CPR1000机组安全级DCS网络部件优化

CPR1000机组安全级DCS网络部件优化

尹进 刘颖 曾尚尤

阳江核电有限公司 529500

摘要：中国多台CPR1000型核电机组的安全级DCS系统采用日本三菱的Meltac平台，随着应用时间增长，设备软硬件暴露出现各种问题，对机组安全稳定运行产生影响。本文介绍了组成安全级DCS网络部件--光开关单元的故障机理，以光开关单元部件优化为例，介绍了CPR1000型核电机组安全级DCS不断优化的过程。

关键词：DCS 环网 光开关单元 旁路

1、背景概述：

随着中国核电事业的不断发展，多类型的核电机组在不断建设、调试、运行发电，在以核安全为重的核电站，核电机组的精准控制显得尤为重要，而核电机组的“神经网络”--DCS系统的安全稳定运行，则是核电站安全的前提。因核电发展的不同时期，中国核电机组也采用了多类型的DCS系统，在实际运用过程中，都暴露出很多问题，本文介绍日本三菱电机Meltac平台的安全级DCS系统的网络组成，分析了网络部件光开关单元的故障机理，以光开关单元部件优化为切入点，介绍了核电机组DCS系统不断优化的过程。

2、Meltac平台安全级DCS系统网络组成

安全级系统网络通信主要采用光纤介质进行通信，通过网络卡、光开关单元光纤进行连接，最大传输速度为1GB，其连接结构见图一。通过以上硬件将安全级DCS系统中的各个CPU进行连接，组成了安全级DCS系统的环网结构。

图一 网络连接结构

为了保证在CPU故障情况下，环网的功能保持完整，在结构设计上采用了物理切换光路方式，对异常CPU进行旁路，其切换原理见图二。正常模式下信号通过光开关单元送入网络卡送至CPU，旁通模式下，通过光纤切面的滑动，将信号进行直连，不再经过网络卡，实现故障CPU信号的屏蔽，保证环网的通讯。

图二 正常模式与旁通模式下的信号传输路径

3、光开关单元故障优化

3.1光开关单元故障原因

在核电机组运行过程中，光开关单元的故障率偏高，从设备安装调试阶段到商运后稳定运行阶段，光开关单元均出现了多次故障。经过统计，在中国使用Meltac平台的核电机组中，平均单台机组故障次数超过10次，相较于安装数量，故障率在设计要求范围内，但多次故障，不利于核电机组的安全稳定运行。通过拆解分析，发现光纤内部切面存在空隙（正常与异常切面对比见图三），进一步发现为原有充油部位渗油导致。在对其进行光衰减率测试时，存在空隙的光开关单元衰减率明显偏高；使用光源进行验证时发现在切面有光漏出。由此确定了故障率高的直接原因为光切换开关的切面漏油导致光信号衰减增大，根本原因为光切换单元设计存在缺陷。

图三 正常切面与异常切面对比

3.2光开关单元优化

针对光开关单元故障率偏高问题，在故障发现初期，通过对光开关上下电，使得切面的油脂在运动的作用下变得均匀，使得光信号在通过切面时减小衰减率，从而使得信号强度正常，功能正常。但是随着运行时间增长，油脂在重力、温度等原因下，不可避免的会出现不均匀甚至出现泄漏的情况，导致切面不均匀。通过动作使得油脂均匀只能在一定程度上延缓故障发生的时间，并不能在根本上消除问题。

针对导致问题的根本原因，对光开关单元切换部件的结构进行优化，从切换方式上进行了重新设计。新的光开关单元利用了光的折射原理，在切面使用棱镜改变光信号的传输路径，棱镜的运动通过微动开关控制。在旁通模式下，微动开关动作带动棱镜运动，光信号的传输方向随棱镜动作改变，从而实现旁通功能。优化改进后的关开关经过现场验证，其功能正常，稳定性可靠性满足需求，故障率大大降低。

图四 改进后光开关单元的信号传输路径

4、结语

光开关单元的优化使得整个安全级DCS系统的稳定性得到了提升。这样的优化过程伴随着安全级DCS系统乃至核电机组的整个生命周期。在核电机组的安装、调试、运行过程过程中，会逐渐暴漏出各种各样的问题，只有将这些问题不断地解决、持续进行优化，核电机组的安全稳定运行才能得到长足保障。

参考文献

[1]Safety System Bus/Safety Bus/HM Data Bus Equipment Specification,三菱电机株式会社，2012.10

[2]MELTAC DCS Common Equipment Specification，三菱电机株式会社，2012.10