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某核电厂主给水液体涡轮流量计信号通道单一故障分析与变更

来源:作者:发表时间:2019-09-10
【摘要】介绍了某核电厂主给水流量控制系统液体涡轮流量计的功能,介绍了信号通道原设计的特点,分析原信号通道设计在供电、卡件、防火分区方面的单一故障缺陷,进行了有针对性的通道变更设计,经过现场实施和验证,消除了单一故障隐患。
 
0 前言
某核电厂主给水流量控制系统向蒸汽发生器供应给水并且通过给水流量调节站调节给水流量,以将蒸汽发生器水位维持在一个随汽机负荷变化的整定值上。在每个给水环路上配置了2块宽量程流量表和1块液体涡轮流量计,液体涡轮流量计主要承担未能紧急停堆的预期瞬态(ATWT)保护和安全专设保护功能,未能紧急停堆的预期瞬态响应是指在堆功率大于某一定值时,若窄量程流量低,将触发反应堆停堆保护;安全专设保护功能指在蒸汽发生器液位低低时,若窄量程流量低,将启动汽动和电动辅助给水泵,以缓解二回路供水能力的不足,带走堆芯热量。ARE049/050/051MD分别测量主给水环路1、环路2、环路3窄量程流量。根据原厂家设计,三个传感器信号送同一保护通道(IVP),三个传感器均由单一LND母线供电,且三个传感器端接在同一端子排,通过同一IO卡件送保护系统。根据RPRLD21,当三个传感器出现三取二逻辑低报(或质量位)且RPN中间量程高于30%时,将误触发ATWT信号,给机组稳定运行带来较大风险。
 
1 主给水流量控制系统液体涡轮流量计通道分析
1.1 液体涡轮流量计的工艺系统功能
1.1.1 未能紧急停堆的预期瞬态(ATWT)保护[2]
当堆功率大于30%,液体涡轮流量计在低于6%NF或质量位触发时,经过2/3逻辑触发ATWT保护,使反应堆停堆。
1.1.2 启动辅助给水泵的安全专设逻辑
在蒸汽发生器液位低低时,若液体涡轮流量计在低于6%NF或质量位触发时,经过1/3逻辑触发安全专设逻辑,启动电动或汽动辅助给水泵。
 
1.2信号通道设计特点
1.2.1上游设计输入
根据系统手册LD6.2SH4/5/6,液体涡轮流量计信号先进入1E级DCS控制柜,经过信号分配卡件将输入信号分为两路,一路进入1E级控制柜参与保护逻辑运算,一路进入NC+机柜参与ATWT逻辑运算。
 
1.2.2信号通道回路设计
根据上游设计文件,液体涡轮流量计的信号需同时送给Tricon服务器机柜卡件、保护机柜卡件、隔离机柜卡件。因就地仪表采用2线制接线,需机柜侧向变送器提供工作电源,机柜侧电源串入变送器、3721AI卡件、隔离分配器输入端,隔离分配器由供电模块进行单独供电,隔离分配器的输出端信号、保护机柜卡件、隔离箱卡件串联在一起。
 
2单一故障分析
2.1单一故障准则单一故障准则是反应堆保护系统应该遵循的设计原则,以保证系统配置有足够的冗余度,保证不会因为单一部件故障而丧失保护功能,提高系统可靠性[1]。
 
2.2供电单一故障
厂家原设计,ARE049MD/050MD/051MD均设计在IVP通道,接线端子均设计为KCS041AR-121BN。因IVP通道相关保护机柜上游供电均为LND,当LND失电时会导致3块窄量程仪表同时失效。3块仪表均端接在同一个端子,该端子的供电来自同一个电源模块,每个端子按排列顺序有规律地进行串接,当某个串接点出现断点情况,3块变送器存在同时失电的潜在隐患。仪表供电失去后,将可能触发反应堆停堆逻辑。
 
2.3卡件单一故障
根据厂家原设计,3个窄量程流量信号均送往Tricon服务器机柜KCS043AR,输入端子均为131BN。若该机柜的131BN-3721N卡件失效,会造成3个信号同时失效。
在KCS041AR内部,3个窄量程流量信号均送往同一个AIN卡件,卡件编号为121BN-3721N,当出现卡件供电失效或卡件故障等现象时,会造成3个窄量程流量信号同时失效。
 
2.4防火分区单一故障
根据原厂家设计,3个液体涡轮流量计的信号回路均为KCS041AR/KCS043AR/KCS043CR,这3个机柜均安装在同一房间(W602),若该房间发生火灾造成电缆断裂、卡件损坏等异常事件,将直接导致3个信号通道的质量位同时触发,造成反应堆停堆。
 
3通道变更设计
机组正常运行时,LND电源、IO卡件、防火分区单模故障时,将触发ATWT信号。将AER049MD、AER050MD、AER051MD分别送不同通道的保护机柜,可规避单模故障触发ATWT和安全专设逻辑通道失效的问题。
 
3.1通道变更设计
变更前:ARE049MD/050MD/051MD均信号送至KCS041AR(IVP,第四保护通道)。三个信号送同一机柜,上游供电方为LND,且处于同一防火分区(W602房间)。
变更后:
1)ARE049MD由IP机柜(KCS011AR,W609房间)供电,供电方为LNA。
2)ARE050MD由IIIP机柜(KCS031AR,W603房间)供电,供电方为LNC。
3)ARE051MD保持不变,由IVP机柜供电,供电方为LND。
三个信号分别送不同的机柜和端子,处于不同防火分区,极大提高抗风险能力。
本次变更拟为AER049MD、050MD重新敷设电缆,分别由MX8.5米敷设至3W609房间、3W603房间,AER051MD不用变更。防火分区分散至3SFZW0680B,3SFZW0682A和3SFZW0683A。
 
3.2ARE049MD通道变更(ARE050MD不作介绍)
3.2.1敷设传感器至1E机柜电缆。
电缆起点为MX501房间,AER049MD,终点为3W609房间,KCS011AR。电缆类型为1P0010TBF。
3.2.2新电缆端接。
根据电缆端接文件,新电缆端IV线芯接至KCS011AR-122BN的20A-,R线芯接至KCS011AR-122BN的20A+。
3.2.3KCS011AR至KCS013AR电缆端接
利用原有电缆的备用线芯:电缆编号为KCSM0451的第二对线芯,始端为KCS011AR-122BN,20B+、20B-,末端为KCS013AR-132BN,17A+、17-。
 
3.2.4KCS011AR至KCS015CR电缆端接
利用原有电缆的备用线芯:电缆编号为KCSM0160的第四对线芯,始端为KCS011AR-122BN,20C+、20C-,末端为KCS015CR-TBC01BN,37U、37L。
 
3.2.5KCS015CR至KCP417AR电缆端接
利用原有电缆的备用线芯:电缆编号为KCPM0305的第三对线芯,始端为KCS015CR-TBC02BN-37,5+、6-,末端为3KCP417AR-301BN,B01、A01。
 
 
3.3变更前后对比
 
20190910152248.jpg
变更实施后各信号可得到较大分散,消除单一故障风险。
 
4结论
本文介绍了ARE液体涡轮流量计的通道设计原理,分析了ARE液体涡轮流量计通道在供电、卡件、防火分区上的单一故障隐患,进行通道变更是非常必要的。在设计通道变更方案时,将3个流量表中的2个分散至1P和ⅢP,并设计了详细的电缆端接清单,实现了通道变更的目标,消除了单一故障。上述设计方案已在该核电厂大修中实施完成,极大提高了系统可靠性。本文可为相关保护系统设计、出厂测试、生产运行等各阶段的单一故障问题提供有力的参考。
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