林裕海

（中廣核核電運營有限公司，廣東 深圳 518124）

1 引言

核電廠汽輪機進汽閥門多次發(fā)生由于跳機電磁閥供電卡件故障導致閥門異常關閉，本文根據(jù)核電廠的汽輪機閥門控制原理，板件設計，以及目前板件存在的缺陷進行論述，并提出優(yōu)化方案。

2 汽機閥門控制邏輯簡介

核電廠汽輪機由1個高壓缸、2個低壓缸和8路進氣管線組成。每路進氣管路上有1個GRE調(diào)節(jié)閥和1個GSE截止閥。其中GRE調(diào)節(jié)閥控制回路有2個跳機電磁閥和1個伺服閥，正常運行時跳機電磁閥得電勵磁，截斷高壓液壓油回油，由伺服閥調(diào)節(jié)高壓液壓油來控制閥門開度，響應汽機負荷的變化；GSE截止閥有2個跳機電磁閥和1個開關電磁閥，正常運行時跳機電磁閥得電勵磁，開關電磁閥失電通過高壓液壓油，將截止閥開啟。因此閥門上的跳機電磁閥主要作用是響應汽機的危急保護，任一跳機電磁閥失電該閥門將快速關閉。電磁閥供電由機柜兩塊SIM326卡件進行供電，邏輯控制觸發(fā)跳機電磁閥控制指令時，將通過兩個互為冗余的卡共同驅(qū)動閥門的開啟和關閉。兩塊卡的指令輸出端接入穩(wěn)壓端子排的同一個端子，通過穩(wěn)壓端子排將指令送就地閥門本體的BC接線端子盒，再轉(zhuǎn)接至就地跳機電磁閥控制線圈。跳機電磁閥供電卡件是西門子SIM326DO輸出卡，當fail safe邏輯控制觸發(fā)跳機電磁閥控制指令時，將通過兩個互為冗余的卡共同驅(qū)動閥門的開啟和關閉。兩塊卡的指令輸出端接入穩(wěn)壓端子排的同一個端子，通過穩(wěn)壓端子排將指令送就地閥門本體的BC接線端子盒，再轉(zhuǎn)接至就地跳機電磁閥控制線圈,電磁閥供電接線圖如圖1所示：

圖1 電磁閥供電簡圖

2.1 閥門快速關閉原理介紹

當有跳機信號時或者操作員在畫面上手動點擊跳機電磁閥關閉指令A-OFF時，跳機電磁閥失電，閥門快速關閉。跳機電磁閥關閉的同時會將觸發(fā)開關電磁閥帶電指令，并且電磁閥的開關指令將送fail safe邏輯，最終驅(qū)動卡件通過硬接線輸出24V電壓控制電磁閥。

2.2 SIM326卡件的信號回路介紹

SIM326安全故障型卡件是用于DO輸出，每個板件具有10個24V/2A開關量輸出通道，可以單個使用也可以冗余使用。在核電廠現(xiàn)場DO輸出都是冗余使用。當信號通道指令為1時，Output driver信號放大器將指令信號放大，通過24端子輸出24V電壓控制就地電磁閥。為了防止冗余通道電壓逆流傳入卡件通道，24端子帶防逆流二級管。兩卡件電氣原理圖如下：

圖2 卡件接線原理圖

圖3 為卡件集成電路

圖2 中紅框的二極管為雙向瞬變電壓抑制二極管，是在穩(wěn)壓管工藝基礎上發(fā)展起來的。當TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度（最高達1*10-12秒）使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。

由圖3可看出：在目前的連接方式中，當JXK元器件處于短路失效狀態(tài)時，兩路功率輸出器件L6370D器件輸出信號都經(jīng)過JXK器件至地，使兩路輸出同時失效。從該種失效模式來看，兩個板件沒有實現(xiàn)完全的冗余功能。任意一個JXK器件短路，都會使輸出通道失效，降低了DO通道安全性能。

由上可見，卡件在以下情況是可以實現(xiàn)冗余：在單個卡件故障、失去供電，或卡件信號通道非公共部分斷線時，兩個卡件對應卡件可以構(gòu)成冗余。

在以下條件時，卡件失去冗余功能：

①兩個卡件對應信號通道的公共部分存在接地或斷線，導致兩路信號電壓輸出同時失去；于兩個卡件對應信號通道的公共部分存在斷線，導致兩路信號的輸出均無法構(gòu)成電流回路；③兩個卡件對應信號通道的如下單獨部分存在接地，因為回路并接導致兩路信號電壓輸出同時失去；④兩個卡件對應信號通道中的某一個存在內(nèi)部故障，導致并接的兩路信號電壓輸出同時失去。

3 優(yōu)化方案

板件設計優(yōu)化一：作為安全保護器件失效不應該影響板件基本功能，建議在電壓瞬態(tài)抑制二極管串聯(lián)上串聯(lián)自恢復保險作為保護，如圖4所示，當二極管短路時，自恢復保險處于熔斷狀態(tài)，不影響DO通道的輸出功能。由于保險有一定的內(nèi)阻，會影響到電壓瞬態(tài)抑制二極管的電壓吸收效果，需在此設計時平衡。

圖4 板件輸出電路參考圖

板件設計優(yōu)化二：兩個通道并聯(lián)的目的是為了提高通道安全性能，原電路設計卻降低了通道的安全性。建議在下游電路中增加D6，D7單向?qū)ǘO管（圖5紅框），如圖5所示,實現(xiàn)單個板件短路故障時，下游負載仍然可以正常工作，實現(xiàn)真正意義上的冗余，提高輸出通道的可靠性。

圖5 電路連接參考圖

4 結(jié)論與總結(jié)

通過上述內(nèi)容可知，優(yōu)化方案可以基本解決現(xiàn)在跳機電磁閥供電卡件設計存在的缺陷，同時盡可能的減少對現(xiàn)場設備的改造工作，最終可以實現(xiàn)提高核電廠汽輪機閥門跳機電磁閥供電DO卡冗余的可靠性，減少對設備的非必要損傷。