反應堆保護系統試驗裝置設計范文

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《核動力工程雜志》2014年第三期

1T2試驗裝置的組成

T2試驗裝置為一臺可移動的自動測試設備。試驗時，通過試驗電纜連接到被試驗的邏輯設備，分別對每個“半邏輯”進行試驗。試驗完成后，試驗裝置隨即與保護系統脫離。T2試驗裝置的主要硬件組成見圖2。T2試驗裝置主要由加固型工業控制計算機、打印機、6塊標準信號輸入/輸出（I/O）卡、1塊特殊I/O卡、1塊自檢測試單元以及測試控制軟件組成。I/O卡用于產生測試激勵信號和采集被測試對象狀態信號；自檢測試卡用于對系統電路、輸出信號及測試連接電纜進行自檢；液晶顯示器用于實施人-機交互；鍵盤用于設置及啟動試驗；打印機用于輸出試驗數據報告；測試信號接口連接試驗電纜，用于試驗信號的輸入/輸出。7塊I/O卡及自檢卡插在工業標準結構（ISA）接口上與計算機進行交換數據，接口電路都由可編程邏輯電路（CPLD）實現。CPLD電路除完成接口功能外，還接受時鐘震蕩信號，經過分頻、記數、觸發等電路處理，產生寬度準確的脈沖串，并實現I/O信號的自檢采集判斷和輸出。T2試驗裝置的機柜為標準機柜，機柜深約600mm，其上部操作面的高度約800mm，機柜總高約1100mm，以方便操作員站立操作。T2試驗裝置在硬件板卡和結構設計上均考慮了設備接口的擴展。

2T2試驗裝置的工作原理

T2試驗裝置的工作原理是：試驗接口電路接收來自計算機的試驗輸出信號和試驗控制信號，產生試驗所需的3種狀態（高電平狀態、低電平狀態和浮空狀態）的試驗注入信號，并將注入信號進行隔離后注入被試驗的保護邏輯。隨后，接口電路將保護邏輯電路對試驗注入信號的響應狀態信號隔離并轉化為可被計算機識別的試驗采集信號，送入計算機進行后處理。試驗過程中有3種計算機信號，分別為：（1）試驗輸出信號：在試驗過程中，試驗輸出信號用2Bit數字輸出量表示：高電平(1，0）、低電平(0，1）、浮空狀態(0，0）、(1，1）組合禁止使用。（2）試驗控制信號：試驗控制信號為一組數字量輸出信號，送向輸入/輸出接口板以控制試驗狀態。其中啟動試驗信號用2Bit的數字輸出量表示，控制試驗輸出信號的發送；超時控制信號用1Bit數字輸出量表示，控制超時監視電路的工作狀態。（3）試驗采集信號：邏輯線路對試驗注入信號的響應狀態信號經過輸入/輸出接口板的隔離后形成試驗采集信號由計算機讀入。每個試驗采集信號用1Bit數字輸入量表示。試驗接口為硬件電子線路，其主要功能為產生試驗注入信號和對被試驗邏輯電路的響應狀態信號進行處理。接口電路還包括基于硬件電路的試驗注入信號超時控制電路，當由于試驗控制信號故障使試驗信號持續時間過長時，自動切斷試驗注入信號，保證不影響保護邏輯的正常功能。T2試驗裝置輸入/輸出端口數量情況見表1。T2試驗裝置對保護系統中的邏輯柜和信號柜進行定期功能試驗，可分為保護邏輯試驗和信號傳輸試驗兩種工作方式，工作模式由操作員在試驗裝置顯示器上通過人-機對話方式選擇。保護邏輯試驗針對保護系統系列A、B的邏輯柜（包括500AR、530AR、600AR和630AR）進行，目的在于檢測被試驗邏輯單元內部的故障，保證保護邏輯單元可以產生預定的安全信號，同時監測保護邏輯的響應時間，檢驗安全信號是否能在規定的時間內產生，它是自動進行的。信號傳輸試驗針對保護系統系列A、B的信號柜（包括510AR、520AR、610AR和630AR）進行，其目的在于檢驗信號單元面板上的就地燈光指示以及檢驗控制室內相應的信號和報警裝置（如報警光字牌、指示燈和計算機輸入等），它可以自動方式運行，也可以由操縱人員控制手動進行。此外，T2試驗裝置還具有自診斷功能，用于在進行保護系統定期試驗之前能保證試驗裝置本身的正確性。

3試驗程序

T2試驗裝置的程序采用VC++和VB語言編寫，界面設計采用匯編語言圖形控件與文字顯示相結合設計。其主要特點是數據庫獨立于主程序，并且嵌入的故障定位算法能自動分析判別出故障位置，對故障定位到可更換的基本功能部件（插件）。系統程序結構見圖3。其中硬件層由驅動程序控制，完成數據和控制指令的輸入、輸出。數據描述層完成指令和數據的分析、解釋、工程量轉換、抗干擾處理、誤操作保護等。界面層實現人-機接口，用戶指令輸入、過程和數據結果顯示、數據管理、報表生成和打印輸出等。

4技術特點

4.1在役試驗的實現及透明性設計保護邏輯定期試驗對象為反應堆保護系統的安全參數邏輯處理電路，T2試驗裝置分別對每個“半邏輯”單獨進行試驗。保護邏輯采用CMOS系列集成電路，輸出電路采用電磁繼電器，兩者響應時間相差2個以上數量級。因此，T2試驗裝置設計采用持續時間極短的脈沖信號施加于邏輯電路的輸入端，并在輸出端采集其響應狀態信號。而對于輸出電路，這樣的窄脈沖信號（<80μs）不能引起繼電器的動作，使試驗不會對保護系統輸出產生干擾，實現了“在役試驗”的要求。同時，試驗信號的注入并不是連續的，在連續的2個注入脈沖之間有大約300ms的時間間隔，保護系統利用這段時間對電廠真實信號進行處理。這就是T2試驗裝置的“透明性”設計，它保證了電站運行期間保護系統對真實信號的響應能力。

4.2實時性設計為了有利于提供更友好的人-機交互功能，采用了Windows操作系統。但是Windows操作系統的多任務處理模式必然帶來實時性的降低，若由軟件控制脈沖信號，可能使試驗注入脈沖的寬度無法滿足要求，因此，考慮由硬件對脈沖寬度進行限制。CPLD電路負責產生試驗用的窄脈沖注入信號，脈沖寬度可以做到幾個ns，這種硬實時電路完全滿足試驗和測試的需要。由于脈沖寬度由硬件控制，不需要工控機軟件干預，工控機只需發送開始指令和讀取緩沖數據，不需要做實時處理，因此可以采用非實時的操作系統。

4.3超時控制電路當由于試驗控制信號故障使試驗信號持續時間過長時，基于硬件的超時控制電路自動切斷試驗注入信號，從根本上限制了試驗信號的持續時間，保證不會產生不希望的輸入信號而觸發保護動作，不影響保護邏輯的正常功能。

4.4電源接入保護電路由于T2試驗裝置需要分時對多個系統進行測試，在一個系統試驗完畢后進行下一個系統試驗。當試驗電纜接入被試驗設備時（即電纜是在被測系統正常工作情況下動態接入的），存在帶電插拔的可能，出于可靠和安全的考慮，設計了電源接入保護電路，保證不引入干擾信號。此外，試驗裝置開機自診斷及I/O輸端口檢查保證了用于試驗的設備的完好；試驗開始前的電纜連接測試保證了試驗電纜連接無誤以及被試驗對象與試驗內容相符合；試驗開始前總體狀態及保護系統狀態的確認保證了在允許的工況下開始試驗；基于硬件的計算機軟件運行監控電路避免了在試驗進行期間由于計算機“死機”對試驗的影響。

5結束語

秦山核電二期擴建工程反應堆保護系統T2試驗裝置具有高度的自動化設計，不僅縮短了進行試驗所需要的時間，同時也減少了在定期試驗期間由于誤操作而引起停堆的概率，對故障位置的自動分析判別性能也提高了設備的可用性。它兼顧了實時性和交互性，在給操作人員提供方便的同時保證了不會因為試驗裝置自身的故障而影響保護系統的正常功能，提高了保護系統定期試驗的安全性。

作者：康亞朱攀單位：重慶城市管理職業學院中國核動力研究設計院核反應堆系統設計技術重點實驗室