一种实现核电站超压保护功能的方法与流程

本发明涉及压水堆核电站仪控技术领域，尤其涉及一种实现核电站超压保护功能的方法。

背景技术：

目前，与核电站超压保护功能的相关技术，比如采用模拟技术或PLC（可编程控制器）实现的超压保护装置、通过温度控制来实现超压保护的方法等。但是，上述已有产品技术及方法需要额外配置相应的仪控设备，如控制模块、IO模块等，与核电站本身的控制系统不兼容，还因额外购置仪控设备而导致增加了成本；普遍使用的如PLC方案，仅能实现超压保护功能，不能提供功能丰富的人机界面。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种不需要额外添置仪控设备的实现核电站超压保护功能的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种实现核电站超压保护功能的方法，包括：

步骤S1，获取超压保护装置的功能需求；

步骤S2，根据所述功能需求评估实现超压保护功能的软硬件需求；

步骤S3，根据所述软硬件需求对核电站数字化仪控系统作可行性分析，确定超压保护装置方案。

其中，所述步骤S1中获取的超压保护装置的功能需求包括：试验压力不小于反应堆压力容器设计压力的1.2倍、试验过程需要在多个压力平台停留以便执行相关的试验活动、在各个压力平台的压力保护定值不同并且达到不同的压力平台前相应的保护定值要进行切换、在试验过程中可根据情况实现手自动的泄压保护以及系统设备状态的监视。

其中，所述步骤S2中软件需求具体是指逻辑组态、数据库组态以及画面的组态，硬件需求是指超压保护需要多个冗余的压力表或压力变送器来测量压力以及泄压阀门等执行机构提供保护，所述压力表或压力变送器具有不同测量范围。

其中，所述步骤S2还包括：根据所述软硬件需求确定需要参与保护系统的仪表和泵阀门的数量及其地理位置、系统的输入输出点数，包括模拟量输入输/出信号、开关量输入/输出信号，各类型信号的数量。

其中，所述步骤S3中可行性分析具体是指核电站数字化仪控系统是否具备可扩展性，结合机组状态分析是否具备实施软硬件修改的窗口、实施窗口下相关作业的风险分析和隔离措施、工期的评估以及对机组状态的影响。

其中，所述超压保护装置方案具体包括LEVEL0层仪表、泵组和阀门的信号端接，LEVEL1层逻辑组态，LEVEL2层画面组态三部分，其中，LEVEL0层包括探测一回路压力信号的变送器仪表、执行升压泄压的泵组及阀门，LEVEL1层包括压力信号的采集、执行机构指令的输出以及超压保护的逻辑实现、保护阈值切换；LEVEL2包括显示超压保护装置相关变送器仪表和泵阀的状态，以及相关的操作界面。

其中，LEVEL0层进行信号端接时，根据核电站数字化仪控系统机柜的现场布置及I/O模块在各机柜的分配，选择所有参与的信号均可在同一个机柜内进行运算和输出、柜间电缆数量少、无需额外敷设从反应堆厂房至电气厂房的电缆的机柜。

其中，所述方法还包括：对选择的机柜进行清空下装，所述清空下装是指将新的控制程序代码写入控制器内存中，以覆盖控制器原有的控制程序代码并复位存储的实时运行数据。

其中，在执行所述清空下装前对控制器有关的执行机构进行隔离操作。

其中，所述超压保护装置方案中超压保护装置包括：

系统自带的高精度活塞式压力计，用于提供标准压力比对；

系统自带的差压式压力传感器，用于测量一回路压力与标准压力差值；

系统自带的静压式压力传感器，用于测量一回路压力；

额外添加的静压式压力传感器，具有宽量程，用于水压试验期间一回路压力检测和监视；

额外添加的静压式压力传感器，具有窄量程，用于水压试验期间一回路压力检测和保护；

额外添加的就地显示压力计，用于就地显示测量的压力；

系统自带的泄压阀，用于执行一回路泄压；

系统自带的升压泵，用于执行一回路升压；

额外添加的就地记录仪及额外添加的主控记录仪；

其中，所述静压式压力传感器去往LEVEL1层的2个输入通道用于输入模拟量，从LEVEL1层去往所述就地记录仪及所述主控记录仪的2个输出通道用于输出模拟量，从LEVEL1层去往所述泄压阀、所述升压泵的2个输出通道用于输出开关量。

本发明实施例的有益效果在于：

本发明通过利用电站数字化仪控平台的资源实现超压保护装置功能，大大减少超压保护装置规模和工作量，无额外的设备购置费用，工期可控，具有很强的可操作性和经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种实现核电站超压保护功能的方法的流程示意图。

图2是根据本发明实施例一种实现核电站超压保护功能的方法确定的超压保护装置的结构示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

本发明结合电站数字化仪控系统平台而实现超压保护功能，可快速建立一套功能独立的超压保护装置，无需其他额外的控制设备（控制器、I/O模块等）。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：

步骤S1，获取超压保护装置的功能需求；

步骤S2，根据所述功能需求评估实现超压保护功能的软硬件需求；

步骤S3，根据所述软硬件需求对核电站数字化仪控系统作可行性分析，确定超压保护装置方案。

具体地，步骤S1中，应用于核电站一回路水压试验的超压保护装置需考虑满足相关法律法规要求，如试验压力不小于反应堆压力容器设计压力的1.2倍；根据水压试验程序的要求，试验过程可能需要在多个压力平台停留以便执行相关的试验活动（如查漏等）；在各个压力平台的压力保护定值也有所不同，达到不同的压力平台前相应的保护定值要进行切换（实现该功能不需要设置单独的硬件设备，通过软件里设计人机界面（如切换按钮等）进行参数修改来实现）；在试验过程中可根据情况实现手自动的泄压保护；试验过程中的系统设备状态的监视等。

步骤S2中，软件方面需考虑相关的保护逻辑组态、数据库参数设置、画面的组态等；硬件方面比如超压保护需要多个冗余的压力表或压力变送器来测量压力以及泄压阀门等执行机构提供保护，所述压力表或压力变送器具有不同测量范围。为提高测量精确定，配置了就地压力计和远传压力传感仪表；选用不同的测量范围，短量程实现保护，宽量程用于显示。基于上述需求来确定需要参与保护系统的仪表和泵阀门的数量及其地理位置、系统的输入输出点数，包括模拟量输入输/出信号、开关量输入/输出信号，各类型信号的数量等，进行下一步软硬件设计。

步骤S3可行性分析包括在役电站的数字化仪控系统是否具备可扩展性，结合机组状态分析是否具备实施软硬件修改的窗口、实施窗口下相关作业的风险分析和隔离措施、工期的评估、对机组状态的影响等。超压保护装置方案分三部分：LEVEL0层仪表、泵组和阀门的信号端接；LEVEL1层逻辑组态；LEVEL2层画面组态。LEVEL0层包括探测一回路压力信号的变送器仪表、执行升压泄压的泵组及阀门；LEVEL1层包括压力信号的采集、执行机构指令的输出以及超压保护的逻辑实现、保护阈值切换等；LEVEL2包括显示超压保护装置相关变送器仪表和泵阀的状态，以及相关的操作界面。需要说明的是，LEVEL是一种功能性的概念，用于划分控制系统不同层次的功能。一般而言，LEVEL1代表用于实现信号采集、逻辑运算以及指令输出功能的相关设备，如控制器、采集模块；LEVEL2代表用于实现人机界面功能的相关设备，如大屏幕、操作盘台等。本实施例中实现超压保护功能的LEVEL1和LEVEL2相关硬件借助核电站数字化仪控系统平台已有设备，相关软件在核电站数字化仪控系统平台上设计组态来实现。

LEVEL0层仪表、泵组和阀门的信号端接，根据信号所在的机柜，列出需要端接的信号的始端和目的端，提前踩点布局；LEVEL1层根据系统的设备功能完成相应的组态，包括数据库组态和逻辑组态，主要完成的包括定值清单的转化和保护功能的投切。其中，数据库组态：所有现场的输入到数字化仪控系统的信号必须进行数据库组态，比如某压力变送器，首先需要给它定义一个代码，如RCP015MP，设置一下这块仪表的测量范围，如11MPa到18Mpa；设置物理单位，如Mpa；如果是用于显示，就不用设置阈值比较器，如参与控制逻辑，需要设置对应的阈值，如压力达到16.8MPa时输出一个报警，这时在数据库设置一个XU1=16.8的阈值即可；逻辑组态：实现保护和控制功能通过逻辑组态来实现，比如压力达到20.9Mpa时开启泄压阀门，在逻辑组态时将压力值输入到比较器中进行比较，当大于20.9Mpa时，比较器输出1，这个1通过控制器来控制阀门开启。

本实施例中，超压保护装置的实施需要对核电站数字化仪控系统的控制器进行清空下装。清空下装，是指将新的控制程序代码写入控制器内存中，此过程将覆盖控制器原有的控制程序代码并复位存储的实时运行数据（覆盖和复位的作用相当于清除、清空）。清空下装通过运行计算机相关软件程序操作实现，硬件上不需要拆卸任何零部件。在执行清空下装前需要对控制器有关的执行机构进行隔离操作。由于清空下装会覆盖和复位控制器里的程序代码和运行数据，而运行数据和电站现场设备的状态是逻辑相关的，因此在复位运行数据之前，必须将现场设备置于安全状态，即通过采取某些临时手段使现场设备的状态不随控制器数据的变化而变化，称之为隔离操作。举个来说，控制器经逻辑运算输出逻辑0的电平信号控制某个阀门开度保持在0%全关；在清空下装后，控制器数据被复位，导致输出信号变为逻辑1，这样该阀门开度可能变为100%，这种突发的不可控的状态变化一般在核电厂不可接受的。因此在清空下装执行之前，将该阀门进行断电、机械上锁等操作避免误动，即是一种隔离操作。在进行信号端接时，需评估电站数字化仪控系统机柜的现场布置及I/O模块在各机柜的分配，应重点考虑：a）选择某个单台机柜（参与超压保护功能的传感器信号分布在若干个机柜，比如A机柜2个信号，B机柜4个信号，C机柜1个信号，这样一般会选择B机柜，然后将A柜和C柜的信号通过柜间电缆传输到B机柜，所有信号在同一个机柜完成采集和逻辑运算。选择的原则是，所有参与的信号必须在一个机柜内进行运算和输出，同时考虑减少柜间电缆的数量，所选择机柜内空间、备用通道的使用情况等）完成信号的采集和输出，减少机柜间的通讯；b）利用机柜现有的电缆路径完成信号的连接，无需额外敷设从反应堆厂房至电气厂房的电缆。

下面以红沿河核电站1号机组首次大修水压试验超压保护装置的实施为例对本发明作进一步详细的说明。

首先执行步骤S1，获取超压保护装置的功能需求：

a）试验需要配置多个压力平台下的保护功能，如2.7MPa、7MPa、10MPa、15.4MPa、16.5MPa、17.2MPa、20.6MPa。其中在15.4MPa及以下的高一和高二保护定值分别是16.8/17.2MPa；在15.4-17.2MPa平台的保护定值是20.9MPa；在20.6MPa平台的保护定值是20.64MPa，同时在上述压力上行/下行过程中随时调整保护定值；

b）试验过程中需要提供实时的监视画面、声光报警、自动保护、紧急手动打闸等功能。

然后执行步骤S2，红沿河1号机组数字化仪控系统采用的MACS6系统，该系统提供逻辑组态、画面组态及数据库组态的相关软件，能满足软件方面的需求；经过梳理参与超压保护的仪表和阀门泵组的数量，计算出需要配置的硬件规模如下：模拟量输入通道2个、模拟量输出通道2个、开关量输出通道2个（上述通道均取自核电站数字化仪控系统机柜内设备）；泄压阀门及升压泵采用核电站系统自带设备；临时压力变送器2台（取自核电站试验专用仪表）。

再执行步骤S3，由于一般工业用的分布式控制系统均具有一定的可扩展性，国内CPR1000核电机组所采用的数字化仪控平台也具有类似的功能，因此红沿河1号机组具备实施超压保护装置功能的基础条件。另外机组在大修期间，选择在低低水位实施相关方案，可降低方案实施过程中对机组大修工期的影响（不占用关键路径）。

由上获得超压保护装置方案，其结构如图2所示，包括：

系统自带的高精度活塞式压力计1，用于提供标准压力比对；

系统自带的差压式压力传感器2，用于测量一回路压力与标准压力差值；

系统自带的静压式压力传感器3，用于测量一回路压力；

额外添加的静压式压力传感器4，具有宽量程，用于水压试验期间一回路压力检测和监视；

额外添加的静压式压力传感器5，具有窄量程，用于水压试验期间一回路压力检测和保护；

额外添加的就地显示压力计6，用于就地显示测量的压力；

系统自带的泄压阀7，用于执行一回路泄压；

系统自带的升压泵8，用于执行一回路升压；

额外添加的就地记录仪9及额外添加的主控记录仪10。

其中，静压式压力传感器4、5去往LEVEL1的2个输入通道用于输入模拟量，从LEVEL1去往就地记录仪9及主控记录仪10的2个输出通道用于输出模拟量，从LEVEL1去往泄压阀7、升压泵8的2个输出通道用于输出开关量。

根据前述条件，选择第28号控制站作为逻辑下装的控制站，在该控制站中参与超压保护的仪表信号相对集中，通过多方案比选，采用该控制站能减少柜间电缆数量、长度，减少对大修期间其他工作的交叉作业影响，组态设计和硬件改动量最小。相关的信号采集和输出均来自该控制站，未产生柜间通讯信号，有效减少了电缆数量；对该控制站所控制的设备（主要是执行机构）和联锁逻辑进行了梳理，提出了风险分析和隔离措施；在完成隔离措施后进行控制器的清空下装，下装过程未对机组设备状态造成影响；在信号端接过程中，提前梳理出了电气厂房至反应堆厂房间的电缆路径，通过借用通道的方式，有效避免了额外敷设专用电缆。以上工作在水压试验开始前完成，不需要设置关键路径即可完成上述工作，在水压试验期间，超压保护装置运行正常，未产生误动和拒动，为水压试验的顺利实施打下了坚实的基础。

通过上述说明可知，本发明的有益效果在于：

本发明通过利用电站数字化仪控平台的资源实现超压保护装置功能，大大减少超压保护装置规模（硬件设施）和工作量（如敷设专用电缆等），无额外的设备购置费用，工期可控，具有很强的可操作性和经济性；通过充分考虑风险分析并采取相应的隔离措施，可将对机组的影响减小至零；在首次试验前完成相应的软硬件设置后，后续试验无需重复设置，避免水压试验超压保护装置作为一种临时装置需要重复设置、长期维护的问题；具有实时监控、多重冗余保护、多样性保护手段、免维护等特点，提高了保护系统的响应时间和控制精确度。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。