基于PLC的重水堆新燃料装载系统设计方案

基于PLC的重水堆新燃料装载系统设计方案
毕文群
【摘要】秦山三期重水堆核电站新燃料装载系统属于一个典型顺序控制系统，目
前采用以继电器控制为主、以电站计算机系统为辅的控制方式，继电器控制存在接点多、故障率高、故障查找困难等缺点，该系统也存在相同问题，亟需改造。

设计方案详细阐述了改造思路、外部接线设计和控制程序设计，并介绍了设备安装后的调试方法。

方案简单可行、易于实现，不仅从根本上解决了新燃料装载系统存在的问题，且不会改变现有的操作方式，有益于该系统的长期、安全、稳定运行。

【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2015(000)012
【总页数】2页(P42-43)
【关键词】PLC;重水堆;新燃料装载系统;设计
【作者】毕文群
【作者单位】中核核电运行管理有限公司浙江海盐 314300
【正文语种】中文
秦山三期采用的是加拿大原子能有限公司（Atomic Energy of Canada Limited）设计的CANDU-6型重水堆核电站。

重水堆核电站区别于压水堆核电站的一个很
大特点是不停堆换料，即在反应堆满功率的情况下可以用新燃料将堆芯中的乏燃料置换出来。

新燃料装载系统就是实现不停堆换料的一个重要子系统，它的功能是将新燃料完好地装载进入新燃料料仓机构中，正常情况下每次装载8根新燃料分别
进入4个新燃料料仓管。

之后新燃料传输系统将料仓内的8根新燃料传输到装卸
料机内，最终通过装卸料机完成换料任务。

新燃料装载系统主要由操作台、装载槽、装载杆、气闸阀和新燃料料仓等设备组成，各设备外观及布置如图1.1所示。

新燃料装载系统属于一个典型的顺序控制系统，主要采用继电器控制，电站计算机系统也参与部分控制。

新燃料装载系统典型的动作过程如下图1.2所示：
1.1 系统改造的目的及意义
新燃料装载系统必须保证完好无损地将新燃料送入到料仓中，它属于典型的顺序控制系统，该系统目前采用继电器控制，为了确保新燃料的安全，采用了多重逻辑连锁保护，所以为了实现上述功能，其控制回路接线很复杂，接点多，容易出现故障，且故障出现后，查找起来很困难。

例如，在系统投入运行后不久，在自动装载过程中，就多次出现气闸阀打开，装载杆前进一段距离后，气闸阀又关闭的现象，如果新燃料在气闸阀下方的时候气闸阀关闭将很可能会造成新燃料损坏，该故障的出现直接影响着新燃料的安全。

但是由于该故障发生时间没有规律性，技术人员花费了大量的时间进行故障排除，最终发现故障原因是一个继电器触点吸合时接触不良。

随着系统运行时间的增长，继电器故障频率正在呈上升趋势，对系统的安全运行产生了很大的威胁。

目前，为了保障系统的可靠性，采取所有继电器定期更换的方法来满足要求，更换周期为5年。

由于该系统接线复杂，更换继电器工作量大、风
险高，不是长久之计，对系统进行改造已势在必行。

将新燃料装载系统设计成PLC控制是一个很好的解决办法。

由于PLC内部采用软逻辑控制，系统接线可以大大简化，同时由于所有的输出由晶体管或三极管驱动，将不存在继电器的机械磨损问题。

即使系统出现故障，可以通过编程终端监视逻辑函数和输入输出的状态，准确找出故障点。

可以看出，使用PLC不仅可以有效地
降低系统故障率，还使故障诊断变得简单起来。

2.1 系统设计改造思路
原系统的缺陷主要是由于继电器在顺序控制方面的不足引起的，所以设计改造的重点就放在了顺序控制上，也就是图1.1新燃料装载流程中所示的“气闸阀打开→装载杆前进→装载杆回撤→气闸阀关闭”这一顺序动作区间。

而对于新燃料装载前检查、新燃料装载完成料仓满管的指示和转动料仓这两个环节仍然保留原设计，采用电站计算机系统进行控制，电站计算机系统中设计有专用的小程序完成这三个环节。

通过对新燃料装载系统的分析和了解，可知此系统属于一个小型的顺序控制系统，由于本系统没有模拟量输入，PLC的选项只需要满足输入输出的设备数量，所以PLC的选型范围较宽，建议选型时PLC的点数要有一定的富余，为以后留有一定
的扩展空间。

2.2 外部接线设计
一般小型PLC的输入电源电压范围很宽，交流100V到240V之间均可。

由于新
燃料装载系统原先的供电电源就是交流120V，所以就直接采用交流120V给PLC 供电。

外部接线中还设计了一个MCR接触器，主要用于控制输出模块的供电控制。

系统停运时或紧急情况下，通过该接触器可以断开输出模块的电源，保证系统不会误动作。

PLC外部接线具体设计见下图2.1。

2.3 程序设计
PLC内部的用户程序主要分为两部分，图2.2是自动装载模式的流程。

在自动装载模式下，正常的过程是：电站计算机检查通过→按下自动装载按钮→气闸阀打开→装载杆前进→装载杆回撤→气闸阀关闭，这样两根棒束就顺利地进入了新燃料料仓管内。

如果当中出现连锁条件无法满足的情况，在装载按钮按下80秒后，电站计算机会自动断开“检查正常”输出，程序中断，需要人为手动干预。

由于机组运行期间，每周有四天时间都需要使用新燃料装载系统进行新燃料的装载，因此该系统的安装和调试选择在机组大修期间较为合适。

系统安装完成后，首先需要进行气闸阀、装载杆等单个设备的动作调试，确认单个设备动作正常、逻辑联锁回路有效，该调试主要采取现场手动模式。

单个设备的调试完成后，接下来就是系统自动装载回路的调试。

自动装载调试需要使用模拟棒束来进行，首先验证自动装载的工序是否能够完整进行，在自动装载工序验证正常后，通过人为引入故障，验证系统的响应和报警信息是否正确、完善，故障诊断确认也可以同步进行。

系统调试完成后，只需对系统使用人员进行简单的培训即可投入使用，系统的操作方式和先前没有差别，操作规程等文件也无需修改。

为了保证新燃料的安全，新燃料装载系统的改造必须以可靠性为优先原则，PLC
控制广泛应用于各种顺序控制系统，是一项非常成熟的技术，可靠性完全可以满足要求。

将新燃料装载系统从继电器顺序改造设计成PLC控制，方案简单可行、易
于实现，不仅从根本上解决了新燃料装载系统存在的设计不足，且不会改变现有的操作方式，有益于该系统的长期、安全、稳定运行。

毕文群（1981—），男，安徽安庆人，职务：换料操纵员，研究方向：重水堆换
料运行。

【相关文献】
［1］Atomic Energy of Canada Limited. Fuel Handling System New Fuel Transfer Auxiliaries Flow Sheet 98-35130-1-1-FS-E.2006.
［2］Atomic Energy of Canada Limited. New Fuel Transfer Auxiliaries Design Manual 98-35130-DM-001.2006.
［3］Atomic Energy of Canada Limited. Elementary Diagram New Fuel Transfer 98-63500-
4-ED.2007.。