袁德爭

【摘要】 嶺澳一期堆芯中子通量測量系統(tǒng)（RIC）的RIC002AR分配柜內(nèi)控制板和繼電器板件圖紙等相關(guān)資料的缺失，使得維修人員很難從設(shè)計角度分析中子通量測量系統(tǒng)設(shè)備的相關(guān)故障。在分析RIC中子通量測量系統(tǒng)的基本控制原理的基礎(chǔ)上，對RIC002AR的控制板及繼電器板件進行了研究，使維修人員掌握了中子通量設(shè)備的控制與通信原理，并了解計算機指令執(zhí)行的過程。研究成果可應(yīng)用于中子通量測量系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的故障分析與處理中。

【關(guān)鍵詞】 堆芯測量系統(tǒng) 中子通量測量 控制 故障分析

前言

嶺澳一期堆芯中子通量測量系統(tǒng)（RIC）使用了AREVA第二代中子通量測量技術(shù)。目前，世界上僅有8臺機組使用這套設(shè)備，在中國有4臺機組（嶺澳一期、秦山二期核電站）。由于缺乏RIC002AR分配柜內(nèi)的控制板和繼電器板的圖紙，導(dǎo)致維修人員不能掌握中子通量測量系統(tǒng)內(nèi)部控制與通信的原理，無法從設(shè)計角度快速準確分析和定位中子通量測量系統(tǒng)故障。因此，開展RIC002AR分配柜的控制與通信原理研究是很有必要的。通過繪制控制與通信板件的電路圖，對相關(guān)的控制與通信原理進行了研究。研究成果已經(jīng)應(yīng)用到了嶺澳一期RIC中子通量測量系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備故障的分析與處理中。這些研究成果同樣也可以應(yīng)用于秦山二期核電站相關(guān)設(shè)備故障分析中。

一、堆芯中子測量系統(tǒng)

嶺澳一期堆芯中子通量測量系統(tǒng)（RIC）包括控制監(jiān)測柜、分配柜和測量通道設(shè)備等組成。堆芯儀表間的驅(qū)動裝置和組選擇器、路選擇器構(gòu)成的機電設(shè)備驅(qū)動中子探頭進行中子通量測量。堆芯儀表間外的RIC002AR分配柜實現(xiàn)控制設(shè)備與機電設(shè)備間的接口控制。RIC001AR控制監(jiān)測柜通過計算機控制中子探頭到達不同的堆芯指套管通道，從而實現(xiàn)50個堆芯通道的中子通量測量，采集的中子通量數(shù)據(jù)存儲在計算機上，用于后續(xù)的中子通量圖數(shù)據(jù)處理。圖1為嶺澳一期堆芯中子通量測量系統(tǒng)的基本控制原理圖。

RIC001AR控制監(jiān)測柜的管理計算機將控制信號以數(shù)據(jù)包的形式通過8路串口卡發(fā)送給控制器抽屜，這些控制信號包括：前進、后退、高速、低速、組選擇器轉(zhuǎn)動、路選擇器通道及相應(yīng)電動閥門控制、泄漏監(jiān)測等。控制器抽屜將接收到的串行數(shù)據(jù)通過TOR板（開關(guān)量信號板）發(fā)送給RIC002AR分配柜內(nèi)的控制板CN7接口處理模塊，該過程采用RS422通訊協(xié)議。操縱員也可以采用手動控制方式，直接控制中子探頭送回存儲通道或者緊急停止，這種方式依靠控制器抽屜面板上的BACKMOTION與STOP按鈕來實現(xiàn)，這兩個按鈕通過硬接線方式直接與RIC002AR內(nèi)的控制板相連，不需要通過管理計算機發(fā)送命令。

控制板將控制命令的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動繼電器板上的小型繼電器的控制信號。繼電器板再通過小型繼電器將控制命令傳送到前端的RIC機電設(shè)備上。中子探頭的驅(qū)動控制與選擇器、電動閥、泄漏探頭等設(shè)備的控制原理是不同的。對于中子探頭的驅(qū)動控制來說，還需要再通過8個接觸器才能實現(xiàn)對380VAC雙速驅(qū)動電機和48VDC繞線盤馬達的控制。其他設(shè)備依靠繼電器板件上的雙線圈自保持型繼電器來控制。這主要是由380VAC雙速驅(qū)動電機的三相供電線路電流特性決定的，當電機轉(zhuǎn)動時，在電機線圈中存在較高電流，而較高的電流是不能通過板件電路上的小型繼電器的。

二、RIC002AR機柜控制與通信原理研究

2.1 控制板與繼電器板工作原理（此章節(jié)補充繼電器板和控制板的電路圖）

圖2為控制板和繼電器板簡圖，圖中標示了板件與RIC機電設(shè)備的連接情況?？刂瓢逯饕糜诮⑴c控制監(jiān)測柜RIC001AR間的通訊，并將來自于RIC001AR控制監(jiān)測柜的控制命令傳遞到繼電器板；繼電器板主要用于建立RIC機電設(shè)備與控制板間的接口。另外，當某個中子探頭不可用時，需要使用救援模式，救援模式就是利用控制板來實現(xiàn)的，控制板可以救援其他中子探頭，也可以被其他中子探頭救援。圖2中的CN10接口負責將控制命令實時傳輸?shù)嚼^電器板，進而起到控制RIC機電設(shè)備的作用；圖2中的CN14接口負責將前端的RIC機電設(shè)備狀態(tài)實時反饋給管理計算機。

在上述的中子通量設(shè)備控制原理的基礎(chǔ)上，進一步對RIC002AR機柜的板件進行研究。通過將板件電路圖與前端所有RIC機電設(shè)備的接線圖結(jié)合起來分析，可以確定出繼電器板件上的75個小型繼電器的具體功能，可以分析出控制板對繼電器板寫入的控制命令信息和讀取的機電設(shè)備狀態(tài)信息。這些小型繼電器主要包括24個12VDC雙線圈自保持型繼電器和51個48VDC普通的繼電器。

雙線圈自保持型繼電器的控制作用主要包括：中子探頭的驅(qū)動控制（高速、低速、前進、后退）、指套管/密封段泄漏監(jiān)視、組選擇器轉(zhuǎn)動控制、路選擇器通道及相應(yīng)電動閥門控制、48VDC控制供電、泄漏測試、熱敏復(fù)位等。通過研究這些小型繼電器的作用，發(fā)現(xiàn)10通道路選擇器任意通道的接線均與同一個通道的電動閥門接線相連，說明兩者是由同一個繼電器進行控制的，10個通道對應(yīng)10個雙線圈自保持型繼電器，也就是說，管理計算機軟件發(fā)出選擇1#通道的指令，1#電動閥門打開，同時路選擇器便會選擇1#通道。

48VDC繼電器的功能是將前端機電設(shè)備的狀態(tài)反饋給控制板。這些機電設(shè)備的狀態(tài)主要包括：中子探頭處于1010初始位置狀態(tài)、中子探頭到達存儲通道末端位置狀態(tài)、中子探頭運動狀態(tài)、組選擇器轉(zhuǎn)動到位狀態(tài)、路選擇器轉(zhuǎn)動到位狀態(tài)、電動閥關(guān)閉狀態(tài)、某個通道閥開狀態(tài)、指套管/密封段泄漏狀態(tài)、第一個安全開關(guān)動作狀態(tài)、380VAC供電在線狀態(tài)、48VDC控制供電在線狀態(tài)、高/低速度超時狀態(tài)、002AR機柜溫度開關(guān)動作狀態(tài)、驅(qū)動單元熱敏繼電器動作狀態(tài)。當現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)微動開關(guān)動作或者泄漏探頭導(dǎo)通后，繼電器板內(nèi)部的相應(yīng)48VDC繼電器將會勵磁，同時該狀態(tài)指示燈被點亮，然后，狀態(tài)信息將轉(zhuǎn)換為CN14接口中不同端子間的導(dǎo)通，更新后的設(shè)備狀態(tài)信息以數(shù)字量的形式保存到控制板內(nèi)相應(yīng)的芯片上?？刂瓢逶僮x取芯片內(nèi)數(shù)據(jù)，通過RS422串行通信協(xié)議將數(shù)據(jù)包發(fā)送給RIC001AR控制器抽屜的TOR板，點亮TOR板件的前面板狀態(tài)指示燈，最終數(shù)據(jù)包通過8路串口板傳回給管理計算機，管理計算機再在中子通量圖軟件中顯示出當前機電設(shè)備的狀態(tài)。

2.2 繼電器板CN10接口

見圖2，CN10接口是控制板用來將控制命令寫入繼電器板的接口。該接口插線排共有15個針腳，11#到15#針腳為雙線圈自保持型繼電器的置位線圈和復(fù)位線圈提供12VDC正電；1#到10#針腳為兩個線圈的負端提供0V控制信號，其中1#、3#、5#、7#、9#針腳是置位線圈的負端，2#、4#、6#、8#、10#針腳是復(fù)位線圈的負端。當系統(tǒng)初始化通過后，這22個繼電器置位線圈和復(fù)位線圈的正端同時帶上12VDC電，當管理計算機發(fā)出控制命令后，CN10接口利用1#到10#針腳將0V控制信號引入某個繼電器的置位線圈或者復(fù)位線圈的負端，從而實現(xiàn)某個具體的控制功能，控制命令信息見表1。例如，如果管理計算機發(fā)出控制中子探頭高速前進的命令，則控制命令0V信號將引入CN10的9#針腳和3#針腳。

2.3 繼電器板CN14接口

見圖2，CN14接口是控制板用來從繼電器板讀取RIC機電設(shè)備狀態(tài)的接口，該接口插線排共有13個針腳。利用不同端子間的導(dǎo)通表示不同RIC機電設(shè)備狀態(tài)信號的輸入，利用9#到13#針腳與1#到8#針腳間的導(dǎo)通組成RIC機電設(shè)備的狀態(tài)表。機電設(shè)備的狀態(tài)信息見表2。例如，CN14的9#針腳與4#針腳的導(dǎo)通表示6#電動閥關(guān)閉狀態(tài)信息。

2.4 繼電器板上的狀態(tài)指示燈

將繼電器板件上所有的小型繼電器作用研究清楚后，確定出了板件上63個狀態(tài)指示燈的用途，這63個指示燈直接指示現(xiàn)場所有前端機電設(shè)備的狀態(tài)及中子探頭的運動狀態(tài)。在處理中子探頭卡澀相關(guān)故障時，維修人員需要控制故障的中子探頭到達指定的位置，比較常用的操作包括表3中的三大類，根據(jù)中子探頭的運動狀態(tài)及組選擇器選擇通道的不同（正常通道“N”、救援通道“E”、存儲通道“P”、參考通道“R”），可以進一步對類型進行細分。確定出每種細分類型對應(yīng)的一組指示燈組合。所以，在故障處理過程中，當計算機房間RIC001AR控制監(jiān)測機柜發(fā)出控制命令時，通過觀察核島外環(huán)廊RIC002AR分配柜內(nèi)繼電器板上的狀態(tài)指示燈的點亮情況，與表3進行比對，找出異同點后進行下一步的故障點排查。

三、研究成果在嶺澳一期的應(yīng)用

根據(jù)對繼電器板、控制板控制機理的研究成果（主要包括中子探頭控制原理、選擇器控制原理、狀態(tài)指示燈作用、泄漏監(jiān)視原理、板件CN接口針腳作用），對嶺澳一期RIC中子通量測量系統(tǒng)發(fā)生的中子探頭卡澀、拒動等現(xiàn)場疑難故障分析提供了依據(jù)，使得維修人員可以在核島內(nèi)外環(huán)廊RIC002AR分配柜處定位故障點，無需直接進入輻射風(fēng)險極高的RIC房間，提高了故障診斷效率。表4為自2011年以來通過以上研究成果處理嶺澳一期RIC中子通量系統(tǒng)設(shè)備故障的統(tǒng)計表。

四、結(jié)束語

在缺乏嶺澳一期RIC002AR分配柜內(nèi)板件圖紙資料的情況下，通過繪制板件內(nèi)部電路圖并開展板件控制與通信原理的研究，使維修人員掌握了嶺澳一期RIC中子通量設(shè)備的控制原理與過程，提高了維修人員處理中子探頭卡澀、拒動故障和其它RIC機電設(shè)備故障的能力，有助于日常或者大修再鑒定期間出現(xiàn)故障的快速分析與處理。研究成果已多次成功應(yīng)用到了嶺澳一期RIC中子通量測量系統(tǒng)的故障處理中，并適用于秦山二期核電站相關(guān)設(shè)備的故障分析。

參 考 文 獻

[1]嶺澳一期核電站RIC系統(tǒng)手冊[內(nèi)部資料].

[2]繪制的RIC控制板電路圖[內(nèi)部資料].

[3]繪制的RIC繼電器板件電路圖[內(nèi)部資料].