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資訊技術 / 儀表只知識

某核電廠主給水液體渦輪流量計信號通道單一故障分析與變更

發布時間:2019-09-10  發布作者:

【摘要】介紹了某核電廠主給水流量控制系統液體渦輪流量計的功能,介紹了信號通道原設計的特點,分析原信號通道設計在供電、卡件、防火分區方面的單一故障缺陷,進行了有針對性的通道變更設計,經過現場實施和驗證,消除了單一故障隱患。
 
0 前言
某核電廠主給水流量控制系統向蒸汽發生器供應給水并且通過給水流量調節站調節給水流量,以將蒸汽發生器水位維持在一個隨汽機負荷變化的整定值上。在每個給水環路上配置了2塊寬量程流量表和1塊液體渦輪流量計,液體渦輪流量計主要承擔未能緊急停堆的預期瞬態(ATWT)保護和安全專設保護功能,未能緊急停堆的預期瞬態響應是指在堆功率大于某一定值時,若窄量程流量低,將觸發反應堆停堆保護;安全專設保護功能指在蒸汽發生器液位低低時,若窄量程流量低,將啟動汽動和電動輔助給水泵,以緩解二回路供水能力的不足,帶走堆芯熱量。ARE049/050/051MD分別測量主給水環路1、環路2、環路3窄量程流量。根據原廠家設計,三個傳感器信號送同一保護通道(IVP),三個傳感器均由單一LND母線供電,且三個傳感器端接在同一端子排,通過同一IO卡件送保護系統。根據RPRLD21,當三個傳感器出現三取二邏輯低報(或質量位)且RPN中間量程高于30%時,將誤觸發ATWT信號,給機組穩定運行帶來較大風險。
 
1 主給水流量控制系統液體渦輪流量計通道分析
1.1 液體渦輪流量計的工藝系統功能
1.1.1 未能緊急停堆的預期瞬態(ATWT)保護[2]
當堆功率大于30%,液體渦輪流量計在低于6%NF或質量位觸發時,經過2/3邏輯觸發ATWT保護,使反應堆停堆。
1.1.2 啟動輔助給水泵的安全專設邏輯
在蒸汽發生器液位低低時,若液體渦輪流量計在低于6%NF或質量位觸發時,經過1/3邏輯觸發安全專設邏輯,啟動電動或汽動輔助給水泵。
 
1.2信號通道設計特點
1.2.1上游設計輸入
根據系統手冊LD6.2SH4/5/6,液體渦輪流量計信號先進入1E級DCS控制柜,經過信號分配卡件將輸入信號分為兩路,一路進入1E級控制柜參與保護邏輯運算,一路進入NC+機柜參與ATWT邏輯運算。
 
1.2.2信號通道回路設計
根據上游設計文件,液體渦輪流量計的信號需同時送給Tricon服務器機柜卡件、保護機柜卡件、隔離機柜卡件。因就地儀表采用2線制接線,需機柜側向變送器提供工作電源,機柜側電源串入變送器、3721AI卡件、隔離分配器輸入端,隔離分配器由供電模塊進行單獨供電,隔離分配器的輸出端信號、保護機柜卡件、隔離箱卡件串聯在一起。
 
2單一故障分析
2.1單一故障準則單一故障準則是反應堆保護系統應該遵循的設計原則,以保證系統配置有足夠的冗余度,保證不會因為單一部件故障而喪失保護功能,提高系統可靠性[1]。
 
2.2供電單一故障
廠家原設計,ARE049MD/050MD/051MD均設計在IVP通道,接線端子均設計為KCS041AR-121BN。因IVP通道相關保護機柜上游供電均為LND,當LND失電時會導致3塊窄量程儀表同時失效。3塊儀表均端接在同一個端子,該端子的供電來自同一個電源模塊,每個端子按排列順序有規律地進行串接,當某個串接點出現斷點情況,3塊變送器存在同時失電的潛在隱患。儀表供電失去后,將可能觸發反應堆停堆邏輯。
 
2.3卡件單一故障
根據廠家原設計,3個窄量程流量信號均送往Tricon服務器機柜KCS043AR,輸入端子均為131BN。若該機柜的131BN-3721N卡件失效,會造成3個信號同時失效。
在KCS041AR內部,3個窄量程流量信號均送往同一個AIN卡件,卡件編號為121BN-3721N,當出現卡件供電失效或卡件故障等現象時,會造成3個窄量程流量信號同時失效。
 
2.4防火分區單一故障
根據原廠家設計,3個液體渦輪流量計的信號回路均為KCS041AR/KCS043AR/KCS043CR,這3個機柜均安裝在同一房間(W602),若該房間發生火災造成電纜斷裂、卡件損壞等異常事件,將直接導致3個信號通道的質量位同時觸發,造成反應堆停堆。
 
3通道變更設計
機組正常運行時,LND電源、IO卡件、防火分區單模故障時,將觸發ATWT信號。將AER049MD、AER050MD、AER051MD分別送不同通道的保護機柜,可規避單模故障觸發ATWT和安全專設邏輯通道失效的問題。
 
3.1通道變更設計
變更前:ARE049MD/050MD/051MD均信號送至KCS041AR(IVP,第四保護通道)。三個信號送同一機柜,上游供電方為LND,且處于同一防火分區(W602房間)。
變更后:
1)ARE049MD由IP機柜(KCS011AR,W609房間)供電,供電方為LNA。
2)ARE050MD由IIIP機柜(KCS031AR,W603房間)供電,供電方為LNC。
3)ARE051MD保持不變,由IVP機柜供電,供電方為LND。
三個信號分別送不同的機柜和端子,處于不同防火分區,極大提高抗風險能力。
本次變更擬為AER049MD、050MD重新敷設電纜,分別由MX8.5米敷設至3W609房間、3W603房間,AER051MD不用變更。防火分區分散至3SFZW0680B,3SFZW0682A和3SFZW0683A。
 
3.2ARE049MD通道變更(ARE050MD不作介紹)
3.2.1敷設傳感器至1E機柜電纜。
電纜起點為MX501房間,AER049MD,終點為3W609房間,KCS011AR。電纜類型為1P0010TBF。
3.2.2新電纜端接。
根據電纜端接文件,新電纜端IV線芯接至KCS011AR-122BN的20A-,R線芯接至KCS011AR-122BN的20A+。
3.2.3KCS011AR至KCS013AR電纜端接
利用原有電纜的備用線芯:電纜編號為KCSM0451的第二對線芯,始端為KCS011AR-122BN,20B+、20B-,末端為KCS013AR-132BN,17A+、17-。
 
3.2.4KCS011AR至KCS015CR電纜端接
利用原有電纜的備用線芯:電纜編號為KCSM0160的第四對線芯,始端為KCS011AR-122BN,20C+、20C-,末端為KCS015CR-TBC01BN,37U、37L。
 
3.2.5KCS015CR至KCP417AR電纜端接
利用原有電纜的備用線芯:電纜編號為KCPM0305的第三對線芯,始端為KCS015CR-TBC02BN-37,5+、6-,末端為3KCP417AR-301BN,B01、A01。
 
 
3.3變更前后對比
 
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變更實施后各信號可得到較大分散,消除單一故障風險。
 
4結論
本文介紹了ARE液體渦輪流量計的通道設計原理,分析了ARE液體渦輪流量計通道在供電、卡件、防火分區上的單一故障隱患,進行通道變更是非常必要的。在設計通道變更方案時,將3個流量表中的2個分散至1P和ⅢP,并設計了詳細的電纜端接清單,實現了通道變更的目標,消除了單一故障。上述設計方案已在該核電廠大修中實施完成,極大提高了系統可靠性。本文可為相關保護系統設計、出廠測試、生產運行等各階段的單一故障問題提供有力的參考。

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