创新 | 数字化棒控之路（上）

Christopher Meier是西屋电气公司棒控和棒位指示系统的首席工程师，负责领导和支持棒控系统的设计、文档编制和安装，包括“西屋先进棒控混合和数字棒控系统”。他曾负责监督亚洲核电厂项目的系统安装、启动和测试。Meier先生12年前加盟西屋，担任高级工程师，负责监督次级供应商的制造和电厂验收测试等。此前，他曾在Northrop Grumman Newport News工作，现为Huntington Ingalls工业。他曾荣获“乔治·威斯汀豪斯签名卓越奖”，并共同享有数字化核控棒控系统的专利。

Meier先生拥有美国宾夕法尼亚州州立大学的电气工程学士学位。

为了帮助电厂实现从模拟向数字化棒控过渡的目标，西屋推出了第三代数字棒控系统，即“西屋先进棒控混合系统”（ARCH）。电厂业主曾提到，如果要在一次常规大修中完成一项关键、复杂的大型系统（如棒控）的更换，电厂将会面临诸多挑战。受尺寸制约，装卸方面，以及某些机柜无需全部更换所有组件等因素的影响，对机柜进行整体的更换并非是最切实可行的方法。此外，行内还面临着维护原始模拟系统且经验丰富的人员短缺问题。

为了更好地应对这些挑战，西屋推出ARCH系统作为直接的更换解决方案，其主要是针对现有的西屋“固态棒控系统” 和“燃烧工程控制元件驱动系统” (CEDS) 、线圈功率编程器 [CPP] 和控制元件驱动机构控制系统 [CEDMCS] 。与全面实施数字棒控制系统相比，该设计大大降低了大修延期的风险，通过使用现有的，在可能的情况下，不对架构、机柜和系统组件等进行更换。在必要时，重点更换控制电子元件和其他关键组件。该系统是采用模块化设计，在考虑财务、生命周期和升级策略的情况下，为未来的系统升级提供了一条可扩展的路径。

ARCH系统融合了西屋20多年的数字棒控经验，这包括从20世纪90年代早期在电厂安装的微处理器棒控系统到安装在AP1000®和APR1400核电站的新一代系统。

• 消除单点脆弱性问题；

• 简化监督；

• 简化故障排除；

• 减少硬件要求；

• 减少维护；

• 将安装对大修的影响最小化；

• 减少备件库存要求；

• 使用通用组件为西屋和燃烧工程系统提供一个基本设计；

• 与其他Ovation™控制系统升级完美集成，例如涡轮控制系统和核蒸汽供应系统。

尽管固态棒控系统已经可靠运行了30多年，但仍缺乏某些内置冗余和诊断功能，而且设备陈旧问题日益增加，特别是在控制电子元器件方面。ARCH运用了全套的西屋数字棒控系统，其特性和功能解决了这些棘手的问题，同时保留了现有的西屋固态棒控系统的机柜、系统架构和电力电子设备。

在西屋系列核电厂的基础安装中，ARCH包含一套以取代现有模拟控制卡件的电子控制组件和一个相位变压器网络。原先每个电源柜中有7种不同类型总计20个卡件，现在可减少到3种类型的9个主动控制卡和一个内置背板扩展卡。这些卡件被安装在一个全新的底板卡上。大多数卡件在采用西屋ARCH系统（包括燃烧工程）的核电厂系统中可通用，且在备件计划中实现协同作用。所有印刷电路板均可热插拔，从而保护设备和人员。

ARCH系统的数字PC卡和现代组件预计比模拟同类产品更可靠，可应用于西屋数字化棒控系统之中，且以拥有工业标准和安全级的实时微控制器为基础。该微控制器以数字方式确定线圈时序，从而消除相移网络，并减少与相位交叉检测相关的硬件。使用ARCH系统，不再需要现有的-24VDC电源，且更换了信号选择二极管组件。

安装了微控制器的ARCH系统将线圈定时逻辑从逻辑机柜移动到电源柜中，无需进行及时指令监督。采用简化的单一故障容错控制方案，与Ovation逻辑柜棒控升级配合使用，通过需求和选择信号为ARCH微控制器提供移动要求。

模块化技术可使用现有的控制柜布线。在安装ARCH时，不需要从逻辑机柜到电源柜的新硬连线信号，所需要的只是与每个新电子控制组件之间的单光纤连接。电源柜和逻辑柜之间的数字通信可支持对棒控系统的远程诊断、维护和调整。

ARCH为操作员提供了防止控制棒跌落的冗余安全保障设计。新的PC卡可使用三个独立的电桥替换现有的单个可移动夹具整流桥，以实现对控制棒的双重夹持，从而减少在固定夹具上造成控制棒脱落或滑动的单一故障的可能性，因为移动式夹具一直保持夹持的状态，且无需直流保持柜以及对其进行维护所需的工作。使用ARCH时，当固定夹具断电以进行在线维护时，控制棒驱动在可移动夹具上保持夹持的状态。

电源柜监视并分析流向控制棒驱动机构线圈的电流，以确认控制棒驱动机构的夹具在棒移动期间的操作。实质上，它是确认一个控制棒驱动机构的夹具，无论是可移动的还是固定的，在另一个夹具松开对移动的控制棒的夹持之前将棒夹住，以防止因控制棒驱动机构的迟缓操作导致的棒脱落。

此外，由于现有的单组相位变压器被两个冗余的简化型相位变压器所取代，因此消除了另一个单一故障。这是因为在固定夹具动力完全或部分失效的情况下，可移动夹具保持相位交叉且执行对控制棒的后续夹持。待续。。。