摘要:本文针对国内某改进型压水堆（CPR1000+）机组RPN系统[1]（核仪表测量系统）采用的新型数字化设备，存在中间量程电流信号在ATWT系统[2]（未能紧急停堆的预期瞬态系统）处理量程切换过程中出现尖峰电流扰动的原因进行分析及解决方案的研究，提出了一种ATWT系统中闭锁电流扰动的逻辑，并从RPN中间量程各种切换状态及失效模式下考虑，提出对ATWT保护逻辑的优化及改进方案，该方案已在工程中得到验证可行。
关键词:RPN系统、中间量程、ATWT系统、量程切换、闭锁逻辑
0 引言
国内某CPR1000+机组RPN系统采用了使用法国RRCN（Rolls-Royce劳斯莱斯）公司生产的新型数字化处理系统，其中间量程应用于反应堆功率在1E-6%FP到100%FP平台，处理的电流信号为1E-11A到1E-3A，跨越了8个量级。为了保证测量信号及传输的精确度，中间量程信号采用分量程传输原理，将电流信号分为逻辑量和模拟量信号送至ATWT系统，在ATWT系统中进行反运算得出最终电流值。但是由于板件的硬件特性，在不同的电阻网络切换需要一定时间，导致在ATWT系统反运算电流切换过程中存在电流扰动的问题，存在可能导致ATWT保护[3]误动作停堆的风险，因此需要针对ATWT系统中中间量程电流切换逻辑进行改进及优化。
1 原理介绍
数字化RPN系统中间量程采用ACCG4板件（电流采集处理板）将电流信号分为两部分进行传输[4]，其组成表达式为：I=A*10B，其中A代表选定量程范围内的模拟量，为0-1mA的电流信号；B代表量程编码，使用三位二进制码组合成的数字量表示量程选择。
为了确保量程编码切换及传输的正确性，设计了“奇偶校验位Parity”进行奇偶校验，根据前三位量程编码进行偶校验，保证四位二进制码两两异或得到的结果为零，也就是保证四位二进制码有偶数个“1”。
另外由于板件特性，RPN中间量程信号进行量程切换及软件运算过程需要时间，在量程切换过程中可能出现计算电流异常波动，因此设计“有效位Invalidity”用于在量程切换时闭锁电流输出，以防止切换期间电流异常波动。就是在量程切换瞬间输出一个下降脉冲，持续时间由ACCG4板件决定，具体如下表1。
表1 中间量程量程编码对照表
在ATWT系统中，将接收到的模拟信号和开关量量程信号进行反运算，计算出中间量程的电流值，从设计上需要保证反运算计算得到的电流值等于RPN系统送出的电流值，并参与ATWT保护逻辑运算。
2 问题描述
实际根据机组ATWT系统处理RPN中间量程的原设计，电流处理计算中并没有设计电流切换期间的闭锁逻辑，ATWT机柜接收RPN机柜发出的模拟分量A，三位量程编码B及奇偶校验编码Parity后进行电流计算，结果直接输出参与ATWT保护逻辑，信号传输简图见下图1。
图1 RPN中间量程送ATWT信号流程简图
该设计缺陷导致中间量程电流切换时存在尖峰电流扰动，并超过ATWT设定值，存在ATWT保护误动作风险。在多次大修启停机期间均可观察到尖峰电流扰动的现象，影响后果如下：
1.如果RPN两个通道同时进行量程切换，且均闪发尖峰电流超过ATWT设定值，将直接触发ATWT保护动作。
2.一路中间量程进行试验期间，另一路中间量程出现量程切换，闪发尖峰电流超过ATWT设定值，将直接触发ATWT保护动作。
3 原因分析
RPN中间量程电流信号送ATWT保护的处理流程中，由于处理模拟量信号和开关量信号板件不同，响应时间存在差异，导致这两种信号送到ATWT进行处理时出现不同步。在ATWT软件中的同一个扫描周期中先采集到开关量信号，而在下一个扫描周期中采集到模拟量信号，因此导致电流计算出现了错误，最终在电流的计算结果上表现出了：在功率上行期间，电流是向上波动；功率下行期间，电流是向下波动。
例如：在功率上行期间，当RPN中间量程电流值在0.95E-6A上升到0.96E-6A期间进行量程切换，由于开关量先动作，切换出现短时0.95E-5A的电流扰动；在功率下行期间，当RPN中间量程电流值在0.85E-5A下降到0.84E-5A期间进行量程切换，由于开关量先动作，切换出现短时0.84E-6A的电流扰动。
可以得出问题的根本原因是：是由于硬件处理信号不同步导致量程切换存在电流扰动。
4 解决方案
由于板件特性，RPN中间量程信号进行量程切换及软件运算过程均需要时间，所以不可能从硬件上解决电流切换期间模拟量和开关量信号处理的不匹配问题，只能在软件中进行修正。我们的解决方案是在ATWT保护逻辑中增加中间量程电流切换期间的闭锁逻辑，考虑到在RPN系统的ACCG4板件中的量程切换期间已经设计有“有效位Invalidity”，因此可以直接将“有效位Invalidity”设计为ATWT保护逻辑的闭锁信号，以实现在电流量程切换期间，计算电流的输出保持为最后一个有效值（流程简图见下图2），但是同时需要考虑以下几个关键问题：
1.考虑到软件和硬件的匹配，在ACCG4板件的“有效位Invalidity”
恢复后仍然需要保持1个以上处理周期的闭锁信号；
2.各个切换平台“有效位Invalidity”保持的时间不同，详见上表1，从10ms到4s不等（由ACCG4板件决定），因此需要设计的闭锁时间也不同；
3.考虑到ATWT保护逻辑部分软件处理周期为200ms，因此存在“有效位Invalidity”可能无法被ATWT系统采集到的情况，需要重新设计闭锁信号。
图2 RPN中间量程送ATWT信号流程简图（增加闭锁逻辑后）
针对上述各个问题，我们设计的闭锁逻辑包含三个部分，以适用于各个切换平台，简图如下图3。
1.闭锁逻辑1：考虑ATWT保护逻辑运算周期为200ms，设置0.3s的延时才可确保该延时生效。在ACCG4板件量程切换期间，“有效位Invalidity”输出0，此时输出电流保持为最后一个有效值；ACCG4板件完成量程切换后，“有效位Invalidity”恢复为1，延时0.3s后，恢复输出电流为实时值。
图3 新设计的闭锁逻辑简图
2.闭锁逻辑2：考虑ACCG4板件在量程二切换至量程一时需要的时间较长4±0.5s（详见表1），设计闭锁的延时时间为1s，即在量程编码010切换至001（对应量程为1E-8A切换至1E-9A），输出一个1s的闭锁脉冲。
3.闭锁逻辑3：考虑“有效位Invalidity”可能无法被ATWT系统采集到的情况，设计了判断“任意信号变化”的逻辑，采集三位量程编码，任意一位变化时（0变1或者1变0），均输出一个0.3s的闭锁脉冲信号，见下图4。前文已经提到在ATWT系统中开关量（量程编码）会先于模拟量（电流分量）动作，因此设计该逻辑可以包含所有切换情况，只要RPN中间量程进行量程切换，即使闭锁信号Invalidity未被采集到，也总会有0.3s的闭锁电流输出信号，确保计算电流的平稳输出。
图4 判断任意信号变化的具体逻辑图
5 结论
结合国内某CPR1000+机组ATWT系统中存在的问题，本文提出的一种解决RPN中间量程量程切换的闭锁逻辑，并在实际应用中进行修改，修改完成后进行模拟多种模式电流切换试验，尖峰电流扰动的现象均没有出现，验证其能够避免由于RPN中间量程量程切换在各种切换状态以及失效模式下误发ATWT保护动作的风险，该闭锁逻辑对同类型核电机组具有较大的借鉴和参考意义。
参考文献：
[1] 陈济东. 大亚湾核电站系统及运行[M]. 北京:原子能出版社,1994:1102-1108.
[2] 广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京:原子能出版社,2007:292-293.
[3] 庞松涛.压水堆核电站过程控制系统[M].北京:中国电力出版社,2014: 91-92.
[4] 徐建飞．RPN系统中间量程切换共模缺陷的处理与分析[J]．核科学与工程，2014年，第34卷（第4期）：573-576．
论文作者:林箫衡,沙洪伟,童川
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/19
标签：量程论文; 电流论文; 信号论文; 逻辑论文; 系统论文; 简图论文; 尖峰论文; 《电力设备》2018年第4期论文;