CN112366017A - 一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路 - Google Patents

一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路 Download PDF

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尤兵
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商海龙
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江元正
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曹培根
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张绪怡
余周峰
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林静怡
王世震
周杨
李非
张崇浩
余知府
宫成军
周国烨
刘杨中华
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Abstract

本发明属于数字化控制技术领域，具体涉及一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路,快速切换电路基于继电器进行搭建，响应时间的测量，切换电路作用是对测量线路进行选择切换，继电器的被控制端，为金属开关的导通与断开，其控制端，为电子元器件，接入控制命令信号，可实现继电器的快速动作；通过模块化、级联搭桥等方式组成信号快速切换电路，实现保护系统响应时间测量的信号快速、准确切换，解决人工切换时效率低、错误率高的问题，提高试验效率。

Description

一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路
技术领域
本发明属于数字化控制技术领域，具体涉及一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路。
背景技术
核电厂反应堆保护系统(以下称保护系统)，通过接收上游仪表信号的变化进行阈值判断、逻辑处理等，触发停堆或启动专设安全设施，以确保反应堆的安全。为确保事故工况下，保护系统能及时动作，核电厂需在调试阶段及大修阶段，定期执行响应时间测量试验。
保护系统响应时间的输入信号约200个(包括数字量及模拟量)，输出信号约100个，主要分布在四个保护通道及两个专设列厂房，记录仪一般布置于计算机房，整体试验跨厂房数量≥7。测量响应时间需要跨厂房搭建测量电缆，但因电缆桥架容量及各厂房之间防火封堵孔洞等原因，每两个厂房之间一般只预先敷设1根电缆。
响应时间测量试验，以稳压器压力高三停堆逻辑的响应时间测量为例。此试验涉及四部分：一通道RCS005MP触发停堆的响应时间、二通道RCS006MP触发停堆的响应时间、三通道RCS013MP触发停堆的响应时间、四通道RCS018MP触发停堆的响应时间。
一通道RCS005MP试验：准备阶段，计算机房记录仪的输入选取一通道线缆1对线芯，一通道厂房内将对应线芯接入到机柜中的RCS005MP端子排；计算机房记录仪的输出选取四个保护通道线缆各1对线芯，四个保护通道厂房内，分别将对应线芯接入到本通道机柜中的停堆信号端子排；然后进行试验信号触发、记录响应时间及试验信号恢复等。
二通道RCS006MP试验：准备阶段，计算机房记录仪的输入切换到二通道线缆1对线芯，二通道厂房内将对应线芯接入到机柜中的RCS006MP端子排；计算机房记录仪的输出接线保持与一通道试验一致。然后进行试验信号触发、记录响应时间及试验信号恢复等。
三通道RCS013MP、四通道RCS018MP试验方法与二通道类似。
可以看出，每个逻辑的试验需要多厂房、多线缆、多装置(机柜、记录仪等)操作，试验人员互相配合手动切换接线，而反应堆保护系统有数十个逻辑，且对应不同的输入输出信号。此试验需要大量的信号接线切换，耗费了大量的人力及时间资源，且存在很大的人因失误接错线而导致试验失败风险概率。
发明内容
本发明的目的是针对上述弊端，提出一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路，通过模块化、级联搭桥等方式组成信号快速切换电路，实现保护系统响应时间测量的信号快速、准确切换，解决人工切换时效率低、错误率高的问题，提高试验效率。
本发明的技术方案如下：
一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路，快速切换电路基于继电器进行搭建，响应时间的测量，切换电路作用是对测量线路进行选择切换，继电器的被控制端，为金属开关的导通与断开，其控制端，为电子元器件，接入控制命令信号，可实现继电器的快速动作；
4个独立的继电器，其各自的被控制回路，通过并联组成1个4通道的选择开关。通过对四个继电器的控制指令，可实现信号的4选1。
所述4个继电器均断开，选择开关为工作准备状态，输出无选择信号；
继电器1闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号1；
继电器2闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号2；
继电器3闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号3；
继电器4闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号4；
4个继电器同时有且只有1个闭合，选择开关单元才能正确进行模块选择；
将4选1选择开关作为模块化开关，通过多个模块化开关的级联组合可实现切换多选少的切换电路。
所述切换电路为16选1快速切换电路中，16路输入分类成4组：第一组为输入1～4，第二组为输入5～8，第三组为输入9～12，第四组为输入13～16；
每组通过一个模块化开关进行切换，用于选择具体导通的信号线路，将用到的模块化开关分为两级，第一级为组选，用于选通“输出信号用哪组的输入”，第二级为路选，用于每一组输入信号中选通“哪路信号作为组的输出”；通过模块化开关的组选、路选这种级联方式，实现16选1的切换电路。
当选择16个输入中1个输入作为输出时，各级模块化开关继电器触点闭合，将此通道“搭桥”成硬接线通路，从而为输入信号传输到输出提供通道；
路选的模块化开关1选择为输入1，即第一组选择了输入1作为输出；路选的模块化开关2选择为输入4，即第二组选择了输入4作为输出；路选的模块化开关3选择为输入9，即第三组选择了输入9作为输出；路选的模块化开关4选择为输入13，即第四组选择了输入13作为输出；而组选的模块化开关A选择为第一组输出，所以，16选1快速切换电路输出选择了第一组的输入1。
将组选的模块化开关A，扩展增加到4个，可实现16选4的信号切换。
路选的模块化开关1选择为输入1、模块化开关2选择为输入4、模块化开关3选择为输入9、模块化开关4选择为输入13，而组选的模块化开关A选择为第一组输出、模块化开关B选择为第二组输出、模块化开关C选择为第三组输出、模块化开关D选择为第四组输出。
通过继电器的模块化开关、级联搭桥，可以形成16选4快速切换电路；可根据保护系统不同的信号数量，将模块化开关中包含的继电器数量进行改变，从而可以实现25选5、36选6、49选7、64选8、81选9、100选10等切换组合。
本发明的有益效果：
1)信号快速切换电路，通过电路的快速控制来代替人工重复的拆接线，可以有效节省人力和试验时间，提高保护系统响应时间测量的试验效率；
2)信号快速切换电路，将试验中耗时、重复性的拆接线工作分解为一次性拆接线和快速切换，拆接线为试验前一次接入准备及试验后一次拆线恢复，切换为通过切换电路快速切换，减少试验中拆接线重复性工作。
3)信号快速切换电路通过继电器原理实现，其控制端为电子回路，能实现快速切换，其被控制端为金属开关触点，无电子元器件，不会额外引入其他时间延迟而影响保护系统响应时间测量结果。
4)信号快速切换电路，每个模块化开关结构、功能一致，互相独立，一个故障只影响部分信号，不会导致整个电路故障，且可单独进行故障单元的更换。
5)信号快速切换电路，通过两级(组选、路选)搭桥组合，多个输入能同时切换到多个输出进行线路连接，为保护系统响应时间测量试验提供了可同时测量的信号选择。
6)信号快速切换电路，组选由多个模块化开关组成，为组选提供了故障冗余，增加可靠性，也增加了输出线路，同时可输出多个选择信号。
7)信号快速切换电路，利用试验信号多、线缆少、重复拆接线多、设施不能增加时间延迟等特点实现，充分匹配核电厂反应堆保护系统响应时间测试的各种限制条件，实现试验效率的关键提升。
附图说明
图1为本发明的四选一自动切换电路示意图；
图2为本发明的十六选一自动切换电路示意图；
图3为本发明的十六选四自动切换电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
保护系统响应时间的测量，主要测量每个保护系统逻辑的响应时间。每个逻辑的响应时间测试，需要接入此逻辑的一个输入信号的触发为时间记录采集开始的基准点，然后选择此逻辑的输出信号作为时间记录采集结束的基准点。
整个测量过程，主要分两个部分：信号切换、测量时间。
信号切换：约需10～30分钟，视切换信号的数量及机柜拆接线难易度而定。
测量时间：约需1～2分钟，用于信号多次触发、恢复及记录仪数据记录。
从上面的经验数据可以得知，保护系统响应时间测试的工作，工作时间主要用于信号的切换。信号切换的难点主要有：
跨厂房的试验电缆少；
各厂房试验电缆端接位置多；
进行切换操作的厂房多；
同一时间接入测量的信号有限；
基于此特点，通过改良信号切换环节，可以很大的提升试验的效率。可在每个厂房增加一个快速切换电路，此切换电路主要实现信号的多选少快速切换。
如图所示,信号切换电路基于继电器控制回路与被控制回路隔离的原理，将4个继电器并联组成模块化切换开关，然后将模块化切换开关级联组合，搭建成两级的级联电路。信号切换电路通过对各继电器发送开关控制命令，相应的各继电器动作，为被选择的一路输入进行通道搭桥，导通至输出端，从而实现保护系统响应时间测量的信号快速切换。
以下为具体电路的实现方式：
快速切换电路基于继电器进行搭建。响应时间的测量，切换电路作用是对测量线路进行选择切换，其接入测量线路的部分，不能有电子元器件等响应时间有延迟的部件，不能影响被测量线路的信号传输时间。继电器的被控制端，为金属开关的导通与断开，其接入测量线路，不会对信号产生延迟作用，而其控制端，为电子元器件，接入控制命令信号，可实现继电器的快速动作(其动作时间在毫秒级别)。
通过继电器的并联实现信号的多选少切换。如图1所示，4个独立的继电器，其各自的被控制回路，通过并联组成1个4通道的选择开关。通过对四个继电器的控制指令，可实现信号的4选1。具体实现如下：
4个继电器均断开，选择开关为工作准备状态，输出无选择信号；
继电器1闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号1；
继电器2闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号2；
继电器3闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号3；
继电器4闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号4；
4个继电器同时有且只有1个闭合，选择开关单元才能正确进行模块选择。
将4选1选择开关作为模块化开关，通过多个模块化开关的级联组合可实现切换多选少的切换电路。如图1所示，将每个4选1选择单元电路图进行简化，用于后续电路图组合示意。
通过分组及分级，对多个信号进行选择。如图2所示，16选1快速切换电路中，16路输入分类成4组：第一组为输入1～4，第二组为输入5～8，第三组为输入9～12，第四组为输入13～16。每组通过一个模块化开关进行切换，用于选择具体导通的信号线路。将用到的模块化开关分为两级，第一级为组选，用于选通“输出信号用哪组的输入”，第二级为路选，用于每一组输入信号中选通“哪路信号作为组的输出”。通过模块化开关的组选、路选这种级联方式，实现16选1的切换电路。
当选择16个输入中1个输入作为输出时，各级模块化开关继电器触点闭合，将此通道“搭桥”成硬接线通路，从而为输入信号传输到输出提供通道。如图2所示，路选的模块化开关1选择为输入1，即第一组选择了输入1作为输出；路选的模块化开关2选择为输入4，即第二组选择了输入4作为输出；路选的模块化开关3选择为输入9，即第三组选择了输入9作为输出；路选的模块化开关4选择为输入13，即第四组选择了输入13作为输出；而组选的模块化开关A选择为第一组输出，所以，16选1快速切换电路输出选择了第一组的输入1。
如图3所示，将组选的模块化开关A，以同样接线方式扩展增加到4个，便可实现16选4的信号切换。图3中，路选的模块化开关1选择为输入1、模块化开关2选择为输入4、模块化开关3选择为输入9、模块化开关4选择为输入13，而组选的模块化开关A选择为第一组输出、模块化开关B选择为第二组输出、模块化开关C选择为第三组输出、模块化开关D选择为第四组输出。这样便实现了：输出1选择了输入1、输出2选择了输入5、输出3选择了输入9、输出4选择了输入13，完成了16选4的信号切换选择。
通过继电器的模块化开关、级联搭桥，便形成了16选4快速切换电路。各核电厂保护系统不同的信号数量，可将模块化开关中包含的继电器数量进行改变，便可以实现25选5、36选6、49选7、64选8、81选9、100选10等切换组合，实现核电厂保护系统响应时间测量的信号快速切换。
将此电路应用于保护系统响应时间测量，便可实现信号的快速切换。在保护系统响应时间测量的试验中，每个厂房布置一个快速切换电路，电路输入端接入此厂房所有试验信号，输出端接到跨厂房送到记录仪的电缆。执行试验时，控制快速切换电路中继电器动作，将输出端连通至所需的信号输入端，送到记录仪进行响应时间测量。以稳压器压力高三停堆逻辑中一通道输入信号RCS005MP的响应时间测量为例，测量时，通过对电路输入快速切换命令，各厂房内切换电路快速切换动作情况动作：
一通道厂房切换电路：输出1快速切换电路切换至输入信号-RCS005MP，输出2快速切换至输入信号-一通道停堆信号；
二通道厂房切换电路：输出2快速切换电路切换至输入信号-二通道停堆信号；
三通道厂房切换电路：输出2快速切换电路切换至输入信号-三通道停堆信号；
四通道厂房切换电路：输出2快速切换电路切换至输入信号-四通道停堆信号；
计算机房切换电路切换：到对应的测试信号到连接记录仪等测试装置的输出端。
快速切换完成后，便完成了信号发生器注入、记录仪的线路搭桥，然后通过信号发生器注入触发信号，便可通过记录仪获得RCS005MP稳压器压力高三停堆响应时间。
基于模块化、级联搭桥组合的快速切换电路，实现了保护系统快速、准确切换，充分利用电路响应时间快的原理，将切换时间从10～30分钟(人工)减到了1秒(电路)内，倍数级的提高了保护系统响应时间测量工作的效率。
上面结合附图对本发明的实例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路，其特征在于：快速切换电路基于继电器进行搭建，响应时间的测量，切换电路作用是对测量线路进行选择切换，继电器的被控制端，为金属开关的导通与断开，其控制端，为电子元器件，接入控制命令信号，可实现继电器的快速动作；
4个独立的继电器，其各自的被控制回路，通过并联组成1个4通道的选择开关。通过对四个继电器的控制指令，可实现信号的4选1。
2.如权利要求1所述的一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路，其特征在于：所述4个继电器均断开，选择开关为工作准备状态，输出无选择信号；
继电器1闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号1；
继电器2闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号2；
继电器3闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号3；
继电器4闭合，其他继电器断开，选择开关的输出选择输入信号4；
4个继电器同时有且只有1个闭合，选择开关单元才能正确进行模块选择；
将4选1选择开关作为模块化开关，通过多个模块化开关的级联组合可实现切换多选少的切换电路。
3.如权利要求1所述的一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路，其特征在于：所述切换电路为16选1快速切换电路中，16路输入分类成4组：第一组为输入1～4，第二组为输入5～8，第三组为输入9～12，第四组为输入13～16；
每组通过一个模块化开关进行切换，用于选择具体导通的信号线路，将用到的模块化开关分为两级，第一级为组选，用于选通“输出信号用哪组的输入”，第二级为路选，用于每一组输入信号中选通“哪路信号作为组的输出”；通过模块化开关的组选、路选这种级联方式，实现16选1的切换电路。
4.如权利要求3所述的一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路，其特征在于：当选择16个输入中1个输入作为输出时，各级模块化开关继电器触点闭合，将此通道“搭桥”成硬接线通路，从而为输入信号传输到输出提供通道；
路选的模块化开关1选择为输入1，即第一组选择了输入1作为输出；路选的模块化开关2选择为输入4，即第二组选择了输入4作为输出；路选的模块化开关3选择为输入9，即第三组选择了输入9作为输出；路选的模块化开关4选择为输入13，即第四组选择了输入13作为输出；而组选的模块化开关A选择为第一组输出，所以，16选1快速切换电路输出选择了第一组的输入1。
5.如权利要求4所述的一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路，其特征在于：将组选的模块化开关A，扩展增加到4个，可实现16选4的信号切换。
6.如权利要求5所述的一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路，其特征在于：路选的模块化开关1选择为输入1、模块化开关2选择为输入4、模块化开关3选择为输入9、模块化开关4选择为输入13，而组选的模块化开关A选择为第一组输出、模块化开关B选择为第二组输出、模块化开关C选择为第三组输出、模块化开关D选择为第四组输出。
7.如权利要求3所述的一种实现保护系统响应时间测量的信号快速切换电路，其特征在于：通过继电器的模块化开关、级联搭桥，可以形成16选4快速切换电路；可根据保护系统不同的信号数量，将模块化开关中包含的继电器数量进行改变，从而可以实现25选5、36选6、49选7、64选8、81选9、100选10等切换组合。
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