彭 飛，朱濤濤

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

秦山核電二期1、2號600MW汽輪發(fā)電機組的數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）采用了美國西屋電氣公司的WDPF II產(chǎn)品，為標準的DCS集散控制系統(tǒng)。在1、2號機組運行期間，該系統(tǒng)因系統(tǒng)設計、邏輯算法、細節(jié)處理、設備老化等方面出現(xiàn)過影響機組運行的故障，在經(jīng)過多次系統(tǒng)改造后，更加完善了DEH系統(tǒng)對機組汽輪氣的調(diào)節(jié)和控制。而近年來，隨著運行時間的延長，機柜電源、DPU、I/O卡等設備故障發(fā)生率較以前有了較大得增加，各工作站的故障也偶有發(fā)生。大部分備件西屋公司已經(jīng)停產(chǎn)，備件的獲取難度也越來越大。

秦山核電二期擴建機組的DEH控制系統(tǒng)采用了西屋公司新一代產(chǎn)品OVATION，該產(chǎn)品為WDPF的升級替代產(chǎn)品。目前，1、2號機組面臨著DEH系統(tǒng)的元器件開始老化，備品備件獲取難度加大等問題，DEH系統(tǒng)升級改造勢在必行，升級后可以減少系統(tǒng)設備保障，提高汽輪機運行安全。

通過秦山核電二期1、2號機組DEH升級改造，發(fā)現(xiàn)許多調(diào)試的問題，通過對調(diào)試問題的總結，對未來其它核電進行的DEH升級改造調(diào)試提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 DEH系統(tǒng)調(diào)試整體介紹

秦山核電二期1、2號機組DEH升級改造調(diào)試主要分為3部分，調(diào)試第一部分為汽輪機現(xiàn)場改造后的調(diào)試，包括油路系統(tǒng)改造后的調(diào)試，系統(tǒng)OPC油壓與AST油壓的調(diào)試；調(diào)試第二部分為不啟動現(xiàn)場就地設備的功能測試和DEH升級改造新增加氣機控制系統(tǒng)設備的功能測試，主要包括系統(tǒng)電源接地試驗、工作站功能調(diào)試、系統(tǒng)I/O功能調(diào)試、跳機回路調(diào)試，手動跳機按鈕調(diào)試等；調(diào)試第三部分為掛閘且主蒸汽隔離閥處于關閉狀態(tài)下的帶現(xiàn)場就地設備啟動的汽機控制系統(tǒng)的性能及功能調(diào)試，包括雙LVDT調(diào)試、汽機閥門動作時間調(diào)試、熱態(tài)功能調(diào)試等。

2 調(diào)試過程

2.1 油路調(diào)試

油路調(diào)試先進行EH油與潤滑油的油沖洗。油沖洗兩輪，每輪油沖洗完成后，化學取樣油質是否合格。油質合格后進入EH油系統(tǒng)耐壓測試，驗證新增相關設備、管路焊縫及管接件。優(yōu)先將安全閥的整定值設置為17.5Mpa，首先在6Mpa平臺查漏觀察10min，無問題后升到10Mpa平臺繼續(xù)查漏觀察10min，再升到15Mpa平臺進行查漏，最后再升到16.675MPa平臺查漏。整個耐壓試驗通過逐漸升壓的方式測試是否有漏點。

OPC是汽輪機的超速保護，通過TDM（OPC）模塊電磁閥實現(xiàn)。當汽輪機轉速達到103%（即3090rpm）或甩負荷時，OPC電磁閥打開，OPC動作，關閉主氣門與再熱調(diào)門。

AST油壓是指汽輪機緊急停機保護，通過TDM模塊電磁閥實現(xiàn)。當汽輪機的某個參數(shù)達到停機值時，TDM模塊電磁閥失電打開，泄去安全油，汽輪機各汽門迅速關閉，保護機組安全。

油路調(diào)試最后通過調(diào)整TDM模塊的針閥來調(diào)整AST油壓，最終需要達到西屋提供的標準AST油壓，大概在OPC母管油壓的85%～90%左右。

最終調(diào)整TDM模塊針閥后，1號機組OPC母管油壓為14.11MPa，AST油壓為12.4MPa；2號機組OPC母管油壓為14.30MPa，AST油壓為12.8MPa。

2.2 I/O通道回路調(diào)試

I/O通道調(diào)試是DEH調(diào)試的第一步，后續(xù)的DEH技改調(diào)式都是在I/O通道回路檢查的基礎上進行的，因此對于調(diào)試者來說必須重視DEH調(diào)試中的I/O通道回路檢查[1]。新增機柜卡件通道精度測試在FAT中已經(jīng)測試合格，就地傳感器也是單獨在技改中校驗，保證設備精度合格。最后，在安裝完成后將整個I/O通道回路全部連接，檢查DEH系統(tǒng)的輸入與輸出信號回路，以及系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信號回路。對于模擬量，通過信號發(fā)生器模擬0%、25%、50%、75%、100%信號，從傳感器源頭加信號進行測試；對于數(shù)字量，通過短接線信號通斷從信號源頭測試。

2.3 新增電超的調(diào)試

DEH升級技改增加一套獨立的電超速保護系統(tǒng)，此套新增電超速與原有電超速保護安裝位置不同。目前，秦山核電二期1、2號機組的電超速系統(tǒng)選用的是盤車位置的3個磁組轉速探頭，新增的電超速保護安裝位置為汽輪機前箱處。新電超速保護裝置作為代替原先機械超速保護裝置的功能，需要獨立于目前送ETS模塊跳機的方式。因此，新增的電超速保護裝置為Woodward公司生產(chǎn)的超速保護模塊 DOPS（Diverse Overspeed Protection）。

圖2 改造后AST電磁閥跳機示意圖Fig.2 Trip diagram of AST solenoid valve after transformation

在冷態(tài)掛閘調(diào)試中，試驗將Woodward DOPS置于試驗模式，在不跳機的情況下單獨測試每一個TDM3電磁閥的動作情況。

分別對3個獨立的module進行測試，進入各自“Auto Simulated Speed Test”，然后各自進行“Start Test”測試。

此試驗程序啟動后，轉速通道的輸入會自動從就地探頭切換為模塊內(nèi)部的頻率發(fā)生器產(chǎn)生的轉速信號，跳機值會自動設定為比真實跳機設定值低100rpm，內(nèi)部頻率發(fā)生器以10rpm/sec的速率模擬轉速上升，直到模擬的轉速超過跳機值而跳機。

在各自獨立的module中顯示“Tripped”，并且在跳機系統(tǒng)油路中可以觀察到對應電磁閥失電，導致滑閥動作。

而當在熱態(tài)調(diào)試中機組轉速在3000rpm時，將每個module設定轉速由3300rpm跳機轉速修改到3050rpm，然后機組轉速提高到3050rpm，觸發(fā)AST跳機模塊電磁閥。在3050rpm機組狀態(tài)下進行的測試，可以避免原先機械超速3300rpm左右跳機帶來不方便且充滿風險，徹底避免機組在高轉速情況下的損傷，也能避免惡性的汽機飛車事故發(fā)生。

2.4 ETS跳機模塊的調(diào)試

危急遮斷系統(tǒng)ETS是在緊急情況下，迅速關閉汽輪機主汽門，切斷汽輪機所有進汽的保護系統(tǒng)[2]。

本次DEH升級技改使用的西屋提供三通道三取二跳機的電磁閥模塊（TDM模塊）。

汽輪機正常運行期間TDM（ETS）模塊上擁有3個電磁閥常開，A1/A2、B1/B2、C1/C2 6個滑閥關閉，每組滑閥由一個電磁閥控制，兩個滑閥之間分別擁有PT1、PT2、PT3 3個變送器，變送器壓力是由于兩端通過節(jié)流孔連接進油管和泄油管，正常運行時產(chǎn)生一個穩(wěn)定的壓力。跳機情況為兩個電磁閥失電，導致一組滑閥前后開啟泄油，如通道1上的B1C1，通道2上的A1C2，通道3上的A2B2機組才會跳機。

ETS跳機信號包含：低EH油壓力、低真空信號、低潤滑油信號、電超速信號、推力瓦磨損信號、外部跳機信號、絕對振動大跳機信號、汽機脹差大跳機信號、相對振動大跳機信號、DEH電源失去都為調(diào)試測試。

其中，EH油壓力信號、真空信號、潤滑油信號三者的跳機方式由原來的4取2壓力開關，更換成了3取2冗余的壓力變送器。3個壓力變送器送模擬量信號分別到DEH機柜獨立的3塊卡件，通過卡件運算進行壓力值顯示，并在邏輯中與設定的跳機值比較，輸出3個跳機開關信號，通過組態(tài)中的3取2模塊輸出一個跳機信號送電磁閥進行跳機，變送器形式的優(yōu)點為：①變送器超差能及時發(fā)現(xiàn)并處理；②簡易在線測試，僅需邏輯中測試，無需通過試驗塊泄油；③操作員能實時查看壓力變化趨勢；④臨界跳機時報警。

ETS跳機模塊的調(diào)試通過強制兩個對應變送器或速度探頭觸發(fā)跳機信號進行測試，滿足條件使機組打閘，并且“first-out status”首先觸發(fā)跳機邏輯報警。汽輪機檢測系統(tǒng)與核島堆功率保護信號送ETS跳機信號，由于為數(shù)字量點并為技改改變，則通過強制D/I點來進行調(diào)試驗證。

2.5 手動跳機按鈕的調(diào)試

手動跳機按鈕的調(diào)試在DEH技改調(diào)試中是非常重要的一部分，一般DEH的手動停機按鈕分別為主控停機按鈕與就地停機按鈕，而就地停機按鈕可以保證在啟機停機或現(xiàn)場有緊急情況時，現(xiàn)場操縱員第一時間根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行緊急停機操作[3]。

升級技改取消手動打閘，拉桿是直接動作，薄膜閥導致泄油跳機，因此新加的就地停機按鈕不送ETS中進行邏輯跳機。就地停機按鈕直接停AST與DOPS電磁閥的供電，使電磁閥失電滑閥動作泄油跳機。另外，考慮到日常期間手動跳機按鈕誤動的風險，主控停機按鈕與就地停機按鈕都選用常開觸點接線方法。

在汽輪機掛閘情況下，測量機柜測TRIP-PB端子排上繼電器R4、R5、R12、R13都處于帶電狀態(tài)，現(xiàn)場按下就地跳機按鈕，按鈕指示燈會通過卡件供電變亮，所有TRIP-PB端子排上繼電器R4、R5、R12、R13都處于失電狀態(tài)，就地TDM1（ETS）、TDM2（DOPS）所有跳機的電磁閥都動作，泄油跳機。確認機組跳機后，將就地跳機按鈕復位，此時可以測量到TRIP-PB端子排上繼電器R4、R5、R12、R13重新處于帶電狀態(tài)。

圖3 手動跳機邏輯示意圖Fig.3 Logic diagram of manual tripping

圖4 調(diào)門雙LVDT結構圖Fig.4 Structure diagram of double LVDT of regulating valve

主控停機按鈕的調(diào)試也是同樣通過按下按鈕改變TRIP-PB端子排上繼電器R4、R5、R12、R13狀態(tài)，從而觸發(fā)電磁閥動作，泄油停機。

2.6 調(diào)門校驗調(diào)試

調(diào)門單LVDT（線性差動變速器）控制方式可靠性低，一旦出現(xiàn)單LVDT故障將直接導致調(diào)門反饋異常，機組可能會出現(xiàn)控制回路開環(huán)或自動控制系統(tǒng)失靈，導致機組負荷波動，造成停機停堆的風險。DEH升級改造中將單LVDT升級為雙LVDT，調(diào)門上裝冗余雙支LVDT，同時需要兩塊RVP閥門控制卡，分別連到MOOG閥的兩組線圈上。運行時只有一塊主的RVP進行計算，給出MOOG閥指令，另一塊RVP只是給出同樣的指令。一旦檢測到主LVDT或卡件故障，能無擾切換備用，提高機組的可靠性與安全性。

汽輪機現(xiàn)場雙LVDT安裝后，開始初次調(diào)門校驗工作。第一步是將調(diào)門兩塊RVP卡件參數(shù)在Ovation Developer Studio（組態(tài)軟件）中設置一致；第二步設置兩塊RVP卡件的主備之分，將RVP-A卡設置成“RVP STATUS”為“PRIMARY”（主控）狀態(tài)，RVP-B卡件設置成“RVP STATUS”為“BACKUP”狀態(tài)；前兩步設置工作完成后就可以進行全行程校驗工作，調(diào)門全行程校驗，優(yōu)先校驗主控RVP-A，校驗完成后將調(diào)門“Top Cal Position”與“Bot Cal Position”參數(shù)下裝到RVP-A卡件中，再以相同方法對備用RVP-B進行全行程校驗[4]。

完成全行程校驗后，進行調(diào)門測試。在控制圖7089中設置“output value”區(qū)域分別輸入25、50、75、100開度，點擊“slew time”設置5s，點擊“slew output”，確認“M/A out”顯示分別為25、50、75、100時，“RVP A DEM”的對應值分別為25、50、75、100左右。同時，在汽機機頭分別確認各調(diào)門處于穩(wěn)定開度狀態(tài)，油動機活塞桿上標記對應開度位置，測量所標記的零位與各開度位置之間的距離。

圖5 調(diào)門控制軟手冊Fig.5 Soft manual of control valve

圖6 秦山核電二期擴建機組TDM模塊中存有雜物Fig.6 Impurities in TDM module of unit 4 in Qinshan No.2 Power Plant

圖7 模擬量輸入卡件提供接線方法Fig.7 Wiring method provided by analog input card

3 調(diào)試問題分析

3.1 油路問題分析

汽輪機相關油路管道在技改施工后存在變動，雖然每根管道與三通在焊接后都用壓空進行過吹掃，但是可能存在小顆粒雜物。在油沖洗時，如果進入閥芯將對調(diào)閥、跳機模塊造成永久損傷。秦山核電二期擴建機組曾經(jīng)在油路管線變動后進行油沖洗工作，造成TDM模塊存留黑色雜物。根據(jù)經(jīng)驗反饋在1、2號機組技改油路調(diào)試第一輪油沖洗時，將3個新增TDM跳機模塊拆除，直接增加短管讓油直接回油進EH油箱，等第一輪油沖洗油質合格后，再進行第二輪沖洗，將3個跳機模塊安裝入系統(tǒng)，但拆除模塊上所有的電磁閥與滑閥，用盲板封堵，通過兩輪油沖洗能將管道中的雜物去除。

3.2 I/O通道調(diào)試問題分析

在實際的I/O通道回路調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)模擬量輸入點存在部分壞點，其中一部分為變送器的無源信號正負接線顛倒導致的通道失效，另外失效的通道，主要原因為有源與無源連接。

有源信號與無源信號一般是針對4mA～20mA電流信號而言。有無源主要看4mA～20mA信號的那臺設備是否有獨立的工作電源，如果有（AC220V或DC24V），則它輸出的信號為有源信號，否則為無源信號。

有源信號的采集主要通過設備輸入接口的正端和負端分別對應4mA～20mA信號源設備的正端和負端就可以了。

對于無源信號的采集，無源信號的那臺設備沒有獨立的工作電源，當它需要輸出4mA～20mA信號時，它的工作電壓需要外部設備來提供。因此，采集信號的設備往往要求有配電功能，如配有DC24V輸出的，當它采集4mA～20mA信號時就可以同時提供DC24V。

失效通道主要是TSI（汽機監(jiān)測保護系統(tǒng)）轉送的4mA～20mA信號，通過萬用表檢查發(fā)現(xiàn)這些通道在TSI端側就供有DC24V有源信號，而西屋公司原本設計為秦山核電二期1、2號機組所有模擬量輸入點全部為無源信號，由ovation卡件供電，所以造成了汽機監(jiān)測保護通道點的失效[5]。

3.3 ETS跳機模塊問題分析

秦山核電二期1號機組運行期間執(zhí)行直流油泵（1GGR004PO）自啟動試驗，運行人員啟動1GGR004PO后，DEH系統(tǒng)中潤滑油母管壓力變送器1GGR901MP、1GGR902MP、1GGR903MP同時升高至0.203MPa，超過變送器量程上限（0.2MPa），觸發(fā)質量位失效信號（質量位設定值0.2025MPa）機組跳機。

信號質量位是對信號質量好壞的判定，為控制系統(tǒng)在判斷輸入信號可能失效的情況下如何應對處理提供依據(jù)。比如，變送器故障、通訊故障、卡件故障等都會使信號失效或不可靠，為應對信號失效，數(shù)字控制系統(tǒng)一般都會進行信號質量判斷及應對處理。

DEH涉及質量位保護為MEDINSEL算法塊，其中的MRE路為質量位路徑在算法塊中有3種情況能觸發(fā)質量位1.3個信號同時失效時質量位變1，2.3個信號之間兩兩偏差超過模塊設定值時質量位變1，3.1個信號失效，剩余兩個信號偏差超過模塊設定值時質量位變1。這3種情況都可能觸發(fā)質量位停機。

在啟機3000 rpm平臺測試直流油泵（1GGR004PO）自啟動試驗，通過變送器測量直流油泵啟動時驗證了潤滑油母管的最高壓力可達0.203MPa。考慮到可能最壞情況交直流泵同時啟動，潤滑油壓可能最高為0.5MPa。因此，將GGR901/902/903潤滑油壓變送器的量程由0.2MPa修改為0.4MPa。將高失效電流由大于20.2mA修改為大于25mA，機組只有超過0.525MPa時機組才會觸發(fā)質量位。

圖8 質量位跳機邏輯Fig.8 Quality bit trip logic

3.4 調(diào)門校驗問題分析

秦山核電二期調(diào)門LVDT本身由鐵芯與線圈組成，線圈有一個初級線圈和兩個次級線圈組成，初級線圈、次級線圈分布在鐵芯的左右兩側，鐵芯內(nèi)部有一個可自由移動桿狀銜鐵。當銜鐵處于中間位置時，兩個次級線圈產(chǎn)生的感應電動勢相等，此時輸出電壓為0；當銜鐵在線圈內(nèi)部移動并偏離中心位置時，兩個初級繞組產(chǎn)生的感應電動勢不等，有電壓輸出，其電壓大小取決于位移量。為提高傳感器靈敏度，改善傳感器線性度，增大傳感器線性范圍，設計時將兩個次級線圈反串相接（電壓極性相反），LVDT輸出電壓是其電壓之差，且與鐵心位移量成線性關系。

秦山核電二期1號機組在校驗調(diào)門中，由于未定位中心點導致各調(diào)門的行程不同，并且在DEH中“Top Cal Position”與“Bot Cal Position”偏差較大，針對這個情況制定新的方法進行校驗。

在調(diào)門校驗開始前，新增一步固定調(diào)門的全行程范圍。由于本廠油動機全行程為310mm，為了保證調(diào)門使用線性最好的區(qū)域校驗，在安裝時需要優(yōu)先測量兩次線圈的電壓值，拉動鐵芯當銜鐵與兩次級線圈所產(chǎn)生的電壓值相等時，此位置為調(diào)門開度50%，則鐵芯向下移動155mm為調(diào)門開度0%，向上移動155mm為調(diào)門開度100%。在確定好0與100%位置后就可將LVDT鐵芯固定，完成準備工作后就可以進行全行程校驗。

秦山核電二期1號機組調(diào)門最終開度位置數(shù)據(jù)見表1。

表1 秦山核電二期1號機組調(diào)門最終開度位置數(shù)據(jù)Table 1 Final opening position data of control valve for unit 1 of Qinshan Nuclear Power phase II

4 結論

DEH系統(tǒng)是本廠重要的汽機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)，DEH的穩(wěn)定與否，直接關系到電廠的穩(wěn)定和安全。本文結合DEH升級改造調(diào)試經(jīng)驗，從汽機油路調(diào)試、I/O通道回路測試、手動跳機按鈕的調(diào)試、調(diào)門校驗調(diào)試，及新增電超的調(diào)試等方面進行了探討，改造后對機組在穩(wěn)定性、安全性、可靠性上將有很大的提升。

DEH系統(tǒng)調(diào)試方法不拘一格，從邏輯與工藝出發(fā)，摸索出一套行之有效適合于本廠現(xiàn)場條件的調(diào)試方法，為秦山核電二期1、2號機組DEH調(diào)試積累了寶貴的調(diào)試經(jīng)驗。