2種方法解決。一是通過PMS的事件順序記錄機(jī)柜(SOE)將觸發(fā)信號(hào)傳遞到PLS側(cè)，通過Ovation歷史站中的趨勢(shì)圖工具，將PMS觸發(fā)信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)閥門反饋信號(hào)同時(shí)調(diào)出，進(jìn)而計(jì)算出響應(yīng)時(shí)間，但此種方法需要進(jìn)一步探討PLS的掃描周期是否能夠滿足PMS響應(yīng)時(shí)間的要求，以及是否能夠完整地掃描到PMS的動(dòng)作和反饋情況。二是通過Data Logger同時(shí)連接PMS的觸發(fā)信號(hào)和閥門的反饋信號(hào)，該種方法類似于其他指令和反饋均位于PMS內(nèi)部的做法，但由于PMS和PLS房間布置比較遠(yuǎn)(部分機(jī)柜在常規(guī)島側(cè))，故該方法需要事先布置足夠長(zhǎng)的測(cè)試電纜。在實(shí)施時(shí)需要考慮過長(zhǎng)的測(cè)試電纜引入現(xiàn)場(chǎng)會(huì)造成干擾的情況，以及電纜對(duì)測(cè)試回路信號(hào)的強(qiáng)度的影響情況等，其在實(shí)際調(diào)試中的可行性有待后續(xù)驗(yàn)證。

4 預(yù)運(yùn)行測(cè)試的意義

PMS預(yù)運(yùn)行測(cè)試在電廠冷態(tài)下進(jìn)行，其測(cè)試成功與否對(duì)電廠后續(xù)調(diào)試有著至關(guān)重要的影響。首先，預(yù)運(yùn)行測(cè)試作為工廠測(cè)試的補(bǔ)充，可以對(duì)設(shè)備出廠后的設(shè)計(jì)變更、修改等進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試。其次，在工廠測(cè)試階段，PMS并未直接與現(xiàn)場(chǎng)儀表、斷路器和閥門等設(shè)備進(jìn)行連接，信號(hào)測(cè)試完全通過仿真的形式進(jìn)行，而預(yù)運(yùn)行測(cè)試則可通過實(shí)際帶載設(shè)備進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題。最后，設(shè)備出廠后，經(jīng)過長(zhǎng)途運(yùn)輸、裝卸及安裝后，難免會(huì)出現(xiàn)一些問題，通過預(yù)運(yùn)行測(cè)試，可以對(duì)設(shè)備安裝后的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，確保PMS設(shè)備和系統(tǒng)功能的完整性。總之，PMS預(yù)運(yùn)行測(cè)試從PMS設(shè)備組成、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)接口和通信、軟件邏輯、報(bào)警和顯示等多個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，為電廠后續(xù)調(diào)試和運(yùn)行打下了基礎(chǔ)。

［1］中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司.AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備［M］.北京:原子能出版社，2010.