冗余技术在核电厂循环水系统中的应用及改进

冗余技术在核电厂循环水系统中的应用及改进　付蓉，李非，刘钟，戴吉生（福建福清核电有限公司，福建福州３５０３１８）　【摘　要】冗余技术是满足系统设备运行连续性和可靠性的有效手段。本文介绍冗余技术和实现方式，并就其在核电厂海水系统中的运用进行　了说明。重点阐述了国内某电厂根据同行电厂运行事件经验反馈，利用冗余纠错原理对本电厂重要海水系统一循环水系统进行的控制逻辑变更　优化。　【关键词】冗余；容错；变更改造　【中图分类号】ＴＭ６２３　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００６—４２２２（２０１６）０８—０１６３—０２　１刖舌　序实现。硬件上的冗余包含多种实现方式，如：设备、通道、通　冗余指重复配置系统的一些部件，当系统发生故障时，冗　信网络、１０接口、电源、中心处理器等。　余配置的部件介入并承担故障部件的工作。或通过冗余容错，　２．２冗余切换　利用多配置共同判断设备系统状态．由此减少系统设备的故　运用了冗余原则的系统中各子系统问的切换是在考虑该　障时间或误动误判带来的不正确操作ｌｌｌ。为保障核电站的安全　的整体功能情况下．即相关单一故障准则的要求对予系统间　稳定运行，冗余性是核电站系统设计的重要准则。　的切换时间及过程进行合理配置的　核电厂海水系统是指核电厂安全厂用水系统（ＳＥＣ系统）　３核电厂海水系统相关冗余设计　和循环水系统（ＣＲＦ系统）。ＳＥＣ系统是核电厂最终热阱，属于　Ｍ３１０核电机组海水系统主要包括：重要厂用水系统　安全相关重要系统：ＣＲＦ系统起到冷却汽轮机排气．保持凝汽　（ＳＥＣ）和循环水系统（ＣＲＦ）。　器真空度的作用。这两个系统出现故障将直接导致核电厂汽　３．１重要厂用水系统（ＳＥＣ）主要冗余设计　轮发电机停运事件，其重要性不言而喻。冗余设计准则在核电　重要厂用水系统的功能是把设备冷却水系统（ＲＲＩ）收集　厂海水系统中广泛运用．同时根据各电厂运行事件经验反馈　的热负荷输送到最终热阱——海水。其重要作用在于如果在　仍在持续优化中。　正常运行是失去ＳＥＣ系统就会大致核岛失去大部分的热阱。　２冗余技术总述　会导致大部分转动设备无法继续工作．机组被迫停机停堆．甚　冗余的典型应用，双电源系统、磁盘镜像、双Ｉ／Ｏ卡见ＰＣＩ　至引发危及核安全事故的后果。鉴于其重要性，冗余设计被广　总线等冗余技术。他是利用系统的并联模型来提高系统可靠　泛运用于其软件及设备硬件等各方面　性的一种手段　３．１．１硬件冗余　２．１冗余技术种类　由两条与安全有关的冗余系列来完成。每一系列各２台　２．１．１按冗余能动性进行分类　ＳＥＣ泵（１００％容量）。机组正常运行，一个系列执行其功能，另一　冗余分为后备冗余及工作冗余。后备冗余包括冷备用和　个系列处于备用状态　运行系列故障时切换至备用系类．２个系　温备用　．如图１所示　列实现实体隔离及供电冗余（配有应急供电），即后备冗余。　（１）工作冗余即热备用，即是两套或两套以往完全相同的　每个系列的２台ＳＥＣ泵为工作冗余．在核电厂不同运行　设备或组件都处于投用状态，通过这种并联方式各个单元共　工况下２台泵投用状态不同．分为单泵运行及双泵并联运行。　同承担后续工作的判断及执行．即各组同时进行数据采集、处　如：启动工况１个系列２台ＳＥＣ泵运行，另一个系列备用；正　理和计算．并共同参与或承担输出控制任务。如需进行主从切　常运行工况１个系列的１台ＳＥＣ泵运行，１台备用；冷停堆　换则为无扰动切换　１６ｈ后两系列各１台泵启动等。　（２）后备冗余包括冷备用核暖备用。冷备用的切换时间也　３．１．２软件冗余　就是冗余时间非常重，关系到冗余工作能力。冷备用是通过将　ＳＥＣ系统的控制和显示是通过主控室的ＫＩＣ系统（电站　所有功能放在一路未运行的设备或组件上。当需要主路出现　计算机控制系统）来保证。ＫＩＣ不可用时，操作员通过ＢＵＰ（主　故障或有停运需要时启动另一路备用设备。温备用是指两组　控室后备盘）进行控制。在主控室失效情况下，通过ＲＳＳ系统　一样的配置，一组为主一组为从带机不运行。当运行组出现故　（远程停堆站）进行控制。同时通过两个、冗余且物理各类　障或规定时间进行调换时进行主从切换　的用电列（Ａ列和Ｂ列）进行控制，如：ＳＥＣ系统运行列和备用　列的切换．ＳＥＣ系统同一列内运行泵和备用泵的切换等。　３．２海水循环系统（ＣＲＦ）主要冗余设计　ＣＲＦ系统辅助为凝汽器及辅助冷却水系统提供冷却水转　运热量。正常运行时失去ＣＲＦ会导致常规岛丢失热阱，会导　图１冗余分类　致大部分转动设备无法继续工作。同时凝汽器真空恶化，机组　２．１．２按备用实现方式分类　将被迫停机。每台机组的ＣＲＦ系统由两个系列两条回路组　冗余包括软件上的冗余和硬件上的冗余。即：ｓｏｆｔ—ｒｅｄｕｎ．　成．每条回路提供正常运行以及汽轮机旁路使用时凝汽器和　ｄａｎｃｙ和ｈａｒｄ－ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ。软件上的冗余一般通过逻辑或程　辅助系统所需冷却水量的一半，即热备用。　蹲　ＣＲＦ系统对可能出现的问题．如电机绕组温度过高、齿轮　箱推力轴承温度高、电机非驱动端振动大、齿轮箱轴承振动大　等设定保护辑作为确保设备状态稳定的基本手段。但单一超　定值跳泵逻辑可能由于仪表本身故障造成误跳泵，从而导致　机组甩负荷风险（一台跳泵甩负荷５０％），此时往往通过冗余　容错解决此类问题。　４冗余技术在核电厂海水中的优化变更　福清核电针对“国内某同行核电机组发电机定子冷却水　水箱液位低信号触发停机”事件经验反馈。对福清核电１号机　组海水系统的重要保护信号进行梳理：　图３　ＣＲＦＯ０１　ＰＯ跳泵信号示意图　（４）润滑油母管上ＣＧＲ００１ＭＰ压力表，原设计将信号送到　（１）参与跳ＣＲＦ泵的重要保护信号３４个；　ＫＩＣ系统。仅用于监视润滑油实际压力，将变更为参与跳泵逻　（２）２／２．２／３的跳泵逻辑组合中．单个仪表通道触发未设　辑，并增加单一通道触发报警信号，在各通道报警触发时，主　控可通过监视两个压力表的值来判断开关为实际触发还是故　置报警信号的６个：　（３）单一通道触发能够导致跳泵逻辑的信号２个。　障触发。　可以看出后两种类型从设计角度没有考虑冗余容错，核　电厂针对后两种进行了逻辑变更改造，下面重点介绍根据冗　余容错原理将改跳泵逻辑修改为２／３模式的优化变更。　ＣＧＲ０４０ＳＰ单一跳泵（ＣＲＦ００２ＰＯ）逻辑修改与ＣＧＲ０３９ＳＰ　类似．文中不再详述。　跳泵逻辑优化为３取２逻辑后。如润滑油压力真实降低，　４．１变更概述　目前逻辑中ＣＧＲ系统低压供油口远传压力开关　为了避免循环水泵误动作．同时又降低循环水泵拒动作的风　险．将引用相同取压点的不同信号压力开关以及压力变送器　通道组态成２／３逻辑　ＣＧＲ０３５／０３６ＳＰ压力开关定值低漂，辅助润滑油泵无法启动，　压力进一步降低．此时若ＣＧＲＯ０１ＭＰ／００２ＭＰ和ＣＧＲ０３９ＳＰ／　分析如下：　ＩＭＰａ中有一个无法触发，会产生拒动作风险。　２ＣＧＲ０３９ＳＰ、２ＣＧＲ０４０ＳＰ作为每台循泵的单一跳泵保护信号。　０４０ＳＰ低于０．（１）ＣＧＲＯ３５『０３６ＳＰ、ＣＧＲ００１ＭＰ／ｏｏ２ＭＰ、ＣＧＲ０３５ＳＰ／ＣＧＲ０　零　霍　３６ＳＰ每一个开关或压力变送器触发闽值都会有报警提示操　将２ＣＧＲ０３９ＳＰ单一通道触发跳泵改为２ＣＧＲ０３９ＳＰ、　２ＣＧＲ０３５ＳＰ以及２ＣＧＲ００１ＭＰ进行２／３触发后跳泵，将　纵员．可以及时处理。设定新报警为２ＣＲＦ８０１／８０２ＫＡ。　（２）增加ＣＧＲＯ０１ＭＰ／Ｏ０２ＭＰ的预防性维修项目．提高ＣＧ　０３６ＳＰ、ＣＧＲ０３９ＳＰ，０４０ＳＰ预防性维修项目频率（原ＰＭ　２ＣＧＲｏ４０ｓＰ单一通道触发跳泵改为２ＣＧＲｏ４０ＳＰ、２ＣＧＲ０３６ＳＰ　Ｒ０３５ＳＰ／以及２ＣＧＲＯ０２ＭＰ进行２／３触发后跳泵．修改后的逻辑简图见　大纲中频率为４个换料大修维修一次），来提高设备的可靠　图２　性．降低设备误动作风险。　综上．总体认为设计优化能避免ＣＲＦ泵误跳，且方案可　靠不会引入据动风险。　５总结　本文以核电厂海水系统为例讲述了冗余技术的运用。同　时举例循环水系统的一例基于冗余容错思想的变更优化来进　图２根据冗余容错原理修改后的逻辑筒固　一步阐述冗余技术在核电厂设计与运行中广泛运用，并在不　４．２　ＣＧＲ０３９ＳＰ单一跳泵（ＣＲＦＯ０１ＰＯ）逻辑修优化举　例说明　ＣＧＲＯ３５ＳＰ、ＣＧＲ０３９ＳＰ、ＣＧＲ００１ＭＰ在同一取压管线上，　ＣＧＲ０３５ＳＰ（低于０．１３ＭＰａ）、ＣＧＲ０３９ＳＰ（低于０．１ＭＰａ）均为低　断优化中　参考文献　［１】陈子平．浅谈控制系统冗余控制的实现．自动化仪表，２００５，９，２６（９）．　［２】任喜金．石油化工自控设计中冗余容错技术的实践．化工自动化及　仪表，第４１卷．　压供油口压力低报警。ＣＧＲＯ０１ＭＰ为供油口远传压力显示，供　油压力低于０．１ＭＰａ报警．详见图３。将ＣＧＲ０３９ＳＰ单一通道　触发跳泵改为ＣＧＲ０３９ＳＰ、ＣＧＲ０３５ＳＰ以及ＣＧＲＯ０１ＭＰ进行　２／３触发后跳泵　（１）正常运行工况下，润滑油母管压力为０．１８ＭＰａ左右，　ＣＧＲＯ３５ＳＰ压力低信号不会触发：　收稿日期：２０１６—３—１５　作者简介：付蓉（１９８３一），女，工程师，硕士研究生，现从事核　电厂仪控设备管理工作。　（２）若润滑油系统压力低到０．１３ＭＰａ，ＣＧＲＯ３５ＳＰ动作，同　李非（１９８４一），男，工程师，本科，现从事核电厂仪控设备　维修工作。　时自动启动ＣＧＲ００３ＰＯ辅助油泵保持压力；若继续降低到　０．１ＭＰａ．ＣＧＲ０３９ＳＰ动作．同时ＣＧＲ００１ＭＰ触发压力低阈值动　刘钟（１９８８一），男，工程师，本科，现从事核电厂仪控设备　管理工作。　作，２／３逻辑触发，循环水泵跳闸，实现了定值分级保护。　（３）ＣＧＲ０３５ＳＰ动作．触发ＣＧＲ１３９ＫＡ报警．ＣＧＲ０３９ＳＰ动　戴吉生（１９８７一），男，工程师，本科，现从事核电厂仪控设　备维修工作。　作．触发ＣＧＲ０３９ＫＡ．满足２／３的逻辑组合下单通道触发产生　报警的原则　錾姆