周磊　許進(jìn)　陳子鳴　周忠政

【摘 要】落棒試驗(yàn)是通過釋放兩束選定的控制棒，觸發(fā)RPN系統(tǒng)的3個(gè)及以上通道的功率量程負(fù)通量變化快信號(hào)，并觸發(fā)機(jī)組自動(dòng)停堆。如果試驗(yàn)過程順利，則可以證明機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性與可靠性。試驗(yàn)結(jié)果處理中，如何將不同系統(tǒng)來源的不同類型信號(hào)按照相同的時(shí)間擬合到一起，找到將兩個(gè)系統(tǒng)來源的信號(hào)關(guān)聯(lián)到一起的公共變量成為試驗(yàn)處理的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】落棒試驗(yàn)功率量程負(fù)通量變化快信號(hào)

【Abstract】Rod drop test trigger the reactor automatically to trip by releasing two beams of selected control rod and triggering no less than three power range negative high neutron flux rate signals in RPN system. If the test went smoothly， it can prove that reactor protection system response accuracy and reliability. Processing test results， how to fit different types of signal of different systems together and how to find the public variables that associate signal source of two systems together become a key of test process.

【Key words】Rod drop test power range negative high neutron flux rate signal

1 試驗(yàn)背景

1.1 控制棒

作為控制反應(yīng)堆堆芯反應(yīng)性的重要手段，因?yàn)闄C(jī)械及電氣故障等原因可能會(huì)突然落入堆底。而控制棒突然落入堆底，會(huì)給反應(yīng)堆帶來兩類效應(yīng)。（1）是堆芯功率的分布發(fā)生很大的畸變，堆芯的徑向及軸向功率峰因子急劇增加，很有可能會(huì)超過安全限值。（2）是若發(fā)生落棒事故，而反應(yīng)堆停堆棒組沒有及時(shí)下落，提供足夠的負(fù)反應(yīng)性，由于功率虧損會(huì)引入足夠多的正反應(yīng)性，反應(yīng)堆會(huì)在某一個(gè)較低的功率水平重新達(dá)到臨界，并逐步穩(wěn)定在一個(gè)新的功率水平。由于在此功率水平，功率分布的徑向不均勻性較大，若果在這種較高功率水平下運(yùn)行，很有可能會(huì)發(fā)生燃料元件燒毀事故。

落棒試驗(yàn)可以檢驗(yàn)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性和可靠性，驗(yàn)證落棒事故分析假設(shè)條件的保守性，對(duì)于反應(yīng)堆的安全非常重要。

1.2 試驗(yàn)信號(hào)

落棒試驗(yàn)所需試驗(yàn)信號(hào)包括KIC（電廠計(jì)算機(jī)信息和控制系統(tǒng)）系統(tǒng)上4路功率量程通道的功率量程中子通量負(fù)變化率高、停堆斷路器信號(hào)、P4這幾路數(shù)字信號(hào)以及高速記錄儀上選定的兩組落棒棒組以及選定的一束停堆棒組下落速度的模擬信號(hào)。

4路功率量程通道的功率量程中子通量負(fù)變化率高、停堆斷路器信號(hào)、P4這幾路數(shù)字信號(hào)是由RPR保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生然后送往KIC系統(tǒng)。

選定的兩組落棒棒組以及選定的一束停堆棒組下落速度的模擬信號(hào)是由連接到選定棒束的感應(yīng)線圈因棒束移動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流信號(hào)傳送到高速記錄儀上并被記錄。

落棒試驗(yàn)需要驗(yàn)證兩束選定控制棒的下落會(huì)引起至少3路功率量程負(fù)變化率高信號(hào)。而保護(hù)邏輯設(shè)定是只需要2路負(fù)變化率高信號(hào)出現(xiàn)就會(huì)在極端的時(shí)間內(nèi)觸發(fā)停堆，使所有控制棒下落。試驗(yàn)的難點(diǎn)在于找出功率量程負(fù)變化率高信號(hào)的出現(xiàn)時(shí)間與停堆信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間。

1.3 試驗(yàn)遇到的困難

落棒試驗(yàn)中，需要處理的信號(hào)一部分連接到現(xiàn)場(chǎng)安置的高速記錄儀上，一部分通過KIC（電廠計(jì)算機(jī)信息和控制系統(tǒng)）采集。如何將高速記錄以上的信號(hào)時(shí)間與KIC系統(tǒng)上的信號(hào)時(shí)間進(jìn)行同步是試驗(yàn)的一個(gè)重點(diǎn)。

2 信號(hào)分析

2.1 保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

RPR體統(tǒng)是一個(gè)邏輯保護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)核電廠一些物理參數(shù)的變化，通過對(duì)停堆斷路器和安全驅(qū)動(dòng)器的邏輯控制，確保反應(yīng)堆的安全。

RPR上端連接所有的保護(hù)儀表組。它們檢測(cè)選定的物理參數(shù)，當(dāng)這些參數(shù)的變化達(dá)到或超過安全分析確定的保護(hù)動(dòng)作整定值時(shí)，給出保護(hù)動(dòng)作的初始啟動(dòng)信號(hào)。其中，RPR連接了四個(gè)保護(hù)核儀表組（比如RPN系統(tǒng)的四路功率量程信號(hào)），RPR包含了4路保護(hù)組，即A、B兩個(gè)系列，目的是冗余。

停堆通道的響應(yīng)時(shí)間是指從緊急停堆工況的發(fā)生到全部控制棒組件插入堆芯，引入最大負(fù)反應(yīng)性使反應(yīng)堆停閉所經(jīng)歷的時(shí)間。通道響應(yīng)時(shí)間分為以下幾部分：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6

T1=傳感器響應(yīng)時(shí)間，T2=信號(hào)處理部分的響應(yīng)時(shí)間，即從傳感器的輸出端到停堆斷路器的輸入端（失壓線圈失電）的響應(yīng)時(shí)間，T3=停堆斷路器打開的時(shí)間，即從失壓線圈失電到保持勾爪線圈失電之間的時(shí)間，T4=保持勾爪的釋放時(shí)間，即從保持勾爪線圈失電到控制棒組件開始插入堆芯之間的時(shí)間，T5=控制棒組件從開始下落到它們進(jìn)入阻尼器的下落時(shí)間，T6=全長(zhǎng)控制棒組件從進(jìn)入阻尼器到它們完全插入之間的時(shí)間。

2.2 KIC系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)規(guī)則

KIC系統(tǒng)（電廠計(jì)算機(jī)信息和控制系統(tǒng)）構(gòu)成了電廠的操作和管理信息層（2層），其終端是實(shí)現(xiàn)電廠監(jiān)管的主要人機(jī)接口。KIC系統(tǒng)中的組成部分兩個(gè)前段處理服務(wù)器與一層、二層網(wǎng)絡(luò)相連，保證自動(dòng)化級(jí)（一層）和顯示操作級(jí)（二層）的網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)全部過程數(shù)據(jù)的接收，并通過二層網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳送到兩個(gè)主服務(wù)器進(jìn)行處理。

由于KIC系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)以一定頻率向自動(dòng)化級(jí)（一層）掃描取數(shù)據(jù)，一層記錄的數(shù)據(jù)是以一定的頻率向最原始的探測(cè)器處取數(shù)據(jù)。KIC系統(tǒng)取樣頻率形成的取樣時(shí)間間隔為△T（KIC），自動(dòng)化級(jí)數(shù)據(jù)取樣頻率形成的取樣時(shí)間間隔為△T（自動(dòng)化級(jí)）。△T（KIC）與△T（自動(dòng)化級(jí)）是能夠在KIC系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置，其最小值為100ms。endprint

圖1 自動(dòng)化層與KIC系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單模擬

如上圖所示，是對(duì)自動(dòng)化級(jí)記錄的數(shù)據(jù)和KIC系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)的一個(gè)簡(jiǎn)單圖例描述。對(duì)連續(xù)的模擬量，自動(dòng)化層記錄的數(shù)據(jù)按照其時(shí)間間隔△T（自動(dòng)化級(jí)）進(jìn)行記錄，KIC系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)按照其時(shí)間間隔△T（KIC）向自動(dòng)化層儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并儲(chǔ)存。模擬信號(hào)的實(shí)際發(fā)生時(shí)刻與KIC系統(tǒng)記錄的信號(hào)發(fā)生時(shí)刻的最大系統(tǒng)誤差為△T（系統(tǒng)誤差），且△T（系統(tǒng)誤差）≤min（△T（自動(dòng)化級(jí)），△T（KIC））。故KIC上的顯示時(shí)刻=事件實(shí)際發(fā)生時(shí)刻+由于掃描周期引入的系統(tǒng)誤差△T（系統(tǒng)誤差）+不確定性的延遲時(shí)間△T（不確定）。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析與處理

3.1 落棒試驗(yàn)中4個(gè)功率量程輸出值

從表1及圖2可得，1#與3#功率量程探頭的測(cè)量值在相同的時(shí)間段內(nèi)有相同的變化量，并且有相同的變化趨勢(shì)。且分別記錄下兩個(gè)數(shù)據(jù)大小非常接近的數(shù)據(jù)46.7%FP與10%FP。

從圖2可看出，由于RPN001#，RPN003#探頭與下落棒束M12，D12的是空間對(duì)稱，且在高速記錄儀記錄的控制棒M12與D12的下落時(shí)間是同步的，所以RPN001#，RPN003#功率量程探頭的計(jì)數(shù)的變化理論上是同步的。根據(jù)KIC系統(tǒng)記錄的功率量程數(shù)據(jù)時(shí)刻的誤差在1000ms以內(nèi)，1#與3#功率量程數(shù)據(jù)的變化與理論推導(dǎo)是相吻合的。

通過數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)2#與4#功率量程數(shù)值在KIC上記錄的時(shí)刻與數(shù)值大小同步性很好。此處記錄的數(shù)據(jù)與理論推導(dǎo)相吻合。

2#4#與1#3#功率量程探頭數(shù)據(jù)變化的先后關(guān)系上，顯示且1#3#變化在先。但是根據(jù)多個(gè)機(jī)組實(shí)際的測(cè)量值以及本次實(shí)驗(yàn)觸發(fā)的功率量程負(fù)變化率高信號(hào)的前后關(guān)系，2#4#功率量程探頭變化時(shí)刻應(yīng)更早?？紤]到最大1000ms的△T（系統(tǒng)誤差），KIC記錄的數(shù)據(jù)仍然很好的與理論吻合。

3.2 落棒試驗(yàn)中定值比較器輸出的數(shù)字開關(guān)信號(hào)

如圖4，134-137KS信號(hào)均為4路功率量程探頭模擬信號(hào)輸入XU定值信號(hào)比較器之后輸出的數(shù)字開關(guān)量（0與1）信號(hào)。保護(hù)的邏輯是當(dāng)有2個(gè)或以上數(shù)量的功率量程負(fù)變化率高信號(hào)出現(xiàn)就會(huì)觸發(fā)停堆。

3.3 停堆短路器打開信號(hào)

表中數(shù)據(jù)表明1路和3路的停堆短路器打開信號(hào)在KIC上的顯示時(shí)間同為49480ms.表明在這幾種信號(hào)實(shí)際發(fā)生的時(shí)間+系統(tǒng)的不確定延遲結(jié)果都在同一個(gè)掃描時(shí)間段內(nèi)被儲(chǔ)存，所以記錄時(shí)間顯示為一樣。2路和4路的停堆短路器打開信號(hào)在KIC上的顯示時(shí)間同為49569ms。

根據(jù)RPR保護(hù)系統(tǒng)邏輯，RPN系統(tǒng)中4個(gè)功率量程探測(cè)器負(fù)變化率高信號(hào)觸發(fā)停堆信號(hào)。

對(duì)于此，在《RPR保護(hù)通道響應(yīng)時(shí)間測(cè)量》試驗(yàn)報(bào)告中，對(duì)于功率量程負(fù)的中子注量率變化高信號(hào)的T2時(shí)間測(cè)量結(jié)果為：67～94ms（試驗(yàn)原理是在定值比較器XU前輸入變化的模擬信號(hào)，并且測(cè)量停堆斷路器產(chǎn)生釋放信號(hào)的時(shí)間）；而KIC系統(tǒng)上采集的RPR134/135/136/137KS這類信號(hào)是從核儀表組的定值比較器XU后端傳輸?shù)終IC系統(tǒng)上的0/1數(shù)字量，其與停堆短路器打開信號(hào)的時(shí)間差應(yīng)該略小于T2時(shí)間（67～94ms）。

.5 高速記錄儀記錄信號(hào)

3.6 信號(hào)時(shí)間同步分析

3.6.1 用KIC系統(tǒng)中停堆斷路器打開時(shí)刻與高速記錄儀中停堆棒組下落時(shí)刻進(jìn)行同步處理

停堆斷路器實(shí)際打開時(shí)刻判斷為9269ms+0ms～9269+94ms

停堆棒落棒時(shí)刻判斷為9269ms+130ms～9269+94+130ms

則最后結(jié)果：t2=t4=606～700ms，t1=t3=1118～1212ms，t落棒=830ms

3.6.2 用 KIC系統(tǒng)中P4信號(hào)與高速記錄儀中記錄的P4信號(hào)進(jìn)行同步處理

P4信號(hào)發(fā)生時(shí)刻為；9704ms～9704+80ms

最后結(jié)果為：t2=t4=515～595ms，t1=t3=1027～1107ms，t落棒=830ms

表6 高速記錄儀記錄數(shù)據(jù)信息

4 結(jié)論

對(duì)于落棒試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的時(shí)間同步處理，可以將高速記錄儀與KIC系統(tǒng)上的停堆斷路器打開信號(hào)或者P4信號(hào)進(jìn)行同步。用兩種方式進(jìn)行信號(hào)間的同步處理，其結(jié)果均滿足試驗(yàn)驗(yàn)收準(zhǔn)則。

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint