（1.福建福清核电有限公司 福建福清 350318；2.环境保护部华东核与辐射安全监督站 上海 200030）
摘要：福清核电3、4号机组采用了DCS系统控制，其供电关系相对于传统M310机组有了显著变化，由双路UPS电源变为单路UPS供电。福清核电3、4号机组最终安全分析报告规定DCS电源设计基准为：任何单一故障不得引起一个以上配电盘丧失电源。本文通过深入分析DCS系统单UPS供电的可靠性，阐明DCS系统双路UPS供电的必要性，对后续M310机组DCS系统供电设计有良好的借鉴意义。
关键词：核电厂；UPS；DCS系统；供电
1 背景事件
2015年10月16日，福清核电3号机组水压试验第三天，一回路满水，已经升压至2.5Mpa.g平台。值班调工发现主控出现3LMA006KA接地故障报警，经仪控排查，为3KCS103AR LMA供电侧的压敏电阻爆裂引起。该电阻共分三组，分别在滤波器侧连接LMA 220AC正极-负极，正极-地线、负极-地线，本次爆裂电阻属于正极与地线间电阻，爆裂后导致正极与地线相连，导致3LMA接地报警出现。同时3号机组DCS A 列一路供电3LMA丧失，变为LNG单路供电，可靠性下降。由于DCS厂家IOM未找到电阻备件，现场临时拆除了滤波器上的三个电阻，3LMA006KA接地报警随之消失。
2015年12月17日，执行TP3COC01试验中LBA失电部分，发现DCS A列机柜失电，DCS一层交换机失电，主控室除ECP盘台外其他控制手段均失效。原因在于3号机组DCS A列供电为（LNG及LMA），LBA失电导致LNG和LMA母线同时失电，DCS系统不可用。
该问题反馈设计后，得到设计确认，取消3LBA失电触发全停一保护，使得3LBA失电后，LNG不会失电，问题得到解决。
2016年1月16日执行3LCA失电试验，查阅试验时打印的报警画面， 3LMA006KA接地故障报警再次出现。由于此报警并非LCA失电验证内容，并没有引起试验负责人注意。之后进行的TP3BAS56/54/57试验，3LMA006KA报警（此报警代表DCS机柜LMA侧压敏电阻烧毁）持续存在，实际上在此期间DCS A列一直是单路供电，可靠性降低。
2016年2月23仪控对所有KCS机柜进行了排查，发现3KCS105AR、3KCS115AR、3KCS131AR、3KCS133AR均存在爆裂现象，且均为LMA供电侧电阻。随后在2016.3.1日对以上机柜进行了电阻更换，3LMA006KA接地故障报警消失。
DCS单UPS供电可靠性分析
福清核电1、2号机组DCS A/B安全列机柜均为两路不间断电源供电（A列为LNE和LNG，B列为LNH和LNP）。每一个220V交流配电盘都由各自的110V直流电源经过逆变器向其供电，此外还可由接在380V交流应急母线上的调压变压器提供备用的应急电源。每一个逆变器具有使被供电设备正常运行所需要的交流输出容量和调节能力，由于直流电源蓄电池和逆变器的特性，电压非常稳定。操作相关设备所需的辅助设备由同一配电盘供电，一个保护组电源的丧失不会导致另一个保护组设备失效，且任何单一故障不会引起一个以上配电盘丧失电源。
对比福清核电3号机组DCS供电，A/B列机柜均改为单UPS供电（A列为LNG和LMA，B列为LNH和LMB）。广核自岭澳二期使用DCS以来均为双UPS供电，中核同行电厂只有海南核电2号机组A列机柜供电关系和我厂相同（海南核电2号机组B列安全机柜为LNH和LNP供电），调试期间海南核电2号机组LMA侧压敏电阻也曾经烧毁。此种单UPS供电方式尚无同行商运电厂实践经验，且于参考电厂岭澳二期供电关系不同。福清3号机组调试至今经烧毁5个压敏电阻，供电可靠性堪忧。福清3号机组DCS机柜单UPS供电的问题主要表现在以下几个方面：
LMA母线没有110V直流电源通过逆变器供电，直接通过变压器接在LHA-LLE母线下游，同LNE母线相比，电压稳定性差。
在LBA失电改造结束前，LBA失电这一单一故障导致LNG和LMA共模失效，与DCS电源设计基准冲突。LBA失电改造结束后，由于电压品质不稳定LMA侧压敏电阻烧毁概率较大，且不容易引起操纵员的重视，给机组运行埋下隐患。
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FSAR对福清3号机组DCS供电的规定[1]
《福清核电3、4号机组最终安全分析报告》FSAR第7章《仪表和控制》7.1.1.4规定：逻辑系列A列由LNE和LNG同时供电、B列由LNH和LNP同时供电：多样化保护系统由LNE和LNG供电。
《福清核电3、4号机组最终安全分析报告》FSAR第7章《仪表和控制》7.1.3.1.3规定：对于四个保护组机柜，分别由LNA，LNB，LNC，LND提供电源供电，对于两个逻辑系列机柜，A列由两个冗余的不间断电源LNE/LNG供电；B列由两个冗余的不间断电源LNH/LNP供电。
《福清核电3、4号机组最终安全分析报告》FSAR第8章《电力系统》8.3.1.14规定：一组220V交流配电装置LNG，它给A列DCS机柜提供电源。一组220V交流配电装置LNH，它给B列DCS机柜提供电源。
福清核电1KCP415AR机柜失电及后果
1、其他历史事件过程介绍
2014年2月22日，执行TP1COC53(LBA失电试验)，主控操纵员根据I10A规程进行机组参数查看时，发现一回路压力达到16.4MPa，稳压器水位快速上涨，1RCP006RS电加热自动模式投运，同时根据一回路压力曲线发现稳压器安全阀已开启过1次，KIC画面一回路水位压力控制综合画面以及RCV系统画面大量阀门显示洋红色（无法操作）。RCV018MD和RCV005MD也显示为坏点xxxx。与此同时，主控操纵员和值长进行稳压器压力和水位控制，调试迅速恢复LBA。根据稳压器水位的上涨速度，以及RCV017MP显示17MPa，正常应为18MPa左右，主泵轴封注入流量下降至1.2-1.3m3/h左右综合判断下泄隔离，上充RCV046VP全开，经现场核实，RCV046VP确实全开。由于正常下泄、过剩下泄和上充都由于洋红色而无法操作，于是将RCV050VP关闭，开启辅助喷淋进行降压，将RCP006RS退出，并让二回路操纵员做好降温的准备。此时稳压器水位让以较快速度上升，并且此时主泵轴封不能隔离，因为当时LBA失电后轴封再循环阀是无法开启的，而且RRI B列也未自动启动。正常下泄和过剩下泄都由于阀门洋红色而无法投入。
一事件原因在于试验前未仔细检查KCP机柜双路供电，试验开始时1KCP415AR为LNG单路供电（LNE这一路电源未合闸），LBA失电导致LNG失电，进而导致1KCP415AR失电。
2、事件后果
稳压器安全阀RCP002VP开启排放三次，如果稳压器水位继续快速上涨将可能导致安全阀带水排放而无法关闭，一回路失控降压，对主系统产生较大应力损伤。
3、针对DCS机柜掉电福清核电现有运行规程情况
福清核电机组现有运行主控不可用相关的规程只有I14和I15这两本，但是如果功率运行时DCS A列失电，这两本规程并不完全适用：
RSS远程停堆站的A列逻辑也不可用，1E设备A列无法动作，规程中很多部分无法实现。KCP A列失电，交换机失电，只剩下KCP B列部分残缺逻辑，直观讲就是NC+的自动逻辑很多不可用，不能用正常逻辑思维处理。举例来讲手动停堆，汽轮机跳机，但是顶轴油泵均无法启动。规程中其他逻辑能否实现，需要一条条核实。这种情况下只能让仪控在一层手动启动，一部分B列设备可能会启动。针对单个KCP机柜失电不可用，现有M310机组并未开发相应运行规程。
综上所述，福清核电1号机组1KCP415AR单个机柜失电已经导致了比较严重后果，如果DCS A列全部失电，我厂现在暂无可以专门应对的运行规程，处理类似故障。
结论
福清核电3号机组DCS现有供电关系，不仅违反《最终安全分析报告》中多处相互呼应的规定，而且直接导致DCS供电可靠性下降。纵观国内核电机组，尚无已经商运的机组作为同行实践参考。现有供电方式需要设计核算UPS段容量及现有负荷分配，将相关机柜电源恢复为双UPS供电。针对DCS系统供电可靠性的详细分析，不仅提高了福清核电3号机组的可靠性水平，也对后续M310机组有良好的借鉴意义，为核电DCS电源设计积累了宝贵经验。
参考文献
[1]福清核电3.4号机组最终安全分析报告.中国核电工程有限公司,2014年9月.
论文作者:陈雪芹, 宋雨蒙, 严剑峰
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/3
标签：福清论文; 机组论文; 核电论文; 机柜论文; 电源论文; 稳压器论文; 规程论文; 《电力设备》2016年第4期论文;