□劉 虎 張 樂 王蘭蘭

低壓開關(guān)柜是為核電廠安全重要設(shè)備——泵、風(fēng)機(jī)、電動閥門和電加熱器等各種電氣設(shè)備進(jìn)行直接控制、配電的電氣設(shè)備，它直接與DCS控制系統(tǒng)和現(xiàn)場重要工藝設(shè)備相聯(lián)接，肩負(fù)著重要的電站安全控制功能。本文分別對開關(guān)柜的設(shè)計以及數(shù)字化控制系統(tǒng)與其的接口設(shè)備——設(shè)備驅(qū)動模塊(簡稱DCM模塊)進(jìn)行介紹，對存在的問題及解決方案進(jìn)行了分析研究。

一、低壓開關(guān)柜的功能及設(shè)計介紹

低壓開關(guān)柜的主要功能是對低壓電氣設(shè)備進(jìn)行配電、開/關(guān)或啟/?？刂疲瑫r對電氣設(shè)備進(jìn)行過載、短路、低電壓等保護(hù)。

(一)低壓開關(guān)柜與DCS控制系統(tǒng)交換的信息。一是開關(guān)柜接受DCS系統(tǒng)控制命令：ON/OPEN命令、STOP/CLOSE命令。二是開關(guān)柜送往DCS系統(tǒng)的信號：被控設(shè)備的狀態(tài)反饋信號：1)設(shè)備狀態(tài)ON/OPEN的反饋信號；2)設(shè)備狀態(tài)STOP/CLOSE的反饋信號；被控設(shè)備不可用信號：信號內(nèi)容如表1所示。

(二)低壓開關(guān)柜的正常控制。正常情況下，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出OD或者CD命令，該命令作用于開關(guān)柜的主接觸器來啟動/開啟或停運(yùn)/關(guān)閉電氣設(shè)備。

(三)低壓開關(guān)柜的其他操作。

1.開關(guān)柜的就地試驗控制盒的操作。在開關(guān)柜內(nèi)設(shè)計有針對試驗用的插座002PJ。就地試驗控制盒有兩個按鈕，當(dāng)它插至開關(guān)柜的002PJ時，可以直接對電氣設(shè)備進(jìn)行就地的啟/?？刂?。在試驗盒插入時，開關(guān)柜的信號和控制方式將發(fā)生變化。

2.開關(guān)柜試驗位和抽屜抽出位。低壓開關(guān)柜均要求設(shè)計有抽屜工作位置、試驗位置、抽出位置三個機(jī)械位置。一是工作位置：抽屜正確插入到位、斷路器閉合，設(shè)備正常工作。二是試驗位置：用于對DCS系統(tǒng)和開關(guān)柜二次控制回路整個通道的回路試驗。該試驗應(yīng)不需要斷開任何端子接線，就可以在被控設(shè)備不動作的情況下進(jìn)行。三是抽出位置：用于開關(guān)柜檢修。

3.開關(guān)柜內(nèi)的“設(shè)備不可用”信號。開關(guān)柜內(nèi)每一個電氣設(shè)備的控制回路都設(shè)計有“設(shè)備不可用”信號，信號內(nèi)包含有不同原因引起的設(shè)備不可用。

表1 “設(shè)備不可用”信息的組合內(nèi)容及說明

二、DCS系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動模塊介紹

設(shè)備驅(qū)動模塊(DCM)是DCS系統(tǒng)直接對現(xiàn)場控制設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的重要設(shè)備，它進(jìn)一步處理來自上一級微處理器的各類設(shè)備控制信息，進(jìn)行各種控制命令的優(yōu)先順序排序，而后，向被控制設(shè)備發(fā)出最終的執(zhí)行命令；同時它將接收開關(guān)柜(現(xiàn)場)的反饋信號，完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制、監(jiān)視、保護(hù)功能。

(一)控制功能。DCM模塊對由控制系統(tǒng)送出的設(shè)備保護(hù)命令(P)、自動控制命令(A)、允許手動操作命令(E)以及手動命令(M)進(jìn)行連鎖控制邏輯運(yùn)算后，發(fā)出最終的用于設(shè)備控制的命令。

DCM模塊控制命令的發(fā)出都是通過RS觸發(fā)器送出，其控制命令的輸出均為保持型。當(dāng)需要脈沖型輸出時，通過反饋狀態(tài)復(fù)位輸出來實現(xiàn)。

從圖1可以看出，只有在診斷出不存在故障信號時，最終控制命令(ON或OFF)方可發(fā)出。

圖1 設(shè)備驅(qū)動模塊的控制模式(故障信息閉鎖控制輸出)

(二)監(jiān)視功能。設(shè)備驅(qū)動模塊(DCM)接受開關(guān)柜(現(xiàn)場)的反饋信號，進(jìn)行邏輯運(yùn)算以達(dá)到對設(shè)備監(jiān)視的目的。

1.不一致信息。DCM模塊始終監(jiān)視著被控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)反饋信息是否與其發(fā)出的控制命令一致。如果沒有控制命令發(fā)出而設(shè)備改變了運(yùn)行狀態(tài)，則DCM模塊將發(fā)出不一致信息到工作站或后備盤。不論DCM輸出命令是否被反饋信號復(fù)位與否，它都始終有此監(jiān)視功能。

2.真實性檢查。DCM模塊始終對被控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)反饋信息的真實性進(jìn)行監(jiān)視。即從開關(guān)柜(現(xiàn)場)反饋回DCM模塊的ON或OFF狀態(tài)不能同時為0或同時為1?？紤]到開關(guān)觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換所必需的時間，真實性檢查信號已設(shè)計有1秒(標(biāo)準(zhǔn)值可調(diào)整)的延時。

3.運(yùn)行時間監(jiān)視。DCM模塊從控制命令發(fā)出瞬間開始計時，如若在要求的時間，正確的設(shè)備狀態(tài)反饋信息沒有接受到，將發(fā)出運(yùn)行時間異常報警信號。

(三)保護(hù)功能。DCM模塊可以對被控設(shè)備進(jìn)行配電回路的供電母線低電壓保護(hù)：即一旦接收到低電壓信號，自動發(fā)出OFF命令對用電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

三、開關(guān)柜與DCS系統(tǒng)執(zhí)行過程中的典型問題分析

(一)“設(shè)備不可用”信息的采集和應(yīng)用?！霸O(shè)備不可用”信息對于核電站的安全運(yùn)行具有重要意義，尤其是部分參與反應(yīng)堆保護(hù)動作的重要設(shè)備，根據(jù)運(yùn)行的要求需要及時向操作員提供“設(shè)備不可用”報警。

1.“設(shè)備不可用”存在的問題。根據(jù)此功能要求，開關(guān)柜內(nèi)設(shè)計了聯(lián)鎖電路，出現(xiàn)設(shè)備不可用信息時，主控制室將不能再啟動該設(shè)備，但仍應(yīng)保留發(fā)出停運(yùn)命令的可能，以便對該設(shè)備進(jìn)行必要的保護(hù)操作。此項目的DCS系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計沒有“設(shè)備不可用”信息輸入端，因此，這個功能要求的實現(xiàn)存在如下問題。第一，設(shè)備驅(qū)動模塊(DCM)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計有“試驗位輸入端”和“故障信號”輸入端。如果不可用信號從故障信號輸入端送入，則該信號將閉鎖控制命令發(fā)出，不能滿足就地試驗控制盒接入插座等工作情況下，仍能從控制室發(fā)出OFF命令對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)控制。第二，設(shè)計要求僅部分“設(shè)備不可用”信息將用作報警，而且既有單個設(shè)備不可用報警，也有多個設(shè)備不可用的組合報警；多數(shù)情況下單個設(shè)備的不可用狀態(tài)僅要求給出一個信息，而不要求報警，不需要操作員的額外確認(rèn)動作。第三，在其產(chǎn)品的目前標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計中沒有考慮生成“設(shè)備不可用”這個綜合信息。

2.解決方法。澄清功能要求，暴露出問題后，各方均提出了解決方法。DCS供貨商提出：應(yīng)修改開關(guān)柜邏輯，將故障信號與試驗信號分別送出以適應(yīng)其設(shè)備驅(qū)動模塊的設(shè)計。經(jīng)分析認(rèn)為：此方案并不解決問題。一是對于泵、風(fēng)機(jī)的設(shè)備驅(qū)動模塊存在試驗位，而對于電動閥門的驅(qū)動模塊不存在試驗位輸入；二是這個修改將引起一系列的修改——修改邏輯圖、修改電纜系統(tǒng)圖、電纜端接圖、運(yùn)行維修文件等。

于是工程師又提出兩個建議：一是使用單獨(dú)的輸入輸出模塊采集此“設(shè)備不可用”綜合信息。這樣既可以解決信號閉鎖控制輸出的問題，又能使該信號不會自動產(chǎn)生報警，額外增加操作員的確認(rèn)工作，同時還能夠方便地進(jìn)行必要的單個或組合報警的實現(xiàn)。二是使用驅(qū)動模塊的試驗狀態(tài)信號輸入端采集“設(shè)備不可用”綜合信息。此方案可以解決信號閉鎖控制輸出的問題，且不會自動產(chǎn)生報警。但它產(chǎn)生的信息是試驗信息，這與設(shè)計院要求不完全符合，需要更改工作站的設(shè)備顯示信息。

對于控制電動閥門的DCM模塊，因為沒有試驗位輸入端，不能采取方案ii,經(jīng)研究，可使002SM在抽屜處于正常工作位、試驗位時打開，確保正常工作位設(shè)備可用，沒有故障信號發(fā)出，設(shè)備正常接收DCS命令；同時在抽屜處于試驗位時，也能正常接收DCS命令對控制通道、開關(guān)柜二次控制回路側(cè)進(jìn)行試驗，可以實現(xiàn)調(diào)試試驗的功能要求。問題得到解決。

(二)DCS系統(tǒng)控制輸入輸出的主要技術(shù)要求。通過上文可以看出，DCS控制系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)計必須首先滿足工程實際的功能需求。盡管DCS系統(tǒng)是一個成熟的系統(tǒng)，已積累了很多的工程經(jīng)驗，控制保護(hù)設(shè)計得比較周密，但針對不同的工業(yè)對象，會有一些特殊的要求。除此以外，為確保設(shè)計合理正確，還應(yīng)注意考慮下面的技術(shù)要求。

1.控制功能要求。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的特點(diǎn)，確定功能實現(xiàn)的方法，確定控制輸出的數(shù)量、輸出類型。

2.隔離功能的要求?？刂苹芈泛碗姎忾_關(guān)柜回路應(yīng)有充分的隔離，以防止一側(cè)的損壞會波及到另一方的安全。隔離既有安全方面的要求，也有電氣本身的要求。安全方面的要求是指信號流的方向只能從核安全等級高的送到安全等級低的設(shè)備，而不能反向。此要求是確保安全級設(shè)備的功能實現(xiàn)。電氣方面的隔離要求主要是指電源隔離等要求，不同回路的電源不能在一個設(shè)備上有交叉而未作隔離。

3.功率匹配的要求。功率匹配是指DCS系統(tǒng)的控制觸點(diǎn)的輸出容量應(yīng)滿足它所分?jǐn)嗟目刂苹芈返膽?yīng)用要求。輸出容量的選擇還應(yīng)考慮分?jǐn)嗟氖亲栊载?fù)載還是感性負(fù)載。

四、結(jié)語

電氣設(shè)備產(chǎn)品不斷地更新?lián)Q代，控制系統(tǒng)更是隨著信息化技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展而日益功能強(qiáng)大，參考電站的一些要求有的是基于當(dāng)時技術(shù)實現(xiàn)的能力提出的，有的是需要進(jìn)一步改進(jìn)提高的。使用了功能強(qiáng)大先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，技術(shù)實現(xiàn)方案有的是可以作出改進(jìn)調(diào)整的。通過核電項目的設(shè)計、建造的深入進(jìn)行，相信必然會對核電站的設(shè)計完善以及設(shè)備制造的進(jìn)步做出一定的貢獻(xiàn)。