核电厂开关类仪表信号分析

核电厂开关类仪表信号分析

牛春刚  ,李硕 ,曹骞

中国核电工程有限公司河北分公司电气自动化所   石家庄  050000

摘要：核电厂仪表与控制领域开关类仪表应用非常的广泛，开关类仪表功能的顺利实现为核电站各工艺系统安全、可靠运行提供了重要保障。本文从开关类仪表在核电站应用现状出发，介绍了开关类仪表相关术语及各类开关仪表的动作原理，同时分析了开关类仪表的端接和回差作用。为后续工程开关类仪表选型提供帮助。

关键词：开关仪表  信号  端接 

0 引言

核电厂仪表与控制领域开关类仪表应用非常的广泛，为核电厂工艺系统安全运行具有很大的贡献。在掌握开关仪表的动作原理基础上，仪控专业才能够做好设计工作。

本文从开关类仪表在核电站应用现状出发，介绍了开关类仪表相关术语及各类开关仪表的动作原理，同时分析了开关仪表的端接和回差作用。

1核电站开关类仪表概述

开关类仪表是核电站仪表重要组成部分，现简要介绍其总体情况。

1.1相关术语

精度：主要表示为设备精准程度值，如公差、重复性等。

工作温度：设备工作时不发生持续变形的温度范围。

满量程：最大的测量值。

单刀双掷：由常开（1）、常闭触点（1）和公共端（1）构成。

双刀双掷：由一对公共端，常开、常闭（各2个）端子构成。

1.2核电站开关类仪表的作用

核电站开关类仪表的选购可分为两部分：主辅系统、通风系统。这些仪表根据主工艺专业的运行要求，完成值报警、启停泵（风机）、启停加热器、控制阀门动作等多种功能，对核电站安全稳定运行起了至关重要的作用。

2开关仪表端接原理

2.1开关仪表端接原理

对于开关仪表，根据工艺提资，在满足某阈值输出信号时，如报警、启泵等动作。

开关报警通常遵循“低报常闭，高报常开”，原因：

假设测量值为a，设定值为b。

（1）则对于低报仪表，当a

当a>b时开关动作，常闭点被顶开，常闭触点不再向DCS发出报警信号；

当a

以上即是我们通常所说的3、30常闭触点取低报值。假设这个测量点采购了低报仪表，但是工艺要求取高报信号，在不考虑单程回差影响情况下，则应接3、31常开触点。

（2）对于高报仪表，当a>b时报警，因此应选用上升沿，及开关动作后信号为1，模型（常开开关）为：

当a>b时开关动作，常开点闭合，常开触点向DCS发出报警信号；

当a

以上即是我们通常所说的3、31常开触点取高报信号。假设这个测量点采购了高报仪表，但是工艺要求取低报信号，在不考虑单程回差影响情况下，则应接3、30常闭触点。

综上所述，对于开关仪表，在DCS内不取反，且不考虑单程回差影响情况下，一般会“低报取常闭，高报取常开”。

2.2 回差

所谓的回差（或者接断差），即设定动作值和复位值的差值。例如，设定0.8MPa，复位为0.7MPa，回差则为0.1MPa。

3典型开关仪表动作分析

第2部分从开关仪表的原理出发，对开关仪表信号选取进行了总体把握。本节主要对仪表的内部动作机制进行分析。

3.1 温度开关

所谓温度开关，即将膜盒、隔膜、管道等作为感温元件，并输出相关温度阈值的开关。触点在自由状态时处于闭合/断开状态，弹簧原件在动作温度时，会受力使得微动开关动作，从而使得出点打开或闭合，电路接通或断开。

一般的接点方式为：“低报常闭，高报常开”。

以BAUMER RTNAA为例，仪表外形见图3.1。

图3.1 BAUMER RTNAA外形

BAUMER RTNAA为不锈钢材质标准温度开关，电气部分为死区可调的1个单刀双掷开关。

当温度达到设定值，水蒸气充满传感原件，促使杠杆推动微动开关动作。仪表的温度设定值和死区可以通过调节反向弹簧设定。

3.2 压力开关

压力开关一般包括压力传感器、变送电路，经过CPU模块化，从而对介质的压力信号进行检测、报警和输出控制节点。一般包括常开和常闭，其主要特点是：

1）安装灵活的结构一般包括：螺纹快速接头或者焊接式等安装结构。

2）一般可任意选择的连接方式包括插片式、导线式。

3）在压力范围内可根据需求进行设计制造。

压力开关工作原理：

压力高时则感应器发生动作，压力恢复时，则感应器复位，开关复位。压力开关一般由，包括弹簧管、膜盒及波纹管等等多个元件组成。

Georgin P96PXUTOX为膜盒驱动压力开关开关，电气部分为死区可调的1个单刀双掷开关，其开关动作部分详见图3.2。

图3.2  P96开关动作原理

根据力学平衡原理，当弹簧受到传感原件（如膜盒、隔膜、管道或气动温度原件）的压力时，会产生反向作用力加以平衡。失去平衡会使微动开关动作。

3.3 液位开关

液位开关一般有接触式和非接触式两种形式。电容式液位开关则属于非接触式液位开关，浮球式液位开关属于接触式，还有压力式液位开关，以上这些在核电厂中应用较为广泛。

所谓的电容式液位开关是液位变化导致电容变化，从而输出液位信号变化。

所谓电缆浮球液位开关，主要是机械原理，采用浮力和重力结合的方式，其特点是结构简单，当液位变化时，开关通断，从而输出相关报警值。

所谓浮球液位开关，主要是通过上扬线角度从而来测量液位变化，并驱动开关变化，输出相关报警值。

以上海凡宜 FACC20为例，浮球液位开关浮球结构如图3.3。

图3.3上海凡宜 FACC20浮球结构

上海凡宜 FACC20为聚丙烯浮球液位开关，浮球壳（IP68）可防止机械碰撞及化学腐蚀，内部微动开关接点可承受高突波电流。通过上扬线角度从而来测量液位变化，驱动开关变化，输出相关报警值。该型号开关为单刀双掷，接点形式详见图3.4。

图3.4 FACC接点形式

该接点形式表示除公共端外还有常开和常闭两个触点，在触发和非触发两个状态下，分别接通不同的触点。至于对应关系如何，要看对该测点的工艺要求了。

4举例分析

在福清现场开关类仪表经常出现端接的问题，为了解决该类问题，前面已对原理进行了分析。现在举两个简单实例：

（1）液位开关信号

问题描述：1JPI001SN～1JPI006SN在核岛消防系统报警手册中均取水位低报警，但在端接清单中取液位开关的常开触点接至DCS侧。

问题分析与解决：通过分析，接常开触点是取不到低报信号的，需要更换成常闭触点至DCS才可以取到水位低报警信号。

（2）温度开关信号

问题描述：在核燃料厂房通风系统报警手册中，1DVK006ST正常情况下是低报警（见附件P1/3），而根据端接标准需要的是一个常闭触点(见附件P2/3)，而在核燃料厂房通风系统第11.5章中接的是常开点，两端不一致。

问题分析与解决：该问题看似简单，但是隐藏着仪表采购的问题，按照工艺要求，该仪表供货应为低报仪表，由于与厂家接口提条件出现问题，导致厂家提供的供货产品为高报仪表。通过分析，解决方案是将设计图纸中的接线由常开改为常闭就可满足现场调试要求。

5 小结

核电厂仪表与控制领域开关类仪表功能的顺利实现为核电站各工艺系统安全、可靠运行提供了重要保障。本文通过原理分析、实例讲解，对现场问题进行了分析，为后续工程开关类仪表选型和工程实践提供了有益帮助。

参考文献

[1] 李硕，白会贤，宋晓兰，核电站开关型仪表分析，建筑工程技术与设计，2015年6期。

[2] 吴永生，方可人，热工测量及仪表，电力工业出版社，1983。