王曉峰，夏善杰，劉 錚，張振超

（中核核電運(yùn)行管理有限公司維修五處，浙江海鹽 314300）

0 引言

重水堆核電站1#停堆系統(tǒng)屬于專設(shè)安全系統(tǒng)之一，通過(guò)向反應(yīng)堆中插入停堆棒來(lái)終止反應(yīng)堆的自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，吸收中子，減少核燃料產(chǎn)生的能量。

1#停堆系統(tǒng)從反應(yīng)堆得到工藝測(cè)量參數(shù)與核測(cè)參數(shù)送到D通道脫扣邏輯。如果某一參數(shù)值達(dá)到脫扣設(shè)定值，則D通道將脫扣。D通道脫扣信號(hào)分別輸送到奇數(shù)組停堆棒和偶數(shù)組停堆棒的3取2邏輯回路。當(dāng)E通道或/和F通道也脫扣（無(wú)論脫扣原因是否和導(dǎo)致D通道脫扣的工藝參數(shù)相同），1#停堆系統(tǒng)將觸發(fā)，奇數(shù)組和偶數(shù)組停堆棒離合器失電，28根停堆棒在加速?gòu)椈珊椭亓Φ碾p重作用下落入反應(yīng)堆中，引入-80 mK（注：1mK=0.001開爾文度）的負(fù)反應(yīng)性。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

正常運(yùn)行情況下，DC 95 V電源系統(tǒng)通過(guò)加載離合器保持其通電吸合。當(dāng)停堆棒需要提升時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)減速齒輪減速使停堆棒提升。當(dāng)停堆棒到達(dá)頂部位置后，停堆棒位置測(cè)量裝置發(fā)出停堆棒到頂?shù)男盘?hào)，自動(dòng)切除電機(jī)電源，電動(dòng)機(jī)停運(yùn)，停堆棒就被懸掛在反應(yīng)堆的頂部保持不動(dòng)。當(dāng)1#停堆系統(tǒng)觸發(fā)時(shí)，28根停堆棒失去了保持落入堆芯。

1 落棒邏輯模塊工作原理

落棒邏輯模塊由停堆棒選擇繼電器、時(shí)間繼電器、SDR繼電器、光電耦合器和輸出功率級(jí)組成，如圖2所示，提供約0.75 A的一個(gè)電流到停堆落棒離合電線圈。用一外部供應(yīng)的觸發(fā)脈沖，能按可預(yù)置的延遲時(shí)間來(lái)中斷這個(gè)電流。如果沒有信號(hào)供應(yīng)到棒選擇繼電器，則觸發(fā)信號(hào)就不能啟動(dòng)延時(shí)卡。

圖2 落棒邏輯模塊工作原理

每個(gè)DC 95 V的電源的正、負(fù)輸出端分別經(jīng)過(guò)公用的3取2邏輯模塊后，分別送到14個(gè)停堆棒的單獨(dú)離合器線圈邏輯驅(qū)動(dòng)模塊及線圈供電回路。每個(gè)單獨(dú)的停堆棒供電回路包括一塊離合器線圈落棒邏輯模塊，一個(gè)離合器線圈和它們中間的連接電路和插頭、接線等，棒位選擇開關(guān)將DC 95 V正極信號(hào)送給棒位選擇繼電器MDR，使時(shí)間繼電器T得電并允許接收觸發(fā)信號(hào)。

2 意外落棒過(guò)程描述

在某次大修期間，有工作人員在工作平臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)棒的更換工作，由于附近的6#停堆棒位置有干涉，因此工單安措要求將6#停堆棒放入堆芯，并將6#停堆棒的落棒邏輯模塊斷電。在調(diào)節(jié)棒的更換工作完成后，工作人員在恢復(fù)6#停堆棒落棒邏輯模塊的供電回路過(guò)程中，18#停堆棒意外落入堆芯。

3 意外落棒問(wèn)題分析

3.1 公用回路分析

停堆棒公用的DC 95 V電壓經(jīng)過(guò)3取2的邏輯屬于公用部分，現(xiàn)場(chǎng)只有出現(xiàn)18#棒落下，所以基本上排除了共模故障。停堆棒和調(diào)節(jié)棒安裝的位置不同，兩者相距較遠(yuǎn)，這也可以確定兩者更換時(shí)不會(huì)產(chǎn)生干擾的情況。

3.2 落棒邏輯模塊插拔影響分析

為了分析18#停堆棒的意外落棒與其他停堆棒落棒邏輯模塊進(jìn)行通斷電操作的關(guān)聯(lián)性及落棒電流初始值的差異性，進(jìn)行了插拔偶系列任意停堆棒落棒邏輯模塊的輸入接頭J3和輸出接頭J4的試驗(yàn)。通過(guò)記錄儀的監(jiān)視發(fā)現(xiàn)，在對(duì)同一系列的其他停堆棒的離合器線圈進(jìn)行斷電和送電操作時(shí)，即拔出或插入其他停堆棒的落棒邏輯模塊輸入插頭J3和輸出插頭J4時(shí)，會(huì)對(duì)18#停堆棒的供電產(chǎn)生較大干擾。雖然2個(gè)輸出端的電壓差DC 95 V基本未變，但各個(gè)點(diǎn)對(duì)地的電壓卻發(fā)生了明顯變化。這是因?yàn)殡x合器線圈作為一個(gè)電磁鐵，本身是一個(gè)蓄能器，在斷電時(shí)有放電現(xiàn)象，在恢復(fù)供電時(shí)有充電現(xiàn)象，所以會(huì)影響到公共電源的輸出。同時(shí)測(cè)量其他停堆棒落棒邏輯模塊的輸出電壓變化以及離合器落棒初始電流（TP1和TP2電壓）。在測(cè)量中得出2個(gè)結(jié)論。

（1）都會(huì)相互影響。

（2）插拔落棒邏輯模塊輸入接頭J3和輸出接頭J4的次序不同，所產(chǎn)生的干擾截然不同（圖3）。

從圖3中看出，當(dāng)先拔出J4，輸出電壓和輸出電流擾動(dòng)大，電壓和電流變化明顯，輸出電流從正常值0.65 A下降到0.2 A。再拔出J3時(shí)，對(duì)輸出電壓幾乎無(wú)影響。當(dāng)插入J3之后，再插入J4時(shí)，同樣對(duì)輸出電壓和電流有明顯影響。

從圖4中可以看到，當(dāng)先拔出J3，再拔出J4時(shí)，由于對(duì)輸出電壓影響較小，所以對(duì)輸出電流幾乎沒有影響。當(dāng)先插入J4，再插入J3時(shí)，同樣對(duì)輸出電壓有較小影響，在電壓波動(dòng)的同時(shí)輸出電流會(huì)有短時(shí)上升的現(xiàn)象，輸出電流從正常值0.65 A上升至0.7 A。因此，落棒邏輯模塊的通斷電操作，會(huì)影響其他落棒邏輯模塊的輸出電壓和電流。但是不同的插拔次序造成的影響明顯不同。

圖3 不正確次序插拔6#棒插頭對(duì)18#棒輸出的影響

圖4 正確次序插拔6#棒插頭對(duì)18#棒輸出的影響

插拔任何停堆棒的落棒邏輯模塊輸入輸出接頭，均會(huì)對(duì)同一系統(tǒng)的其他落棒邏輯模塊的輸出產(chǎn)生影響。斷電時(shí)，正確次序是先拔出落棒邏輯模塊輸入插頭J3，再拔出輸出插頭J4，否則為不正確次序；送電時(shí)，先插入落棒邏輯模塊輸出插頭J4，再插入輸入插頭J3，否則為不正確次序。

插、拔落棒邏輯模塊輸入插頭J3和輸出插頭J4的次序不同，所產(chǎn)生的干擾截然不同。如果按照正確次序，給卡件斷電時(shí)按先拔出輸入插頭J3，再拔出輸出插頭J4的次序，給卡件送電時(shí)按先插入輸出插頭J4，再插入輸入插頭J3的次序，對(duì)其他停堆棒的落棒邏輯模塊卡件的輸出電流基本沒有影響；如果按照不正確次序，給卡件斷電時(shí)按先拔出輸出插頭J4，再拔出輸入插頭J3的次序，或者給卡件送電時(shí)按先插入輸入插頭J3，再插入輸出插頭J4的次序，對(duì)其他停堆棒的落棒邏輯模塊卡件的輸出電流有明顯影響。

因此可以確認(rèn)，在對(duì)某一個(gè)停堆棒做斷電或恢復(fù)送電操作時(shí)，如果插、拔插頭的次序不正確，會(huì)對(duì)其他停堆棒的落棒邏輯模塊的輸出產(chǎn)生明顯影響。根據(jù)設(shè)計(jì)，落棒邏輯模塊的插接次序如果不正確，線圈上儲(chǔ)存的能量將不能通過(guò)合理的通道釋放，會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生較大干擾。事實(shí)上，本次大修相關(guān)工作中未明確給出插、拔落棒邏輯模塊輸入、輸出插頭的次序。

3.3 落棒電流值分析

在同樣的干擾下，只有18#停堆棒落入了堆芯，還需要進(jìn)一步檢查離合器的帶載能力。在離合器線圈輸出回路中串接滑線變阻器，增大電阻，降低輸出電流。對(duì)比18#和20#停堆棒的落棒電流初始值，當(dāng)輸出電流為0.350 A時(shí)，18#停堆棒就開始下落，而20#停堆棒的落棒初始電流值為0.248 A。由此說(shuō)明18#比20#停堆棒更易掉棒。

雖然18#和20#停堆棒都是長(zhǎng)棒（長(zhǎng)度和重量都相同），停堆棒離合器也都滿足設(shè)計(jì)要求，但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，為保持停堆棒在堆芯頂部的位置，顯然18#停堆棒的離合器需要的電磁力更大，電流也要更大。18#停堆棒落棒初始電流值高，說(shuō)明離合器之間稍有差異。18#停堆棒的離合器帶載能力稍弱，這也是18#停堆棒容易出現(xiàn)掉棒現(xiàn)象的因素之一。

3.4 落棒邏輯模塊的差別

晃動(dòng)落棒邏輯的輸出接頭J4，也發(fā)生落棒現(xiàn)象,落棒邏輯模塊的電纜接頭J4可能存在接觸不良，有意外落棒的風(fēng)險(xiǎn)。為保險(xiǎn)起見，提前更換電纜接頭J4。將新落棒邏輯模塊備件配置在18#停堆棒上，相同的操作，同樣的試驗(yàn)未發(fā)生落棒，說(shuō)明舊落棒邏輯模塊也存在降級(jí)現(xiàn)象。

在檢修車間，用測(cè)試裝置QT200對(duì)故障落棒邏輯模塊和新落棒邏輯模塊的內(nèi)部元器件進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，對(duì)新、舊落棒邏輯模塊功率輸出級(jí)的電壓降、三極管Q1和Q2截止時(shí)的漏電流及延時(shí)時(shí)間測(cè)試并記錄。結(jié)果見表1。

測(cè)試結(jié)果表明，故障落棒邏輯模塊三極管Q1和Q2截止時(shí)的漏電流明顯大于設(shè)計(jì)要求值，其他的基本相同，從而判斷三極管Q1和Q2性能下降。在外界干擾下輸出電流會(huì)變得不穩(wěn)定或短時(shí)喪失，造成停堆棒掉棒。漏電流大，通常是器件失效的前兆，將導(dǎo)致一系列可靠性方面問(wèn)題。

表1 落棒邏輯模塊測(cè)試記錄

4 改進(jìn)措施

對(duì)落棒邏輯模塊接頭插拔的操作順序不正確是造成18#停堆棒落棒的直接原因，而18#停堆棒落棒邏輯模塊降級(jí)是根本原因，18#停堆棒離合器帶載能力稍弱是促成原因。為避免類似問(wèn)題再次發(fā)生，制定4項(xiàng)改進(jìn)措施。

（1）使用新的備件更換了降級(jí)的18#停堆棒落棒邏輯模塊。

（2）完善維修規(guī)程，在落棒邏輯模塊的檢查中，增加延時(shí)時(shí)間、功率輸出級(jí)漏電流和漏電壓的常規(guī)性檢查以及易老化元件的檢查與更換等內(nèi)容。

（3）對(duì)停堆棒離合器線圈的斷電和送電操作次序，在相應(yīng)維修文件中進(jìn)行明確。

（4）增加相關(guān)預(yù)防性檢修項(xiàng)目。事件中發(fā)現(xiàn)落棒邏輯模塊的外部接頭是航空接頭結(jié)構(gòu)，隨著使用年限的增加，彈性變差，可能會(huì)導(dǎo)致落棒邏輯模塊本體插座與外部接頭插針接觸不良，將造成對(duì)電源的干擾，嚴(yán)重的后果是導(dǎo)致停堆棒意外掉棒。外部經(jīng)驗(yàn)反饋中也有落棒邏輯模塊降級(jí)造成停堆棒落棒的事件，因此增加了更換落棒邏輯模塊本體的預(yù)維項(xiàng)目及對(duì)外部接頭進(jìn)行檢查的步驟。

5 結(jié)束語(yǔ)

作為1#停堆系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，停堆棒的棒控回路對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行有非常重要的影響。通過(guò)對(duì)停堆棒落棒問(wèn)題的分析和解決，使停堆棒控制邏輯的可靠性提高，對(duì)棒控回路重要設(shè)備的工作特性更加深入了解，得出2點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

（1）必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的一些系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行深入全面地了解和掌握。只有深入了解和掌握了設(shè)備和系統(tǒng)的特點(diǎn)，才能找出故障的根本原因，才能徹底排除故障。隨著時(shí)間的推移，現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)和設(shè)備逐漸老化，因此必須掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)容易出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備和元器件及時(shí)更換，以提高設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性。

（2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不合理的操作順序必須及時(shí)進(jìn)行明確，將操作順序固化到維修文件中，確保工作人員按照程序操作，避免類似問(wèn)題再次發(fā)生。