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        提高多基地堆芯飽和裕度測量穩(wěn)定性方法的研究與實施

        2018-11-06 11:39:10姜磊張澤勇
        中小企業(yè)管理與科技 2018年5期
        關(guān)鍵詞:冷端裕度斷線

        姜磊,張澤勇

        (中廣核核電運營有限公司,廣東深圳518124)

        1 引言

        百萬千瓦級壓水堆核電站堆芯溫度和壓力容器水位監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱為CCMS)是反應(yīng)堆核心的監(jiān)視系統(tǒng)之一,堆芯溫度測量利用堆芯熱電偶信號和反應(yīng)堆冷卻劑壓力,計算出飽和溫度及最低堆芯溫度飽和裕度等數(shù)據(jù);壓力容器水位測量主要通過堆芯水位差壓變送器信號、溫度信號和壓力信號,計算出堆芯水位,為操作員提供一回路的狀態(tài)信息。

        核電站運行技術(shù)規(guī)范要求:對于在RP、NS/SG、NS/RRA、一回路未充分開口的MCS模式下,堆芯飽和裕度測量必須可用。如果部分或全部失去堆芯飽和裕度測量,則機組記第一組I0,并須在規(guī)定期限內(nèi)完成檢修,否則機組向相應(yīng)狀態(tài)進行后撤。

        多基地核電站CCMS系統(tǒng)受調(diào)理模塊設(shè)計缺陷的影響,在熱電偶絕緣及連續(xù)性測量的過程中,當(dāng)前端熱電偶信號斷線或恢復(fù)時,調(diào)理模塊輸出會出現(xiàn)向量程上限階躍跳變的現(xiàn)象,且系統(tǒng)無法對數(shù)據(jù)進行無效剔除,從而對堆芯飽和裕度計算產(chǎn)生干擾,導(dǎo)致最小飽和裕度測量值發(fā)生波動,引起機組產(chǎn)生非計劃性第一組I0。

        2 研究背景及意義

        CCMS系統(tǒng)提供的堆芯最小飽和裕度是反應(yīng)堆監(jiān)視的重要狀態(tài)參數(shù)之一,供操作員掌握一回路水位的相關(guān)信息,與核安全息息相關(guān)。但由于板件設(shè)計的固有缺陷,導(dǎo)致在大修中進行熱電偶絕緣及連續(xù)性測量時容易引發(fā)最小飽和裕度不可用,從而使機組產(chǎn)生第一組I0,并占用大修關(guān)鍵路徑時間。

        因此,急需研究一種可靠、穩(wěn)定的測量方法,避免最小飽和裕度異常波動問題的產(chǎn)生,從而有效節(jié)約關(guān)鍵路徑、縮短大修工期、降低大修成本。

        3 研究方法及可行性驗證

        3.1 概述

        多基地CCMS系統(tǒng),在堆芯熱電偶斷線及斷線恢復(fù)時,由于其熱電偶調(diào)理模塊斷線檢測的特性,導(dǎo)致了堆芯最高溫度(TMAX)增加,堆芯飽和溫度裕度(ΔTSAT)減小。如果此時電站功率<10%FP,且ΔTSAT<報警限值(20℃),則觸發(fā)堆芯飽和溫度裕度低報警。

        論文分析了堆芯熱電偶斷線及斷線恢復(fù)時的瞬態(tài)過程,以及該過程對堆芯飽和溫度裕度的影響機理,描述了在熱停、冷停堆期間避免產(chǎn)生堆芯最小飽和裕度波動的方法。

        3.2 熱電偶斷線及斷線恢復(fù)分析

        3.2.1 飽和溫度裕度計算原理

        ①計算一回路飽和溫度TSAT

        計算公式為:TSAT=179.895+99.86X+24.38X2+5.67X3+0.935X4

        一回路飽和溫度的可用性:

        A_TSAT=A_PABS;當(dāng)A_TSAT=0時,TSAT保持上一周期的計算值,即TSAT=TSAT(n-1)。其變量名稱和變量描述如表1。

        表1

        ②計算堆芯飽和裕度

        計算公式為:

        飽和裕度的可用性:

        A_△TSAT=A_TSAT*A_TRIC-MAX,當(dāng) A_TSAT=0時,TSAT保持上一周期的計算值,即△TSAT=△TSAT(n-1),其變量名稱和變量描述如表2。

        表2

        圖1 飽和溫度裕度低報警原理

        3.2.2 mv調(diào)理模塊特性

        熱偶斷線后,mv調(diào)理模塊SAMK32A在不超過250ms的時間內(nèi),輸出遞增到最大電流(對應(yīng)于1200℃)。斷線恢復(fù)時,在不超過250ms的時間內(nèi),輸出從最大電流遞減至正常值。AI模塊的采樣周期為5ms,CPU的運算周期為25ms,因此,在熱偶斷線及恢復(fù)過程中,CPU將采集到多個周期的、虛假的、增大了的溫度值。

        在堆芯平均溫度為300℃且穩(wěn)定,堆芯最大溫度為300℃,堆芯熱偶有效數(shù)量超過15只,PABS=15.5MPa的情況下,實測斷線時的△TSAT在100ms內(nèi)降低1.2℃并恢復(fù);如果斷線時間超過3min,則斷線恢復(fù)之后的第60s,△TSAT瞬時降低19℃,在此后逐漸恢復(fù)正常值。

        圖2 調(diào)理模塊原理

        3.2.3 堆芯熱電偶斷線

        假設(shè)熱偶斷線前為300℃,該熱偶溫度為堆芯最高有效溫度(TMAX),堆芯絕對壓力不變(PABS)。斷線后,mv調(diào)理模塊在不超過250ms的時間內(nèi),輸出遞增到最大電流(1200℃),AI模塊的采樣周期為5ms,CPU的運算周期為25ms,因此,在溫度達到1200℃之前,CPU將采集到多個周期的、增大了的、虛假的溫度值。該溫度值經(jīng)過15s的濾波之后,溫度將增大。濾波公式如下:

        經(jīng)過10個CPU運算周期,該TC被置為無效,此時濾波后溫度為305℃,即TMAX值將增加5℃,△TSAT下降5℃。

        3.2.4 堆芯熱電偶斷線恢復(fù)

        假設(shè)熱偶斷線時間足夠長,堆芯平均溫度300℃且穩(wěn)定,正常溫度300℃,堆芯最大溫度300℃,堆芯熱偶有效數(shù)量超過15只。

        熱偶接通后,mv調(diào)理模塊輸出下降,軟件濾波后溫度值經(jīng)過60秒后,從最大溫度(1200℃)遞減到319℃,這段時間內(nèi)堆芯平均溫度變化超過了1℃/2分鐘,因此不進行有效性校驗,該熱偶一直保持在無效狀態(tài)。

        第61秒,該熱偶被置為有效,此時溫度為318℃,TMAX從300℃變?yōu)?18℃,第120s下降到300℃。而△TSAT則從下降18℃,到下降為0℃。

        圖3為熱偶斷線及恢復(fù)對△TSAT的影響。

        圖3 熱偶斷線及恢復(fù)對△TSAT的影響

        3.3 熱電偶絕緣及連續(xù)性測量方法的改進

        綜上所述,通過對調(diào)理模塊輸出特性的分析,如果采用傳統(tǒng)的測量方法,將會對飽和裕度的計算帶來影響,那么該如何對測量方法進行改進和優(yōu)化呢?通過對帶冷端補償熱電偶型模擬量輸入卡件的研究,進一步發(fā)現(xiàn):冷端補償與熱電偶的斷線順序也會對調(diào)理模塊的輸出產(chǎn)生影響,測試結(jié)果如下。

        當(dāng)測量端與補償電阻均斷線時,顯示定值-325.0(-25%);當(dāng)測量端正常,補償電阻斷線時顯示定值-325.0(-25%);當(dāng)測量端斷線,補償電阻正常時,顯示定值1338.97(102.998%)。

        從理論分析上來看,在進行熱電偶絕緣及連續(xù)性測量時,先斷冷端補償,再斷熱電偶;斷線恢復(fù)時,先恢復(fù)熱電偶再恢復(fù)冷端補償,這樣將會使調(diào)理板卡的輸出為量程下限,從而不會對最大溫度和飽和裕度的計算產(chǎn)生干擾。但在現(xiàn)場的實際驗證過程中,發(fā)現(xiàn)部分調(diào)理模塊的輸出特性并不穩(wěn)定:在恢復(fù)冷端補償時,輸出值向量程上限發(fā)生了短時跳變,又一次對飽和裕度的計算產(chǎn)生了干擾。

        那么,是否可以從算法邏輯上對調(diào)理模塊的該特性缺陷進行屏蔽?下面對熱電偶采集信號的算法邏輯進行了分析。

        熱電偶溫度mV信號,經(jīng)模擬量輸入板卡,送CPU單元,邏輯處理分三路:

        1路:送KIC/BUP顯示,變量N*RIC***KM,該變量帶狀態(tài)位,無效時曲線用虛線顯示;

        2路:經(jīng)一個15s的延時濾波環(huán)節(jié),送入計算環(huán)節(jié),其中包括溫度裕度計算;

        3路:取熱電偶無效置量位,包括模擬量狀態(tài)位置1、高低超限(0~1200℃),都將無效置量位置1,KIC顯示變量為N*RIC***KS。

        在現(xiàn)場工程師站進行了模擬試驗,如果將第3路代表熱電偶溫度信號的質(zhì)量位狀態(tài)置于無效,那么就可以將該熱電偶剔除,從而不會參與最大溫度、平均溫度和飽和裕度的計算。

        至此,在進行熱電偶絕緣及連續(xù)性測量時,堆芯最小飽和裕度異常波動的根本原因已查明,為調(diào)理模塊本身設(shè)計缺陷所導(dǎo)致。為了從根本上避免該缺陷引起的飽和裕度不可用以及占用大修關(guān)鍵路徑時間,對以往的測量方法從軟件及硬件兩方面進行了改進和優(yōu)化,新的測試方法邏輯順序為:

        ①將*AK的數(shù)值強制為OFF;

        ②斷開冷端補償電阻;

        ③溫度顯示無效,實時值置下限;

        ④斷開熱電偶;

        ⑤完成熱電偶絕緣及連續(xù)性檢查;

        ⑥放電;

        ⑦恢復(fù)熱電偶;

        ⑧恢復(fù)冷端補償;

        ⑨溫度顯示有效,KIC中確認(rèn)實時值恢復(fù)到當(dāng)前正常值;

        ⑩取消*AK強制。

        4 結(jié)論

        新的測試方法不僅從根本上避免了在進行熱電偶絕緣及連續(xù)性測量工作中產(chǎn)生的堆芯最小飽和裕度不可用的現(xiàn)象,同時也杜絕了由此項工作產(chǎn)生第一組I0而占用大修關(guān)鍵路徑的情況發(fā)生。隨著這一方法在多基地機組大修中的成功應(yīng)用,顯現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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