秦山二期1、2号机组DEH升级改造调试分析

2023-05-17朱涛涛

仪器仪表用户 2023年6期

彭飞，朱涛涛

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

0 引言

秦山核电二期1、2号600MW汽轮发电机组的数字电液控制系统（DEH）采用了美国西屋电气公司的WDPF II产品，为标准的DCS集散控制系统。在1、2号机组运行期间，该系统因系统设计、逻辑算法、细节处理、设备老化等方面出现过影响机组运行的故障，在经过多次系统改造后，更加完善了DEH系统对机组汽轮气的调节和控制。而近年来，随着运行时间的延长，机柜电源、DPU、I/O卡等设备故障发生率较以前有了较大得增加，各工作站的故障也偶有发生。大部分备件西屋公司已经停产，备件的获取难度也越来越大。

秦山核电二期扩建机组的DEH控制系统采用了西屋公司新一代产品OVATION，该产品为WDPF的升级替代产品。目前，1、2号机组面临着DEH系统的元器件开始老化，备品备件获取难度加大等问题，DEH系统升级改造势在必行，升级后可以减少系统设备保障，提高汽轮机运行安全。

通过秦山核电二期1、2号机组DEH升级改造，发现许多调试的问题，通过对调试问题的总结，对未来其它核电进行的DEH升级改造调试提供可借鉴的经验。

1 DEH系统调试整体介绍

秦山核电二期1、2号机组DEH升级改造调试主要分为3部分，调试第一部分为汽轮机现场改造后的调试，包括油路系统改造后的调试，系统OPC油压与AST油压的调试；调试第二部分为不启动现场就地设备的功能测试和DEH升级改造新增加气机控制系统设备的功能测试，主要包括系统电源接地试验、工作站功能调试、系统I/O功能调试、跳机回路调试，手动跳机按钮调试等；调试第三部分为挂闸且主蒸汽隔离阀处于关闭状态下的带现场就地设备启动的汽机控制系统的性能及功能调试，包括双LVDT调试、汽机阀门动作时间调试、热态功能调试等。

2 调试过程

2.1 油路调试

油路调试先进行EH油与润滑油的油冲洗。油冲洗两轮，每轮油冲洗完成后，化学取样油质是否合格。油质合格后进入EH油系统耐压测试，验证新增相关设备、管路焊缝及管接件。优先将安全阀的整定值设置为17.5Mpa，首先在6Mpa平台查漏观察10min，无问题后升到10Mpa平台继续查漏观察10min，再升到15Mpa平台进行查漏，最后再升到16.675MPa平台查漏。整个耐压试验通过逐渐升压的方式测试是否有漏点。

OPC是汽轮机的超速保护，通过TDM（OPC）模块电磁阀实现。当汽轮机转速达到103%（即3090rpm）或甩负荷时，OPC电磁阀打开，OPC动作，关闭主气门与再热调门。

AST油压是指汽轮机紧急停机保护，通过TDM模块电磁阀实现。当汽轮机的某个参数达到停机值时，TDM模块电磁阀失电打开，泄去安全油，汽轮机各汽门迅速关闭，保护机组安全。

油路调试最后通过调整TDM模块的针阀来调整AST油压，最终需要达到西屋提供的标准AST油压，大概在OPC母管油压的85%～90%左右。

最终调整TDM模块针阀后，1号机组OPC母管油压为14.11MPa，AST油压为12.4MPa；2号机组OPC母管油压为14.30MPa，AST油压为12.8MPa。

2.2 I/O通道回路调试

I/O通道调试是DEH调试的第一步，后续的DEH技改调式都是在I/O通道回路检查的基础上进行的，因此对于调试者来说必须重视DEH调试中的I/O通道回路检查[1]。新增机柜卡件通道精度测试在FAT中已经测试合格，就地传感器也是单独在技改中校验，保证设备精度合格。最后，在安装完成后将整个I/O通道回路全部连接，检查DEH系统的输入与输出信号回路，以及系统与其他系统的信号回路。对于模拟量，通过信号发生器模拟0%、25%、50%、75%、100%信号，从传感器源头加信号进行测试；对于数字量，通过短接线信号通断从信号源头测试。

2.3 新增电超的调试

DEH升级技改增加一套独立的电超速保护系统，此套新增电超速与原有电超速保护安装位置不同。目前，秦山核电二期1、2号机组的电超速系统选用的是盘车位置的3个磁组转速探头，新增的电超速保护安装位置为汽轮机前箱处。新电超速保护装置作为代替原先机械超速保护装置的功能，需要独立于目前送ETS模块跳机的方式。因此，新增的电超速保护装置为Woodward公司生产的超速保护模块 DOPS（Diverse Overspeed Protection）。

图2 改造后AST电磁阀跳机示意图Fig.2 Trip diagram of AST solenoid valve after transformation

在冷态挂闸调试中，试验将Woodward DOPS置于试验模式，在不跳机的情况下单独测试每一个TDM3电磁阀的动作情况。

分别对3个独立的module进行测试，进入各自“Auto Simulated Speed Test”，然后各自进行“Start Test”测试。

此试验程序启动后，转速通道的输入会自动从就地探头切换为模块内部的频率发生器产生的转速信号，跳机值会自动设定为比真实跳机设定值低100rpm，内部频率发生器以10rpm/sec的速率模拟转速上升，直到模拟的转速超过跳机值而跳机。

在各自独立的module中显示“Tripped”，并且在跳机系统油路中可以观察到对应电磁阀失电，导致滑阀动作。

而当在热态调试中机组转速在3000rpm时，将每个module设定转速由3300rpm跳机转速修改到3050rpm，然后机组转速提高到3050rpm，触发AST跳机模块电磁阀。在3050rpm机组状态下进行的测试，可以避免原先机械超速3300rpm左右跳机带来不方便且充满风险，彻底避免机组在高转速情况下的损伤，也能避免恶性的汽机飞车事故发生。

2.4 ETS跳机模块的调试

危急遮断系统ETS是在紧急情况下，迅速关闭汽轮机主汽门，切断汽轮机所有进汽的保护系统[2]。

本次DEH升级技改使用的西屋提供三通道三取二跳机的电磁阀模块（TDM模块）。

汽轮机正常运行期间TDM（ETS）模块上拥有3个电磁阀常开，A1/A2、B1/B2、C1/C2 6个滑阀关闭，每组滑阀由一个电磁阀控制，两个滑阀之间分别拥有PT1、PT2、PT3 3个变送器，变送器压力是由于两端通过节流孔连接进油管和泄油管，正常运行时产生一个稳定的压力。跳机情况为两个电磁阀失电，导致一组滑阀前后开启泄油，如通道1上的B1C1，通道2上的A1C2，通道3上的A2B2机组才会跳机。

ETS跳机信号包含：低EH油压力、低真空信号、低润滑油信号、电超速信号、推力瓦磨损信号、外部跳机信号、绝对振动大跳机信号、汽机胀差大跳机信号、相对振动大跳机信号、DEH电源失去都为调试测试。

其中，EH油压力信号、真空信号、润滑油信号三者的跳机方式由原来的4取2压力开关，更换成了3取2冗余的压力变送器。3个压力变送器送模拟量信号分别到DEH机柜独立的3块卡件，通过卡件运算进行压力值显示，并在逻辑中与设定的跳机值比较，输出3个跳机开关信号，通过组态中的3取2模块输出一个跳机信号送电磁阀进行跳机，变送器形式的优点为：①变送器超差能及时发现并处理；②简易在线测试，仅需逻辑中测试，无需通过试验块泄油；③操作员能实时查看压力变化趋势；④临界跳机时报警。

ETS跳机模块的调试通过强制两个对应变送器或速度探头触发跳机信号进行测试，满足条件使机组打闸，并且“first-out status”首先触发跳机逻辑报警。汽轮机检测系统与核岛堆功率保护信号送ETS跳机信号，由于为数字量点并为技改改变，则通过强制D/I点来进行调试验证。

2.5 手动跳机按钮的调试

手动跳机按钮的调试在DEH技改调试中是非常重要的一部分，一般DEH的手动停机按钮分别为主控停机按钮与就地停机按钮，而就地停机按钮可以保证在启机停机或现场有紧急情况时，现场操纵员第一时间根据现场的实际情况进行紧急停机操作[3]。

升级技改取消手动打闸，拉杆是直接动作，薄膜阀导致泄油跳机，因此新加的就地停机按钮不送ETS中进行逻辑跳机。就地停机按钮直接停AST与DOPS电磁阀的供电，使电磁阀失电滑阀动作泄油跳机。另外，考虑到日常期间手动跳机按钮误动的风险，主控停机按钮与就地停机按钮都选用常开触点接线方法。

在汽轮机挂闸情况下，测量机柜测TRIP-PB端子排上继电器R4、R5、R12、R13都处于带电状态，现场按下就地跳机按钮，按钮指示灯会通过卡件供电变亮，所有TRIP-PB端子排上继电器R4、R5、R12、R13都处于失电状态，就地TDM1（ETS）、TDM2（DOPS）所有跳机的电磁阀都动作，泄油跳机。确认机组跳机后，将就地跳机按钮复位，此时可以测量到TRIP-PB端子排上继电器R4、R5、R12、R13重新处于带电状态。

图3 手动跳机逻辑示意图Fig.3 Logic diagram of manual tripping

图4 调门双LVDT结构图Fig.4 Structure diagram of double LVDT of regulating valve

主控停机按钮的调试也是同样通过按下按钮改变TRIP-PB端子排上继电器R4、R5、R12、R13状态，从而触发电磁阀动作，泄油停机。

2.6 调门校验调试

调门单LVDT（线性差动变速器）控制方式可靠性低，一旦出现单LVDT故障将直接导致调门反馈异常，机组可能会出现控制回路开环或自动控制系统失灵，导致机组负荷波动，造成停机停堆的风险。DEH升级改造中将单LVDT升级为双LVDT，调门上装冗余双支LVDT，同时需要两块RVP阀门控制卡，分别连到MOOG阀的两组线圈上。运行时只有一块主的RVP进行计算，给出MOOG阀指令，另一块RVP只是给出同样的指令。一旦检测到主LVDT或卡件故障，能无扰切换备用，提高机组的可靠性与安全性。

汽轮机现场双LVDT安装后，开始初次调门校验工作。第一步是将调门两块RVP卡件参数在Ovation Developer Studio（组态软件）中设置一致；第二步设置两块RVP卡件的主备之分，将RVP-A卡设置成“RVP STATUS”为“PRIMARY”（主控）状态，RVP-B卡件设置成“RVP STATUS”为“BACKUP”状态；前两步设置工作完成后就可以进行全行程校验工作，调门全行程校验，优先校验主控RVP-A，校验完成后将调门“Top Cal Position”与“Bot Cal Position”参数下装到RVP-A卡件中，再以相同方法对备用RVP-B进行全行程校验[4]。

完成全行程校验后，进行调门测试。在控制图7089中设置“output value”区域分别输入25、50、75、100开度，点击“slew time”设置5s，点击“slew output”，确认“M/A out”显示分别为25、50、75、100时，“RVP A DEM”的对应值分别为25、50、75、100左右。同时，在汽机机头分别确认各调门处于稳定开度状态，油动机活塞杆上标记对应开度位置，测量所标记的零位与各开度位置之间的距离。

图5 调门控制软手册Fig.5 Soft manual of control valve

图6 秦山核电二期扩建机组TDM模块中存有杂物Fig.6 Impurities in TDM module of unit 4 in Qinshan No.2 Power Plant

图7 模拟量输入卡件提供接线方法Fig.7 Wiring method provided by analog input card

3 调试问题分析

3.1 油路问题分析

汽轮机相关油路管道在技改施工后存在变动，虽然每根管道与三通在焊接后都用压空进行过吹扫，但是可能存在小颗粒杂物。在油冲洗时，如果进入阀芯将对调阀、跳机模块造成永久损伤。秦山核电二期扩建机组曾经在油路管线变动后进行油冲洗工作，造成TDM模块存留黑色杂物。根据经验反馈在1、2号机组技改油路调试第一轮油冲洗时，将3个新增TDM跳机模块拆除，直接增加短管让油直接回油进EH油箱，等第一轮油冲洗油质合格后，再进行第二轮冲洗，将3个跳机模块安装入系统，但拆除模块上所有的电磁阀与滑阀，用盲板封堵，通过两轮油冲洗能将管道中的杂物去除。

3.2 I/O通道调试问题分析

在实际的I/O通道回路调试过程中发现模拟量输入点存在部分坏点，其中一部分为变送器的无源信号正负接线颠倒导致的通道失效，另外失效的通道，主要原因为有源与无源连接。

有源信号与无源信号一般是针对4mA～20mA电流信号而言。有无源主要看4mA～20mA信号的那台设备是否有独立的工作电源，如果有（AC220V或DC24V），则它输出的信号为有源信号，否则为无源信号。

有源信号的采集主要通过设备输入接口的正端和负端分别对应4mA～20mA信号源设备的正端和负端就可以了。

对于无源信号的采集，无源信号的那台设备没有独立的工作电源，当它需要输出4mA～20mA信号时，它的工作电压需要外部设备来提供。因此，采集信号的设备往往要求有配电功能，如配有DC24V输出的，当它采集4mA～20mA信号时就可以同时提供DC24V。

失效通道主要是TSI（汽机监测保护系统）转送的4mA～20mA信号，通过万用表检查发现这些通道在TSI端侧就供有DC24V有源信号，而西屋公司原本设计为秦山核电二期1、2号机组所有模拟量输入点全部为无源信号，由ovation卡件供电，所以造成了汽机监测保护通道点的失效[5]。

3.3 ETS跳机模块问题分析

秦山核电二期1号机组运行期间执行直流油泵（1GGR004PO）自启动试验，运行人员启动1GGR004PO后，DEH系统中润滑油母管压力变送器1GGR901MP、1GGR902MP、1GGR903MP同时升高至0.203MPa，超过变送器量程上限（0.2MPa），触发质量位失效信号（质量位设定值0.2025MPa）机组跳机。

信号质量位是对信号质量好坏的判定，为控制系统在判断输入信号可能失效的情况下如何应对处理提供依据。比如，变送器故障、通讯故障、卡件故障等都会使信号失效或不可靠，为应对信号失效，数字控制系统一般都会进行信号质量判断及应对处理。

DEH涉及质量位保护为MEDINSEL算法块，其中的MRE路为质量位路径在算法块中有3种情况能触发质量位1.3个信号同时失效时质量位变1，2.3个信号之间两两偏差超过模块设定值时质量位变1，3.1个信号失效，剩余两个信号偏差超过模块设定值时质量位变1。这3种情况都可能触发质量位停机。

在启机3000 rpm平台测试直流油泵（1GGR004PO）自启动试验，通过变送器测量直流油泵启动时验证了润滑油母管的最高压力可达0.203MPa。考虑到可能最坏情况交直流泵同时启动，润滑油压可能最高为0.5MPa。因此，将GGR901/902/903润滑油压变送器的量程由0.2MPa修改为0.4MPa。将高失效电流由大于20.2mA修改为大于25mA，机组只有超过0.525MPa时机组才会触发质量位。

图8 质量位跳机逻辑Fig.8 Quality bit trip logic

3.4 调门校验问题分析

秦山核电二期调门LVDT本身由铁芯与线圈组成，线圈有一个初级线圈和两个次级线圈组成，初级线圈、次级线圈分布在铁芯的左右两侧，铁芯内部有一个可自由移动杆状衔铁。当衔铁处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，此时输出电压为0；当衔铁在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个初级绕组产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量。为提高传感器灵敏度，改善传感器线性度，增大传感器线性范围，设计时将两个次级线圈反串相接（电压极性相反），LVDT输出电压是其电压之差，且与铁心位移量成线性关系。

秦山核电二期1号机组在校验调门中，由于未定位中心点导致各调门的行程不同，并且在DEH中“Top Cal Position”与“Bot Cal Position”偏差较大，针对这个情况制定新的方法进行校验。

在调门校验开始前，新增一步固定调门的全行程范围。由于本厂油动机全行程为310mm，为了保证调门使用线性最好的区域校验，在安装时需要优先测量两次线圈的电压值，拉动铁芯当衔铁与两次级线圈所产生的电压值相等时，此位置为调门开度50%，则铁芯向下移动155mm为调门开度0%，向上移动155mm为调门开度100%。在确定好0与100%位置后就可将LVDT铁芯固定，完成准备工作后就可以进行全行程校验。

秦山核电二期1号机组调门最终开度位置数据见表1。