核电厂跳机电磁阀供电卡件研究与优化

林裕海

（中广核核电运营有限公司，广东 深圳 518124）

1 引言

核电厂汽轮机进汽阀门多次发生由于跳机电磁阀供电卡件故障导致阀门异常关闭，本文根据核电厂的汽轮机阀门控制原理，板件设计，以及目前板件存在的缺陷进行论述，并提出优化方案。

2 汽机阀门控制逻辑简介

核电厂汽轮机由1个高压缸、2个低压缸和8路进气管线组成。每路进气管路上有1个GRE调节阀和1个GSE截止阀。其中GRE调节阀控制回路有2个跳机电磁阀和1个伺服阀，正常运行时跳机电磁阀得电励磁，截断高压液压油回油，由伺服阀调节高压液压油来控制阀门开度，响应汽机负荷的变化；GSE截止阀有2个跳机电磁阀和1个开关电磁阀，正常运行时跳机电磁阀得电励磁，开关电磁阀失电通过高压液压油，将截止阀开启。因此阀门上的跳机电磁阀主要作用是响应汽机的危急保护，任一跳机电磁阀失电该阀门将快速关闭。电磁阀供电由机柜两块SIM326卡件进行供电，逻辑控制触发跳机电磁阀控制指令时，将通过两个互为冗余的卡共同驱动阀门的开启和关闭。两块卡的指令输出端接入稳压端子排的同一个端子，通过稳压端子排将指令送就地阀门本体的BC接线端子盒，再转接至就地跳机电磁阀控制线圈。跳机电磁阀供电卡件是西门子SIM326DO输出卡，当fail safe逻辑控制触发跳机电磁阀控制指令时，将通过两个互为冗余的卡共同驱动阀门的开启和关闭。两块卡的指令输出端接入稳压端子排的同一个端子，通过稳压端子排将指令送就地阀门本体的BC接线端子盒，再转接至就地跳机电磁阀控制线圈,电磁阀供电接线图如图1所示：

图1 电磁阀供电简图

2.1 阀门快速关闭原理介绍

当有跳机信号时或者操作员在画面上手动点击跳机电磁阀关闭指令A-OFF时，跳机电磁阀失电，阀门快速关闭。跳机电磁阀关闭的同时会将触发开关电磁阀带电指令，并且电磁阀的开关指令将送fail safe逻辑，最终驱动卡件通过硬接线输出24V电压控制电磁阀。

2.2 SIM326卡件的信号回路介绍

SIM326安全故障型卡件是用于DO输出，每个板件具有10个24V/2A开关量输出通道，可以单个使用也可以冗余使用。在核电厂现场DO输出都是冗余使用。当信号通道指令为1时，Output driver信号放大器将指令信号放大，通过24端子输出24V电压控制就地电磁阀。为了防止冗余通道电压逆流传入卡件通道，24端子带防逆流二级管。两卡件电气原理图如下：

图2 卡件接线原理图

图3 为卡件集成电路

图2 中红框的二极管为双向瞬变电压抑制二极管，是在稳压管工艺基础上发展起来的。当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达1*10-12秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。

由图3可看出：在目前的连接方式中，当JXK元器件处于短路失效状态时，两路功率输出器件L6370D器件输出信号都经过JXK器件至地，使两路输出同时失效。从该种失效模式来看，两个板件没有实现完全的冗余功能。任意一个JXK器件短路，都会使输出通道失效，降低了DO通道安全性能。

由上可见，卡件在以下情况是可以实现冗余：在单个卡件故障、失去供电，或卡件信号通道非公共部分断线时，两个卡件对应卡件可以构成冗余。

在以下条件时，卡件失去冗余功能：

①两个卡件对应信号通道的公共部分存在接地或断线，导致两路信号电压输出同时失去；于两个卡件对应信号通道的公共部分存在断线，导致两路信号的输出均无法构成电流回路；③两个卡件对应信号通道的如下单独部分存在接地，因为回路并接导致两路信号电压输出同时失去；④两个卡件对应信号通道中的某一个存在内部故障，导致并接的两路信号电压输出同时失去。

3 优化方案

板件设计优化一：作为安全保护器件失效不应该影响板件基本功能，建议在电压瞬态抑制二极管串联上串联自恢复保险作为保护，如图4所示，当二极管短路时，自恢复保险处于熔断状态，不影响DO通道的输出功能。由于保险有一定的内阻，会影响到电压瞬态抑制二极管的电压吸收效果，需在此设计时平衡。

图4 板件输出电路参考图

板件设计优化二：两个通道并联的目的是为了提高通道安全性能，原电路设计却降低了通道的安全性。建议在下游电路中增加D6，D7单向导通二极管（图5红框），如图5所示,实现单个板件短路故障时，下游负载仍然可以正常工作，实现真正意义上的冗余，提高输出通道的可靠性。

图5 电路连接参考图

4 结论与总结

通过上述内容可知，优化方案可以基本解决现在跳机电磁阀供电卡件设计存在的缺陷，同时尽可能的减少对现场设备的改造工作，最终可以实现提高核电厂汽轮机阀门跳机电磁阀供电DO卡冗余的可靠性，减少对设备的非必要损伤。