魏紹帥，時中政

（中國核電工程有限公司 華東分公司 調(diào)試部，浙江 嘉興 314000）

0 引言

華龍一號壓水堆機組中，余熱排出系統(tǒng)（RHR）的主要功能是在電廠停堆期間，在經(jīng)蒸汽發(fā)生器初步冷卻和降壓后，從堆芯和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)排出熱量，將反應(yīng)堆冷卻劑的溫度從180℃降至60℃。在達(dá)到冷停堆工況時，RHR系統(tǒng)能將反應(yīng)堆冷卻劑溫度維持在冷停堆工況，并可滿足換料和維修操作所需要的持續(xù)時間。

余熱排出系統(tǒng)的主管道連接反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的環(huán)路2熱段，反應(yīng)堆冷卻劑經(jīng)余熱排出系統(tǒng)主管道的熱交換器后，溫度降低，再被送回至反應(yīng)堆冷卻劑環(huán)路1冷段和環(huán)路3冷段。余熱排出系統(tǒng)分為兩列，RHR024VP、RHR025VP分別為余熱排出系統(tǒng)的兩列主管道上的氣動調(diào)節(jié)閥。余熱排出系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)這兩個閥門的開度來控制通過熱交換器的反應(yīng)堆冷卻劑的流量，進(jìn)而控制對一回路冷卻劑的余熱導(dǎo)出速度。

圖1 RHR024VP組態(tài)圖Fig.1 RHR024VP Configuration diagram

對現(xiàn)場設(shè)備的控制，華龍一號機組采用了全數(shù)字化的DCS控制系統(tǒng)。其中，主控室的電廠計算機信息和控制系統(tǒng)主要承擔(dān)電廠的數(shù)字化控制任務(wù)，但在核電站的總體設(shè)計中考慮到了全部失去電廠計算機信息和控制系統(tǒng)的可能性。因此，在主控室內(nèi)設(shè)置了后備盤（BUP），作為失去主控室畫面控制的后備操作手段。在主控室畫面不可用期間（無論是計劃的或非計劃的不可用），在任何機組工況條件下（含正常工況及事故工況），后備盤都可將機組維持在安全狀態(tài)或帶入并維持到安全狀態(tài)[1]。

在主控室畫面和BUP均可實現(xiàn)對RHR024VP、RHR025VP閥門的控制?，F(xiàn)場在進(jìn)行調(diào)試RHR024VP的過程中，單體調(diào)試閥門動作正常，連同DCS系統(tǒng)一起調(diào)試時，產(chǎn)生了非預(yù)期的故障現(xiàn)象。

1 故障現(xiàn)象

1.1 閥門控制指令與閥門動作不一致

根據(jù)氣動閥執(zhí)行機構(gòu)的正反作用和閥門結(jié)構(gòu)的不同組裝方式，常見氣動閥一般分為氣開型和氣關(guān)型。其中對于氣關(guān)型閥門，當(dāng)進(jìn)入氣動閥氣缸的壓縮空氣增加時，閥門向關(guān)閉方向動作[2]。RHR024VP的設(shè)計要求是閥門故障（供電故障和供氣故障）時，閥門保持原位，且最終安全位置為開啟狀態(tài)。因此，閥門為進(jìn)氣關(guān)閉閥門。即當(dāng)主控室畫面發(fā)出開度為0%的控制指令時，閥門應(yīng)全開。但給閥門供電供氣后，主控畫面發(fā)出0%的控制指令后，閥門全關(guān)，與設(shè)計要求不符。

1.2 控制指令突變

在對RHR024VP進(jìn)行失氣保持驗證時，在主控室畫面發(fā)出開度為50%的控制指令。經(jīng)過一段時間，主控畫面控制指令變?yōu)?00%。經(jīng)調(diào)取主控畫面操作記錄，未發(fā)現(xiàn)主控畫面操作歷史，調(diào)取控制指令趨勢，發(fā)現(xiàn)控制指令從50%開度變?yōu)?00%開度，歷時約1s。而在主控室畫面操作，控制指令從50%變?yōu)?00%，歷時約15s。

2 故障分析

2.1 閥門控制指令與閥門動作不一致分析

華龍一號的非安全級DCS采用西門子SPPA-T2000平臺，RHR024VP的一層組態(tài)采用SP模塊+PID模塊+CCON模塊來實現(xiàn)對閥門的遠(yuǎn)程控制。其組態(tài)圖如圖1所示。

一般情況下，當(dāng)主控畫面發(fā)出0%開度指令時，SP模塊的輸出為0，PID的輸出模塊也為0，CCON模塊將其轉(zhuǎn)換為4mA信號送往閥門電氣轉(zhuǎn)換器。閥門的電氣轉(zhuǎn)換器將4mA信號轉(zhuǎn)換為供氣壓力最小值（0.2bar），閥門關(guān)閉。

RHR024VP為進(jìn)氣關(guān)閉閥門，即當(dāng)供氣壓力最小時（0.2bar），閥門應(yīng)處于全開狀態(tài)。而DCS一層組態(tài)的默認(rèn)設(shè)置為：當(dāng)主控畫面發(fā)出0%控制指令后，AO卡件輸出4mA至閥門電氣轉(zhuǎn)換器，此時閥門供氣壓力最小，閥門關(guān)閉，與設(shè)計要求的閥門進(jìn)氣關(guān)閉不符。

2.2 控制指令突變分析

RHR024VP除了可以在主控畫面操作以外，還可以通過BUP操作。設(shè)備在主控畫面控制失效時，在BUP可以實現(xiàn)對設(shè)備的控制[3]。通過多次試驗排查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DCS的控制權(quán)限從主控畫面切換至BUP控制時，閥門的控制指令會產(chǎn)生突變。RHR024VP無自動控制模式，只有主控畫面手動控制模式和BUP控制模式。一層組態(tài)中該閥門的SP模塊的輸出去往PID模塊，而SP模塊的跟蹤值取自PID模塊的輸出值“Y”。當(dāng)閥門由主控畫面手動控制模式切換為BUP控制模式時，SP模塊將跟蹤值“Y”輸出給PID模塊，以實現(xiàn)切換前后閥門狀態(tài)一致，即實現(xiàn)閥門無擾切換。

由于SPPA-T2000平臺的特性，SP模塊的閾值范圍為0～100，PID模塊的閾值范圍為0～10000。因此，從PID模塊輸出值“Y”送往SP模塊前，需經(jīng)過量程等比例換算處理。一層組態(tài)中，量程等比例換算系數(shù)設(shè)置為100，即PID模塊的輸出值“Y”放大100倍后送至SP模塊的跟蹤值，此時跟蹤值（5000）已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過SP模塊的閾值上限，故SP模塊輸出量程上限100至PID模塊。但此時為主控畫面手動控制模式，該跟蹤值不起作用。當(dāng)RHR024VP閥門的控制權(quán)限由主控畫面切換至BUP控制室，該跟蹤值開始起作用，SP模塊輸出量程上限100至PID模塊，PID模塊輸出10000（對應(yīng)100%開度），導(dǎo)致閥門全開。

3 解決方案

3.1 閥門控制指令與閥門動作不一致解決方案

根據(jù)上文分析的結(jié)果，閥門控制指令與閥門動作不一致需從信號取反角度進(jìn)行處理。有兩種方案可以實現(xiàn)：

第一種方案：在DCS組態(tài)中將信號取反。CCON模塊的YREV參數(shù)可以實現(xiàn)輸出信號取反的功能，將其設(shè)置為“Reverse manipulated variable YA”，即可實現(xiàn)當(dāng)PID模塊的輸出為0時，CCON模塊的輸出為最大值20mA；當(dāng)PID模塊的輸出為10000時，CCON模塊的輸出為最小值4mA。

DCS組態(tài)中參數(shù)設(shè)置完成后，當(dāng)主控畫面發(fā)出0%的控制指令后，SP模塊和PID模塊的輸出均為0，CCON模塊閥門的輸出為20mA，電氣轉(zhuǎn)換器將20mA信號轉(zhuǎn)換為最大供氣壓力，閥門全開。同樣，當(dāng)主控畫面發(fā)出100%的控制指令后，SP模塊和PID模塊的輸出均為最大值，CCON模塊的輸出為4mA，閥門電氣轉(zhuǎn)換器將4mA信號轉(zhuǎn)換為最小供氣壓力，閥門全關(guān)。

但是這種方案引來了一個新的問題：RHR024VP的主控畫面控制指令顯示與BUP盤上的控制指令顯示不一致。因為該閥門的控制指令從CCON模塊送往閥門電氣轉(zhuǎn)換器的同時，也送往BUP顯示。當(dāng)主控畫面發(fā)出0%的控制指令后，CCON模塊的輸出為20mA，BUP盤臺上的顯示為滿量程100%。

第二種方案：在RHR024VP閥門的定位器處將擋板組件從正作用區(qū)調(diào)至反作用區(qū)，即，當(dāng)電氣轉(zhuǎn)換器輸出最小供氣壓力時，定位器將使閥門全開。當(dāng)主控畫面發(fā)出0%的控制指令后，CCON模塊的輸出為4mA，BUP接收4mA信號顯示0%，同時閥門電氣轉(zhuǎn)換器接收4mA信號并將其轉(zhuǎn)換為最小供氣壓力，由于定位器在反作用區(qū)，閥門全開。

綜合兩種解決方案，可以看出由于RHR024VP閥門控制指令同時送主控畫面和BUP進(jìn)行顯示，第二種方案更合適。當(dāng)閥門控制指令不送BUP顯示時，兩種方案均可實現(xiàn)閥門進(jìn)氣關(guān)閉功能。

3.2 控制指令突變解決方案

通過上文分析，閥門控制指令突變的原因為PID模塊輸出至SP模塊時，其量程等比例換算關(guān)系不合適導(dǎo)致。因此，將SP模塊的輸入端的量程等比例換算系數(shù)修改為與其量程匹配的值即可解決該問題?，F(xiàn)場將其系數(shù)由100修改為0.01后，閥門控制權(quán)限由主控畫面切換至BUP控制，閥門可以實現(xiàn)無擾切換。

4 結(jié)束語

氣動調(diào)節(jié)閥的調(diào)試相比于電動閥和電磁閥更為復(fù)雜，在現(xiàn)場調(diào)試過程中遇到氣動調(diào)節(jié)閥的控制故障問題時，要結(jié)合控制系統(tǒng)本身的特性及設(shè)計要求，對故障問題進(jìn)行分析解決。本文針對氣動調(diào)節(jié)閥的兩個故障問題，從SPPA-T2000平臺的組態(tài)特性出發(fā)，結(jié)合設(shè)計要求，分析出問題產(chǎn)生的原因，并針對性地提出了解決方案。其解決問題的思路對后續(xù)氣動調(diào)節(jié)閥的缺陷處理具有指導(dǎo)意義。