反应堆保护系统试验装置设计范文

《核动力工程杂志》2014年第三期

1T2试验装置的组成

T2试验装置为一台可移动的自动测试设备。试验时，通过试验电缆连接到被试验的逻辑设备，分别对每个“半逻辑”进行试验。试验完成后，试验装置随即与保护系统脱离。T2试验装置的主要硬件组成见图2。T2试验装置主要由加固型工业控制计算机、打印机、6块标准信号输入/输出（I/O）卡、1块特殊I/O卡、1块自检测试单元以及测试控制软件组成。I/O卡用于产生测试激励信号和采集被测试对象状态信号；自检测试卡用于对系统电路、输出信号及测试连接电缆进行自检；液晶显示器用于实施人-机交互；键盘用于设置及启动试验；打印机用于输出试验数据报告；测试信号接口连接试验电缆，用于试验信号的输入/输出。7块I/O卡及自检卡插在工业标准结构（ISA）接口上与计算机进行交换数据，接口电路都由可编程逻辑电路（CPLD）实现。CPLD电路除完成接口功能外，还接受时钟震荡信号，经过分频、记数、触发等电路处理，产生宽度准确的脉冲串，并实现I/O信号的自检采集判断和输出。T2试验装置的机柜为标准机柜，机柜深约600mm，其上部操作面的高度约800mm，机柜总高约1100mm，以方便操作员站立操作。T2试验装置在硬件板卡和结构设计上均考虑了设备接口的扩展。

2T2试验装置的工作原理

T2试验装置的工作原理是：试验接口电路接收来自计算机的试验输出信号和试验控制信号，产生试验所需的3种状态（高电平状态、低电平状态和浮空状态）的试验注入信号，并将注入信号进行隔离后注入被试验的保护逻辑。随后，接口电路将保护逻辑电路对试验注入信号的响应状态信号隔离并转化为可被计算机识别的试验采集信号，送入计算机进行后处理。试验过程中有3种计算机信号，分别为：（1）试验输出信号：在试验过程中，试验输出信号用2Bit数字输出量表示：高电平(1，0）、低电平(0，1）、浮空状态(0，0）、(1，1）组合禁止使用。（2）试验控制信号：试验控制信号为一组数字量输出信号，送向输入/输出接口板以控制试验状态。其中启动试验信号用2Bit的数字输出量表示，控制试验输出信号的发送；超时控制信号用1Bit数字输出量表示，控制超时监视电路的工作状态。（3）试验采集信号：逻辑线路对试验注入信号的响应状态信号经过输入/输出接口板的隔离后形成试验采集信号由计算机读入。每个试验采集信号用1Bit数字输入量表示。试验接口为硬件电子线路，其主要功能为产生试验注入信号和对被试验逻辑电路的响应状态信号进行处理。接口电路还包括基于硬件电路的试验注入信号超时控制电路，当由于试验控制信号故障使试验信号持续时间过长时，自动切断试验注入信号，保证不影响保护逻辑的正常功能。T2试验装置输入/输出端口数量情况见表1。T2试验装置对保护系统中的逻辑柜和信号柜进行定期功能试验，可分为保护逻辑试验和信号传输试验两种工作方式，工作模式由操作员在试验装置显示器上通过人-机对话方式选择。保护逻辑试验针对保护系统系列A、B的逻辑柜（包括500AR、530AR、600AR和630AR）进行，目的在于检测被试验逻辑单元内部的故障，保证保护逻辑单元可以产生预定的安全信号，同时监测保护逻辑的响应时间，检验安全信号是否能在规定的时间内产生，它是自动进行的。信号传输试验针对保护系统系列A、B的信号柜（包括510AR、520AR、610AR和630AR）进行，其目的在于检验信号单元面板上的就地灯光指示以及检验控制室内相应的信号和报警装置（如报警光字牌、指示灯和计算机输入等），它可以自动方式运行，也可以由操纵人员控制手动进行。此外，T2试验装置还具有自诊断功能，用于在进行保护系统定期试验之前能保证试验装置本身的正确性。

3试验程序

T2试验装置的程序采用VC++和VB语言编写，界面设计采用汇编语言图形控件与文字显示相结合设计。其主要特点是数据库独立于主程序，并且嵌入的故障定位算法能自动分析判别出故障位置，对故障定位到可更换的基本功能部件（插件）。系统程序结构见图3。其中硬件层由驱动程序控制，完成数据和控制指令的输入、输出。数据描述层完成指令和数据的分析、解释、工程量转换、抗干扰处理、误操作保护等。界面层实现人-机接口，用户指令输入、过程和数据结果显示、数据管理、报表生成和打印输出等。

4技术特点

4.1在役试验的实现及透明性设计保护逻辑定期试验对象为反应堆保护系统的安全参数逻辑处理电路，T2试验装置分别对每个“半逻辑”单独进行试验。保护逻辑采用CMOS系列集成电路，输出电路采用电磁继电器，两者响应时间相差2个以上数量级。因此，T2试验装置设计采用持续时间极短的脉冲信号施加于逻辑电路的输入端，并在输出端采集其响应状态信号。而对于输出电路，这样的窄脉冲信号（<80μs）不能引起继电器的动作，使试验不会对保护系统输出产生干扰，实现了“在役试验”的要求。同时，试验信号的注入并不是连续的，在连续的2个注入脉冲之间有大约300ms的时间间隔，保护系统利用这段时间对电厂真实信号进行处理。这就是T2试验装置的“透明性”设计，它保证了电站运行期间保护系统对真实信号的响应能力。

4.2实时性设计为了有利于提供更友好的人-机交互功能，采用了Windows操作系统。但是Windows操作系统的多任务处理模式必然带来实时性的降低，若由软件控制脉冲信号，可能使试验注入脉冲的宽度无法满足要求，因此，考虑由硬件对脉冲宽度进行限制。CPLD电路负责产生试验用的窄脉冲注入信号，脉冲宽度可以做到几个ns，这种硬实时电路完全满足试验和测试的需要。由于脉冲宽度由硬件控制，不需要工控机软件干预，工控机只需发送开始指令和读取缓冲数据，不需要做实时处理，因此可以采用非实时的操作系统。

4.3超时控制电路当由于试验控制信号故障使试验信号持续时间过长时，基于硬件的超时控制电路自动切断试验注入信号，从根本上限制了试验信号的持续时间，保证不会产生不希望的输入信号而触发保护动作，不影响保护逻辑的正常功能。

4.4电源接入保护电路由于T2试验装置需要分时对多个系统进行测试，在一个系统试验完毕后进行下一个系统试验。当试验电缆接入被试验设备时（即电缆是在被测系统正常工作情况下动态接入的），存在带电插拔的可能，出于可靠和安全的考虑，设计了电源接入保护电路，保证不引入干扰信号。此外，试验装置开机自诊断及I/O输端口检查保证了用于试验的设备的完好；试验开始前的电缆连接测试保证了试验电缆连接无误以及被试验对象与试验内容相符合；试验开始前总体状态及保护系统状态的确认保证了在允许的工况下开始试验；基于硬件的计算机软件运行监控电路避免了在试验进行期间由于计算机“死机”对试验的影响。

5结束语

秦山核电二期扩建工程反应堆保护系统T2试验装置具有高度的自动化设计，不仅缩短了进行试验所需要的时间，同时也减少了在定期试验期间由于误操作而引起停堆的概率，对故障位置的自动分析判别性能也提高了设备的可用性。它兼顾了实时性和交互性，在给操作人员提供方便的同时保证了不会因为试验装置自身的故障而影响保护系统的正常功能，提高了保护系统定期试验的安全性。

作者：康亚朱攀单位：重庆城市管理职业学院中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室