為了保持控制器輸出信號(hào)不突變，避免干擾系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通常采用無干擾切換。無干擾切換技術(shù)是指兩個(gè)相同的控制設(shè)備（或電路），一個(gè)控制設(shè)備（或電路），另一個(gè)控制設(shè)備（或電路）備用，切換備用設(shè)備（或電路）。由于兩個(gè)控制設(shè)備（或電路）相同，在切換過程中沒有干擾和突變。

在核電廠，化學(xué)和體積控制系統(tǒng)通過充電和排放保持穩(wěn)壓器中的液位在額定設(shè)計(jì)變化范圍內(nèi)。排放背壓調(diào)節(jié)閥位于化學(xué)和體積控制系統(tǒng)排放管段的壓縮孔板后，其作用是控制排放壓力。當(dāng)反應(yīng)堆滿水時(shí)，閥門可以控制反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的壓力。該閥為核安全3級(jí)。秦山一期核電站采用主、雙回路控制排放背壓調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換；但在實(shí)際應(yīng)用中，主、控制模式無法控制閥。

1 下泄壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)原理

為了達(dá)到控制降壓孔板信號(hào)控制閥達(dá)到一定開度，達(dá)到控制壓縮孔板后達(dá)到一定壓力的目的。無擾動(dòng)切換是下壓力調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換，系統(tǒng)采用主控制和控制電路，控制系統(tǒng)原理圖和控制系統(tǒng)接線圖如圖1和圖2所示。

圖1

控制系統(tǒng)由壓力傳感器、信號(hào)隔離器（信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊）、可編程控制器（調(diào)節(jié)卡）、跟蹤卡、手動(dòng)選擇開關(guān)、固態(tài)邏輯組件、繼電器邏輯組件包和主控制選擇開關(guān)組成。

固態(tài)邏輯組件由門電路組成，將開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；繼電器邏輯組件包括根據(jù)輸入觸點(diǎn)開關(guān)和關(guān)閉輸出觸點(diǎn)的繼電器和四個(gè)觸點(diǎn)。

壓力傳感器測(cè)量下泄管段孔板后的壓力值，測(cè)量值為4~20mA信號(hào)被信號(hào)隔離器隔離后，發(fā)送到主控和應(yīng)控兩回路。

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在主控回路中，4~20mA測(cè)量值通過I/V將模塊轉(zhuǎn)換為信號(hào)，輸入主控調(diào)節(jié)卡。主控調(diào)節(jié)卡首先將測(cè)量值與預(yù)期值差，然后將差值差PID操作。調(diào)節(jié)卡的輸出由手動(dòng)選擇開關(guān)控制。當(dāng)手在自動(dòng)位置自動(dòng)選擇開關(guān)時(shí)，調(diào)節(jié)卡直接輸出到繼電器邏輯組件2 端；當(dāng)手在手動(dòng)位置自動(dòng)選擇開關(guān)時(shí)，設(shè)置的電流源輸入繼電器邏輯組件2 端，然后由2-端輸出控制下的背壓調(diào)節(jié)閥。該系統(tǒng)使用繼電器邏輯組件的端子1 、2 、2-、3 、5和6。1 端連接控制主控制開關(guān)，2 端連接主控制調(diào)節(jié)卡，3 端連接控制調(diào)節(jié)卡，5端通過固體邏輯組件連接控制跟蹤卡，6端通過固體邏輯組件連接控制跟蹤卡，2-端輸出信號(hào)通過信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊連接到控制閥。5端和6端的電平始終相反。當(dāng)端子5電壓為15時(shí)V與之連接的主控跟蹤卡無跟蹤功能；此時(shí)，6端電壓為0V，應(yīng)控跟蹤卡具有跟蹤功能，跟蹤主控調(diào)節(jié)卡的輸出。相反，如果5端電壓為0V，主控跟蹤卡工作，跟蹤調(diào)節(jié)卡輸出；6端電壓為15V，控制跟蹤卡不工作。

圖2

正常情況下，系統(tǒng)在主控模式下運(yùn)行。此時(shí)，2 、2-為常閉觸點(diǎn)，3 、2-為常開觸點(diǎn)，6端為低電，觸發(fā)應(yīng)控跟蹤卡工作。應(yīng)控跟蹤卡的輸入引入自繼電器邏輯組件2-端，輸出到3 端，使2 端和3 端電位相同，實(shí)現(xiàn)跟蹤主控調(diào)節(jié)卡的功能。

當(dāng)主控制開關(guān)達(dá)到控制模式時(shí)，3 、2-接觸關(guān)閉，2 、2-接觸打開。由于3 和2 電位相同，可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)開關(guān)。在控制模式下，6端為低電平，觸發(fā)主控制跟蹤卡與控制調(diào)節(jié)卡的協(xié)調(diào)。2 端和3 端電位相同，確保無擾動(dòng)開關(guān)。

但在任何時(shí)候，系統(tǒng)只能在一種模式下工作，只能有。

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二 存在的問題

2.1 問題描述

核電廠運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)下控制閥前壓力偏差、下控制閥前壓力高報(bào)警，下控制閥故障全關(guān)閉，主控制手動(dòng)無法打開。切換到控制模式仍然無法操作。指導(dǎo)維護(hù)人員更換控制電路跟蹤卡后，下壓力調(diào)節(jié)閥的主控制和手動(dòng)開關(guān)正常。

2.2 問題分析

事故發(fā)生后，主控跟蹤卡發(fā)生故障，驅(qū)動(dòng)輸入端電位始終為10V。應(yīng)控跟蹤卡輸入端和繼電器邏輯組件的輸入端電位鉗為10V。該問題的背后反映出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在下列深層原因：

1)功能冗余，部分設(shè)備可刪除。固態(tài)邏輯組件的功能是將繼電器邏輯組件輸出(5 、5-、6 、6-)的開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后發(fā)送到跟蹤卡(3 、3-)。然而，跟蹤卡內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)可以將開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。因此，可以刪除固態(tài)邏輯組件的冗余功能。

2）主控和應(yīng)控雙控模式不是備用關(guān)系。當(dāng)核電廠正常運(yùn)行時(shí)，操作員在主控制室監(jiān)控和操作設(shè)備。應(yīng)急控制室需要跟蹤主控制室，以實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。只有當(dāng)主控制室不可用時(shí)，才能切換到應(yīng)急控制室。此時(shí)，操作員將電廠引入安全停車狀態(tài)。在原設(shè)計(jì)中，主控制室跟蹤應(yīng)控室調(diào)節(jié)器的輸出是為了實(shí)現(xiàn)無干擾切換。但實(shí)際上，當(dāng)核電廠在應(yīng)控模式下工作時(shí)，表明主控制室不能使用。因此，主控制室無需跟蹤應(yīng)控室控制器的輸出值。刪除主控制跟蹤卡，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，降低電路故障率。

3)跟蹤卡值不當(dāng)，容易導(dǎo)致電位鉗。原系統(tǒng)將兩個(gè)跟蹤卡的值、繼電器邏輯組件的輸出端和下泄壓調(diào)節(jié)閥的輸入端連接在一起。任何故障都很容易導(dǎo)致電位鉗，使控制電路短路，導(dǎo)致主控制和手動(dòng)無法控制。

因此，跟蹤卡的值應(yīng)選擇在適當(dāng)?shù)奈恢茫挥绊懴到y(tǒng)的無擾動(dòng)切換。

3 改進(jìn)方案

針對(duì)上述問題，制定以下改進(jìn)方案：

1)刪除主控跟蹤卡。主控室無需跟蹤應(yīng)控室，因此刪除主控跟蹤卡。

2)刪除固態(tài)邏輯組件。本系統(tǒng)選擇Foxboro公司生產(chǎn)的2AX DSS型固態(tài)邏輯組件。組件內(nèi)部電路的輸入端有 15V電壓可以將開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。因此，固態(tài)邏輯組件可以刪除。繼電器邏輯組件6 和6-端直接連接到應(yīng)控跟蹤卡的3 和3-端。

3)跟蹤卡的值選擇在調(diào)整卡的輸出端。控制跟蹤卡的驅(qū)動(dòng)輸入端1 直接連接到主控制調(diào)節(jié)卡的輸出端2 。此舉避免了多點(diǎn)交叉電位鉗和控制電路短路。

改進(jìn)后，下泄壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)原理圖和控制系統(tǒng)接線圖如圖3和圖4所示。將圖1、圖2與圖3、圖4進(jìn)行比較，改進(jìn)后的下泄壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換，簡(jiǎn)化設(shè)備，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低故障概率。

圖3 改進(jìn)后下泄壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)原理圖

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圖4 改進(jìn)后的下泄壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)接線圖

4 驗(yàn)證總結(jié)

秦山一期核電站原設(shè)計(jì)的下泄壓調(diào)節(jié)閥具有無擾動(dòng)切換的功能，但在實(shí)際運(yùn)行中，由于電位鉗導(dǎo)致主控?zé)o法工作。

針對(duì)這一問題，本文分析了故障的原因，提出了改進(jìn)方案，刪除了固態(tài)邏輯門電路，刪除了主控制跟蹤卡，簡(jiǎn)化了設(shè)備，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)；并將跟蹤卡的值轉(zhuǎn)移到調(diào)整卡的輸出端，以避免電壓被夾住。

改進(jìn)后的下泄壓調(diào)節(jié)閥控制方案不僅保證了原有的功能和優(yōu)點(diǎn)，而且簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了設(shè)備，從而降低了故障率。改進(jìn)方案在秦山一期核電站運(yùn)行良好。