CN113777976B - 核电厂隔离阀控制电路 - Google Patents

核电厂隔离阀控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电厂隔离阀控制电路，包括安全模块、操作关闭模块、操作开启模块、限位开关模块和控制模块，控制模块用于根据安全信号、操作关闭信号、操作开启信号、限位开关信号选择性地输出阀门开关信号；控制模块包括第一与门、第一或门、RS触发器、第二或门和第二与门，反应堆关闭单元的输出端取非并连接第二与门的输入端，停堆盘关闭单元的输出端取非并连接第二与门的输入端，第二或门的输出端连接第二与门的输入端；第二与门的输出端输出阀门开关信号。本发明的核电厂隔离阀控制电路可避免误碰、短路、锈蚀等误触发情形下的阀门自动关闭，避免跳堆跳机。在不改变原功能和不提高拒动率的基础上，有效解决原设计的不足并降低了误动率。

Description

核电厂隔离阀控制电路
技术领域
本发明涉及核电领域，尤其涉及一种核电厂隔离阀控制电路。
背景技术
CPR1000核电机组有3台蒸发器，每台蒸发器对应的二回路上配置1台主蒸汽隔离阀和1台主给水隔离阀。当反应堆冷却剂系统及蒸汽发生器中充满大量质量和能量时，主蒸汽隔离阀和主给水隔离阀的隔离功能可以保证在发生高能管道破裂时，单一故障不会引起一台以上的蒸汽发生器排放，以维持反应堆冷却剂和安全壳内的压力在可接受的范围内。同时作为安全壳的自然延伸，也起到第三道屏障的作用，防止额外质能释放。
CPR1000机组主蒸汽隔离阀(下简称MSIV)和主给水隔离阀控制策略相同，以主蒸汽隔离阀控制逻辑为例说明，逻辑示意如图1所示，控制信号主要包含：
(1)执行安全功能的安全级信号：反应堆保护系统(RPR)产生的A/B列主蒸汽隔离信号和紧急停堆盘(ECP盘)主蒸汽隔离按钮VVP001/002TO的A/B列快关信号。
(2)阀门常规操作信号：DCS系统操作员界面(KIC)和后备盘(BUP)阀门操作的开和关信号。
(3)摆臂式全关限位开关信号SM5。SM5全关位信号为1，不在全关位为0，作用分为两方面：
①SM5用于防短指令误开阀门，闭锁开阀自保持指令，因此在阀门关闭状态打开阀门时，需长按开阀按钮(约20秒)直到阀门离开全关位，SM5信号翻转为0，开阀指令才能保持。可以从防人因角度减少操纵员误开阀门的可能性。
②可以实现在关阀到位时复位开指令，避免阀门关闭后又产生不可预期的自动重新开启。例如通过ECP盘A列按钮VVP001TO快关阀门后，可通过SM5信号对开阀自保持指令进行复位。
另外，如果出现无关阀指令但因阀门本身结构故障(例如液压回路漏油、空气泵故障等)导致阀门关闭的情况，也可通过SM5信号对开阀自保持指令进行复位。
当前控制逻辑存在两方面不足，存在安全隐患，具体如下：
问题1：在机组功率运行期间阀门处于全开位，若SM5信号误触发(误碰，短路、锈蚀等)，会导致阀门自动关闭，从而导致跳堆跳机(CPR1000堆型机组现场发生过5次)。
问题2：停机期间使用ECP盘TO关闭阀门后，若SM5信号不触发(摆臂卡涩、反馈连杆支架位移等)，当TO复位后阀门会非预期再次开启，反应堆一回路参数将大幅波动(CPR1000堆型机组现场发生1次)。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对以上缺陷，提供一种改进的核电厂隔离阀控制电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核电厂隔离阀控制电路，包括
安全模块，用于接收安全信号，所述安全模块包括反应堆关闭单元和停堆盘关闭单元；
操作关闭模块，用于接收操作关闭信号；
操作开启模块，用于接收操作开启信号；
限位开关模块，用于接收限位开关信号，所述限位开关信号包括第一限位开关信号和第二限位开关信号；所述限位开关模块包括第一限位开关单元、第二限位开关单元和限位与门，所述第一限位开关单元用于接收所述第一限位开关信号，所述第一限位开关单元的输出端连接所述限位与门的输入端；所述第二限位开关单元用于接收所述第二限位开关信号，所述第二限位开关单元的输出端取非并连接所述限位与门的输入端，所述限位与门的输出端为所述限位开关模块的输出端；
控制模块，与所述安全模块、操作关闭模块、操作开启模块、限位开关模块相连接，所述控制模块用于根据所述安全信号、所述操作关闭信号、所述操作开启信号、所述限位开关信号选择性地输出阀门开关信号；
所述控制模块包括：
第一与门，所述操作开启模块的输出端连接所述第一与门的输入端，所述第一限位开关单元的输出端取非并连接所述所述第一与门的输入端；
第一或门，所述限位开关模块的输出端、所述操作关闭模块的输出端分别连接所述第一或门的输入端；
RS触发器，所述第一或门的输出端连接所述RS触发器的R端，所述第一与门的输出端连接所述RS触发器的S端；
第二或门，所述操作开启模块的输出端及所述RS触发器的输出端分别连接所述第二或门的输入端；
第二与门，所述反应堆关闭单元的输出端取非并连接所述第二与门的输入端，所述停堆盘关闭单元的输出端取非并连接所述第二与门的输入端，所述第二或门的输出端连接所述第二与门的输入端；所述第二与门的输出端输出所述阀门开关信号。
优选地，所述反应堆关闭单元和所述停堆盘关闭单元的输出端还分别连接所述第一或门的输入端。
优选地，所述反应堆关闭单元接收主蒸汽隔离信号，所述停堆盘关闭单元接收快关信号，所述安全信号包括所述主蒸汽隔离信号和所述快关信号。
优选地，所述操作开启模块包括操作开启单元、差压单元和操作与门；所述操作开启单元的输出端连接所述操作与门的输入端，所述差压单元的输出端取非并连接所述操作与门的输入端，所述操作与门的输出端为所述操作开启模块的输出端。
优选地，所述限位开关模块还包括第一延时器，所述第一限位开关单元的输出端连接所述第一延时器的输入端，所述限位与门的输入端连接所述第一延时器的输出端。
优选地，所述第一延时器的延时时长为2-16s。
优选地，所述第一延时器的延时时长为5s。
优选地，所述限位开关模块还包括第二延时器，所述第二限位开关单元的输出端取非并连接所述第二延时器的输入端，所述限位与门的输入端连接所述第二延时器的输出端。
优选地，所述第二延时器的延时时长为2-16s。
优选地，所述第二延时器的延时时长为5s。
实施本发明的有益效果是：本发明的核电厂隔离阀控制电路，在向隔离阀输出阀门开关信号、使得隔离阀开启的情况下，即使第一限位开关单元的第一限位开关信号意外由“0”变“1”，经由限位与门、第一或门、RS触发器后，依然保持现有状态，使得隔离阀维持开启状态，避免误碰，短路、锈蚀等误触发情形下导致的阀门自动关闭，从而避免跳堆跳机。在不改变原功能和不提高拒动率的基础上，有效解决原设计的不足并且极大降低了误动率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术中核电厂隔离阀的控制逻辑电路图；
图2是本发明一些实施例中核电厂隔离阀控制电路的原理示意图；
图3是图2中安全模块的原理示意图；
图4是图2中操作开启模块的原理示意图；
图5是图2中限位开关模块的原理示意图；
图6是本发明一些实施例中核电厂隔离阀控制电路的电路示意图；
图7是本发明优选实施例中核电厂隔离阀控制电路的逻辑电路图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图2示出了本发明一些实施例中的核电厂隔离阀控制电路，用于控制核电厂CPR1000主蒸汽隔离阀和主给水隔离阀。本发明实施例中的核电厂隔离阀控制电路包括安全模块1、操作关闭模块2、操作开启模块3、限位开关模块4和控制模块5，安全模块1、操作关闭模块2、操作开启模块3、限位开关模块4分别接收安全信号、操作关闭信号、操作开启信号和限位开关信号，控制模块5接收上述各信号、计算并选择性地输出阀门开关信号，从而控制核电厂隔离阀的开启或关闭。
其中，结合图2和图3所示，安全模块1用于接收安全信号，安全模块1包括反应堆关闭单元11和停堆盘关闭单元12。优选地，反应堆关闭单元11和停堆盘关闭单元12的输出端还分别连接第一或门110的输入端。
结合图2、3、6、7所示，在图7所示的一些优选实施例中，反应堆关闭单元11和停堆盘关闭单元12分别用RPR关和ECP关表示。需要说明的是，反应堆关闭单元11和停堆盘关闭单元12均接收执行安全功能的安全级信号，反应堆关闭单元11、即RPR关接收反应堆保护系统产生的A/B列主蒸汽隔离信号，停堆盘关闭单元12、即ECP关接收紧急停堆盘主蒸汽隔离按钮VVP001/002TO的A/B列快关信号。具体地，反应堆关闭单元11接收主蒸汽隔离信号，停堆盘关闭单元12接收快关信号，安全信号包括主蒸汽隔离信号和快关信号。
结合图2、4、6所示，操作关闭模块2用于接收操作关闭信号，操作开启模块3用于接收操作开启信号。优选地，操作开启模块3包括操作开启单元31、差压单元32和操作与门33；操作开启单元31的输出端连接操作与门33的输入端，差压单元32的输出端取非并连接操作与门33的输入端，操作与门33的输出端为操作开启模块3的输出端。
结合图2、4、6、7所示，在如图7所示的优选实施例中，操作关闭模块2、操作开启单元31、压差单元32分别用手动关BUP/KIC、手动开BUP/KIC和压差高表示。
结合图2、5、6所示，限位开关模块4用于接收限位开关信号，限位开关信号包括第一限位开关信号和第二限位开关信号。限位开关模块4包括第一限位开关单元41、第二限位开关单元42和限位与门43，第一限位开关单元41用于接收第一限位开关信号，第一限位开关单元41的输出端连接限位与门43的输入端；第二限位开关单元42用于接收第二限位开关信号，第二限位开关单元42的输出端取非并连接限位与门43的输入端，限位与门43的输出端为限位开关模块4的输出端。
在一些实施例中，限位开关模块4还包括第一延时器，第一限位开关单元41的输出端连接第一延时器的输入端，限位与门43的输入端连接第一延时器的输出端。作为选择，第一延时器的延时时长为2-16s。优选地，第一延时器的延时时长为5s。
在一些实施例中，限位开关模块4还包括第二延时器，第二限位开关单元42的输出端取非并连接第二延时器的输入端，限位与门43的输入端连接第二延时器的输出端。作为选择，第二延时器的延时时长为2-16s。优选地，第二延时器的延时时长为5s。
结合图2、5、6、7所示，在如图7所示的优选实施例中，第一限位开关单元41、第二限位开关单元42分别用SM3和SM5表示。结合图7所示，SM3非和SM5取“与”逻辑中，两个信号均加5s延时是为了防止在做阀门部分关试验或在线维修SM3时，误碰SM5开关导致阀门意外关闭。同时在阀门全开状态下，当SM5故障后，在线检修时，可防止误碰SM3导致阀门意外关闭。开关摆臂误碰到复位时间约2s，而阀门开启时SM5摆臂脱开全关位置时间为16s-21s，故延时时间应在2s-16s，考虑裕量设为5s。注意，此延时可以根据实际需要进行设置。可以理解地，第一延时器、第二延时器的延时时长可根据具体需求进行设计，此处不做具体限制，只要能实现相关功能即可。
如图2和6所示，控制模块5与安全模块1、操作关闭模块2、操作开启模块3、限位开关模块4相连接，控制模块5用于根据安全信号、操作关闭信号、操作开启信号、限位开关信号选择性地输出阀门开关信号。
控制模块5包括第一与门70、第一或门110、RS触发器120、第二或门90和第二与门100。其中，第一与门70上，操作开启模块3的输出端连接第一与门70的输入端，第一限位开关单元41的输出端取非并连接第一与门70的输入端。第一或门110上，限位开关模块4的输出端、操作关闭模块2的输出端分别连接第一或门110的输入端。并且，反应堆关闭单元11和停堆盘关闭单元12的输出端也分别连接第一或门110的输入端。
RS触发器120上，第一或门110的输出端连接RS触发器120的R端，第一与门70的输出端连接RS触发器120的S端。
第二或门90上，操作开启模块3的输出端及RS触发器120的输出端分别连接第二或门90的输入端。优选地，RS触发器120的输出端为S输出端。
第二与门100上，反应堆关闭单元11的输出端取非并连接第二与门100的输入端，停堆盘关闭单元12的输出端取非并连接第二与门100的输入端，第二或门90的输出端连接第二与门100的输入端；第二与门100的输出端输出阀门开关信号。作为选择，在一些实施例中，第二与门100的输出端连接核电厂隔离阀，从而使得核电厂隔离阀根据阀门开关信号选择性地开启或者关闭。
以下结合图2-7对本发明一些实施例中核电厂隔离阀控制电路的具体原理进行说明。本发明解决设计缺陷所采用的控制方法是：自动控制方面，重新设计阀门自动控制逻辑回路，增加RS触发器120(R端优先)，在R端和S端设计逻辑条件，使阀门控制达到新的使用需求，详见图7(ARE主给水隔离阀改进的控制方法与此完全相同，不再单独罗列)；手动干预方面：增加阀门位置状态反馈异常报警(SM3和SM5触发双“0”或双“1”信号)，提醒操作员及时检查。
新控制方法与原设计控制方法相比，新增“SM3非”逻辑(SM3为阀门全开限位开关，“SM3非”表示阀门不在全开位)来辅助判断阀门实际状态。优化后VVP主蒸汽隔离阀的控制设计具体描述如下：
结合图6、7所示，VVP主蒸汽隔离阀关优先设置，RS触发器120R端引入的信号是：手动BUP/KIC关、ECP紧急停堆盘关按钮指令、RPR反应堆保护系统产生的主蒸汽隔离指令关、SM5和SM3非取“与”信号；S端引入的信号是：手动开和SM5非取“与”信号。
VVP主蒸汽隔离阀在不存在阀门关闭指令的情况下，满足阀门开启条件(阀门前后侧压差不高)时，由操作员通过KIC或BUP盘的开启按钮开启。VVP主蒸汽隔离阀开启过程中，阀门逐渐离开全关位置，当全关限位开关摆臂脱不受压恢复自然状态后，SM5信号由“1”变“0”后，操作员可恢复开启按钮，此时由RS触发器(120)的保持功能维持阀门处于持续开启状态。当阀门存在手动关或ECP/RPR快关指令时，阀门关闭。
若出现阀门本身结构故障(例如液压回路漏油、空气泵故障等)导致阀门关闭的情况，也可通过SM5和SM3信号对开阀自保持指令进行复位。经过概率安全论(PSA)分析，改进前，无关指令情况下阀门故障关闭且无法自动复位开指令概率发生概率为2.76E-11，改进后为5.52E-11，远低于阀门设备自身失效导致功能失效概率(E-04级)。同时，改进方案自动控制信号对整体全厂安全目标堆熔概率CDF的影响和贡献几乎可以忽略。同时改进方案新增的报警进行手动干预，也可及时控制该极端情况发生。所以，改进方案可以说并未提高设备的拒动率。
本发明实施例中核电厂隔离阀控制电路中，VVP主蒸汽隔离阀开启后，若SM5信号意外由“0”变“1”后，阀门会维持开启状态，从而解决SM5信号误触发导致阀门自动关闭的问题。当需要通过ECP紧急停堆盘关按钮VVP001/002TO触发阀门快关后，R端同步复位开指令，与限位开关SM5没有关系，从而解决TO复位后阀门会非预期再次开启的问题。
本发明实施例中核电厂隔离阀控制电路的直接优点在于，采用上述改进后，该阀门控制不再存在单一设备故障带来的跳堆风险，在不改变原来阀门控制功能的基础上，消除了原方案的设计缺陷，降低了阀门误动概率，保证了系统安全可靠运行，为核安全提供进一步保证。
本发明实施例中核电厂隔离阀控制电路的间接优点在于，改进后，不存在单一设备故障跳堆设备，若遇到阀门上的压力传感器、限位开关等故障后，维修人员在线维修风险和心理压力大大降低，能更高效的完成抢修工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，包括：
安全模块(1)，用于接收安全信号，所述安全模块(1)包括反应堆关闭单元(11)和停堆盘关闭单元(12)；
操作关闭模块(2)，用于接收操作关闭信号；
操作开启模块(3)，用于接收操作开启信号；
限位开关模块(4)，用于接收限位开关信号，所述限位开关信号包括第一限位开关信号和第二限位开关信号；所述限位开关模块(4)包括第一限位开关单元(41)、第二限位开关单元(42)和限位与门(43)，所述第一限位开关单元(41)用于接收所述第一限位开关信号，所述第一限位开关单元(41)的输出端连接所述限位与门(43)的输入端；所述第二限位开关单元(42)用于接收所述第二限位开关信号，所述第二限位开关单元(42)的输出端取非并连接所述限位与门(43)的输入端，所述限位与门(43)的输出端为所述限位开关模块(4)的输出端；
控制模块(5)，与所述安全模块(1)、操作关闭模块(2)、操作开启模块(3)、限位开关模块(4)相连接，所述控制模块(5)用于根据所述安全信号、所述操作关闭信号、所述操作开启信号、所述限位开关信号选择性地输出阀门开关信号；
所述控制模块(5)包括：
第一与门(70)，所述操作开启模块(3)的输出端连接所述第一与门(70)的输入端，所述第一限位开关单元(41)的输出端取非并连接所述所述第一与门(70)的输入端；
第一或门(110)，所述限位开关模块(4)的输出端、所述操作关闭模块(2)的输出端分别连接所述第一或门(110)的输入端；
RS触发器(120)，所述第一或门(110)的输出端连接所述RS触发器(120)的R端，所述第一与门(70)的输出端连接所述RS触发器(120)的S端；
第二或门(90)，所述操作开启模块(3)的输出端及所述RS触发器(120)的输出端分别连接所述第二或门(90)的输入端；
第二与门(100)，所述反应堆关闭单元(11)的输出端取非并连接所述第二与门(100)的输入端，所述停堆盘关闭单元(12)的输出端取非并连接所述第二与门(100)的输入端，所述第二或门(90)的输出端连接所述第二与门(100)的输入端；所述第二与门(100)的输出端输出所述阀门开关信号。
2.根据权利要求1所述的核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，所述反应堆关闭单元(11)和所述停堆盘关闭单元(12)的输出端还分别连接所述第一或门(110)的输入端。
3.根据权利要求2所述的核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，所述反应堆关闭单元(11)接收主蒸汽隔离信号，所述停堆盘关闭单元(12)接收快关信号，所述安全信号包括所述主蒸汽隔离信号和所述快关信号。
4.根据权利要求1所述的核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，所述操作开启模块(3)包括操作开启单元(31)、差压单元(32)和操作与门(33)；所述操作开启单元(31)的输出端连接所述操作与门(33)的输入端，所述差压单元(32)的输出端取非并连接所述操作与门(33)的输入端，所述操作与门(33)的输出端为所述操作开启模块(3)的输出端。
5.根据权利要求1-4任一项所述的核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，所述限位开关模块(4)还包括第一延时器，所述第一限位开关单元(41)的输出端连接所述第一延时器的输入端，所述限位与门(43)的输入端连接所述第一延时器的输出端。
6.根据权利要求5所述的核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，所述第一延时器的延时时长为2-16s。
7.根据权利要求6所述的核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，所述第一延时器的延时时长为5s。
8.根据权利要求1-4任一项所述的核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，所述限位开关模块(4)还包括第二延时器，所述第二限位开关单元(42)的输出端取非并连接所述第二延时器的输入端，所述限位与门(43)的输入端连接所述第二延时器的输出端。
9.根据权利要求8所述的核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，所述第二延时器的延时时长为2-16s。
10.根据权利要求9所述的核电厂隔离阀控制电路，其特征在于，所述第二延时器的延时时长为5s。
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