核电厂主给水隔离控制回路继电器触点竞争问题分析及优化
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【摘 要】继电器触点动作时间不同，会引发竞争（冒险）现象，导致控制回路无法正常工作。针对某核电厂主给水隔离控制回路存在继电器触点竞争现象导致控制回路产生自激振荡的现象，论文详细分析了缺陷产生的原因，并提出了优化设计方案，保证了核电厂主给水隔离功能的正常运行。
【Abstract】Due to the different actuation time of the relay contacts， it will lead to the phenomenon of competition and adventure， even make the control loop unavailable. Aiming at the self-excited oscillation phenomenon caused by relay contacts competition in main feedwater isolation control loop of nuclear power plant， this paper analyzes the causes of defects in detail and puts forward an optimal design scheme to ensure the normal operation of the main feedwater isolation function of nuclear power plants.
【关键词】核电厂;主给水;自保持;继电器触点
【Keywords】 nuclear power plant; main feedwater; self-holding; relay contacts
【中图分类号】TM623 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）09-0175-03
1 概述
核电厂主给水系统（ARE）的功能是将凝结水可控地送往三台蒸汽发生器，并根据汽轮机功率控制蒸汽发生器二次侧的水位。在机组发生启动安注的事故工况时，安注信号会触发一系列下游系统及设备动作，包括停堆、启动安住、ARE主给水隔离、启动ASG辅助给水、启动应急柴油机等，其中ARE主给水隔离会同时将ARE调节阀和电动隔离阀关闭。
安注信号触发方式分为自动触发和手动触发两种，在事故工况下通过手动触发安注时，主控操作员手动按下安注按钮RPA/RPB058TO来启动安注，触发的主给水隔离关阀指令为短时信号，信号持续时间小于ARE電动隔离阀的关阀行程时间20s，因此，ARE电动隔离阀无法实现完全关闭，进而影响主给水隔离功能的实现。为解决这一问题，在主给水隔离控制回路增加前延时继电器及辅助继电器实现ARE主给水隔离短时信号的自保持功能，从而保证ARE电动隔离阀的有效关闭，实现主给水隔离功能，如图2所示，以ARE052VL（A列主给水隔离控制信号）为例，当RPA058TO短时按下并松开，短时触发RPA主给水隔离信号，关阀继电器ARE701XF短时得电励磁，通过其常开触点闭合形成自保持回路，此时电动隔离阀ARE052VL开始关阀行程，同时延时继电器ARE721XT得电开始计时25s，25s后电动隔离阀完全关闭，ARE721XT输出高电平励磁辅助继电器ARE721XR，其常闭触点的断开，ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR全部失磁，ARE701XF的常开触点断开实现自保持回路的复位，整个电动隔离阀的关阀过程结束。
2 主给水隔离控制回路电路分析
在对控制回路进行功能鉴定时发现，ARE721XT延时25s后，本应处于断开（复位）状态的ARE701XF常开触点未实现断开，自保持电路未实现复位，且ARE721XR与ARE721XT形成振荡电路，ARE721XR的触点不断吸合、释放。
经分析，在继电器触点的动作过程中，受到机械惯性、机械位移量及电磁惯性等因素的影响，相关触点的动作在时间上产生时延，不能按照预先设定的时序依次动作，从而引起电路的误动作，这就是竞争（冒险）现象[1]。如图3所示，继电器触点产生的动作时延主要原因有两个：
一是触点机械行程时延，对同一型号的继电器，由于其物理结构决定，其机械触点通常按照先断后合的顺序动作;
二是线圈通断电时延，即继电器的吸合与释放的时延不同，其长短取决于该线圈充电和放电时间常数，通常断电时延大于通电时延。
由图4可知，ARE721XR的复位时序只有几毫秒的时间，存在短时置1信号的开启（复位）回路[2]，因此，就存在与
ARE701XF触点动作相互竞争的风险。对复位瞬间继电器触点的动作时序进行分析：
①当ARE721XT延时25s后励磁ARE721XR，其常闭触点断开复位自保持回路，此时ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR都失磁，由于此时ARE701XF常闭触点还未断开（受释放时间和运动零件行程时间影响）;
②ARE721XR的常闭触点由于励磁端失电重新闭合，使得自保持回路重新建立，ARE701XF/ARE721XT/ARE721XR重新励磁;
③ARE721XT重新励磁并驱动ARE721XR，使得ARE721XR常闭触点重新打开，如此循环往复，形成振荡，由于ARE721XT延时有效的最小时间为500ms，因此，振荡周期内不会再产生25s的延时效果。
3 主给水控制回路的优化方案
通过以上对主给水隔离控制自保持控制回路继电器触点振荡的原因进行分析，可以发现问题的关键是如何将关阀继电器ARE701XF和辅助继电器ARE721XR触点动作的时序错开，使ARE721XR/ARE701XF复位有了先后顺序，从而消除竞争（冒险）现象，优化方案如图5所示。
对复位瞬间继电器触点的动作时序进行分析：
①当ARE721XT延时25s后，ARE721XR励磁，其常闭触点先断开，使得ARE701XF失磁，其常开触点先断开;
②ARE701XF常开触点断开使得ARE721XT/ARE721XR失磁，其常闭触点再闭合;
③观察记录仪，两个触点复位动作时差大约在2ms，规避了竞争（冒险）现象。
4 结论
在继电器控制回路设计过程中，通常是静态分析控制电路的继电器动作，未考虑继电器触点的动作时序。由于继电器的励磁线圈的电磁惯性、释放时间和运动零件行程时间等因素，使得继电器励磁线圈的得电/失电、触点的断开/闭合存在一定的时间差。核电厂主给水隔离功能因两个继电器的触点动作时序的偏差，导致主给水隔离自保持回路无法复位，产生自激振荡现象。
通过对继电器触点动作时序的动态分析，并对控制回路的继电器动作时序进行优化设计，避免了因继电器触点竞争导致主给水功能隔离无法复位的故障，从而保证了主给水隔离功能的实现。
【参考文献】
【1】徐茜.基于PLC的控制系统触点竞争与冒险问题初探[J].煤炭技术，2011，30（7）：238-239.
【2】郑晓芳，倪勇.继电器接点控制线路中的竞争现象分析[J].华东交通大学学报，2002，19（4）：4-7.
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