鮑偉偉

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司 浙江分公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

核儀表系統(tǒng)（RPN）是核電站重要的安全系統(tǒng)，用于在反應(yīng)堆啟動過程中及其后的運(yùn)行中對反應(yīng)堆的核功率水平、分布及變化情況進(jìn)行連續(xù)不斷地測量和監(jiān)視。當(dāng)核功率或其變化范圍超過安全分析確定的整定值時(shí)，向反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)提供用于緊急停堆的信號。核儀表系統(tǒng)使用了源量程、中間量程及功率量程3 種通道來完成反應(yīng)堆從啟動到滿功率運(yùn)行工況下核功率的測量，其核功率動態(tài)范圍達(dá)10 個(gè)數(shù)量級以上。在核電站的調(diào)試及運(yùn)行過程中，受核儀表系統(tǒng)的影響而造成非計(jì)劃停堆的次數(shù)也是屢見不鮮，可見核儀表系統(tǒng)及與其他系統(tǒng)接口的良好狀態(tài)是保障反應(yīng)堆安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。

1 停堆邏輯和周期試驗(yàn)

核儀表系統(tǒng)直接參與的停堆邏輯較多，包括二取一停堆的源量程；二取一停堆的中間量程；四取二的功率量程低定值停堆；四取二的功率量程高定值停堆；四取二的功率量程高中子注量率正變化率停堆；四取二的功率量程高中子注量率負(fù)變化率停堆，同時(shí)核儀表系統(tǒng)還直接影響超溫ΔT 停堆和超功率ΔT 停堆、ATWT 停堆等。

核儀表系統(tǒng)周期試驗(yàn)是在正常功率運(yùn)行時(shí)，為保證系統(tǒng)工作正常，而對系統(tǒng)設(shè)備所做的預(yù)防性試驗(yàn)檢查。主要檢查相關(guān)報(bào)警和保護(hù)定值，機(jī)柜繼電器在特定保護(hù)定值下是否能正常動作。由MTE 模擬來自探測器或轉(zhuǎn)換器的信號，經(jīng)保護(hù)機(jī)柜處理后，比較輸出值和期望值[1]。

2 典型故障分析與改進(jìn)

2.1 功率量程通道周期試驗(yàn)，引起反應(yīng)堆非計(jì)劃緊急停堆

2.1.1 事件描述

某壓水堆核電廠在10%FP 功率平臺進(jìn)行I 通道和III通道功率量程通道試驗(yàn)。在將I 通道功率量程由正常模式打到試驗(yàn)?zāi)Ｊ胶?，按照?guī)程執(zhí)行該通道試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中反復(fù)產(chǎn)生“功率量程中子注量率變化率高停堆信號（IP）”，由于邏輯有RS 觸發(fā)器，試驗(yàn)程序結(jié)束后該信號被保持，試驗(yàn)通過后該功率量程通道又由試驗(yàn)?zāi)Ｊ酱虻秸ＤＪ?，然后?zhí)行III 通道功率量程通道試驗(yàn)，在將該通道由正常模式打到試驗(yàn)?zāi)Ｊ胶螅_始執(zhí)行試驗(yàn)步驟，同樣在該試驗(yàn)過程中產(chǎn)生“功率量程中子注量率變化率高停堆信號（IIIP）”，且該信號被保持。試驗(yàn)結(jié)束后，將該通道由試驗(yàn)?zāi)Ｊ酱虻秸ＤＪ剑藭r(shí)由于“功率量程中子注量率變化率高停堆信號（IP）”和“功率量程中子注量率變化率高停堆信號（IIIP）”同時(shí)被保持存在，滿足2/4 保護(hù)停堆邏輯，觸發(fā)緊急停堆信號，反應(yīng)堆停堆。

2.1.2 原因分析

由于I 通道和III 通道同時(shí)觸發(fā)了“功率量程中子注量率變化率高”，停堆信號直接導(dǎo)致了反應(yīng)堆緊急停堆。該電廠的試驗(yàn)規(guī)程編寫是參照廠家的技術(shù)文件[2]編寫的，而在廠家的技術(shù)文件中沒有提到試驗(yàn)后，對“功率量程中子注量率變化率高停堆信號”進(jìn)行復(fù)位的操作是該事件發(fā)生的根本原因。加上試驗(yàn)過程中該停堆信號的反復(fù)出現(xiàn)，導(dǎo)致運(yùn)行人員誤以為試驗(yàn)結(jié)束后該信號存在是正常現(xiàn)象，也促成了該事件的發(fā)生。

2.1.3 優(yōu)化方案

方案一：廠家升版技術(shù)文件，維修升版試驗(yàn)規(guī)程，明確每個(gè)通道試驗(yàn)結(jié)束后，對“功率量程中子注量率變化率高信號”進(jìn)行復(fù)位，并確認(rèn)試驗(yàn)通道無停堆信號后，再進(jìn)行下一個(gè)通道的試驗(yàn)。

方案二：廠家對MTE（試驗(yàn)柜）試驗(yàn)軟件程序進(jìn)行升版，在試驗(yàn)完成后自動觸發(fā)復(fù)位“功率量程中子注量率變化率高信號”信號。

2.2 RPN觸發(fā)超溫ΔT、超功率ΔT信號質(zhì)量位失效，引起反應(yīng)堆緊急停堆

2.2.1 事件描述

某壓水堆核電廠在調(diào)試升溫升壓階段，停堆斷路器處于合閘狀態(tài)，此時(shí)IIP 正在進(jìn)行主回路熱電偶試驗(yàn)，根據(jù)規(guī)程需解除該環(huán)路溫度信號。試驗(yàn)過程中主控室啟動1#主泵，主泵啟動過程中出現(xiàn)超溫ΔT（RPA/B171KA）和超功率ΔT（RPA/B167KA）停堆報(bào)警，反應(yīng)堆停堆。

2.2.2 原因分析

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)IIP 進(jìn)行主回路熱電偶試驗(yàn)，由于解除該路溫度信號與現(xiàn)場的連接，導(dǎo)致超溫ΔT、超功率ΔT的該環(huán)路質(zhì)量位信號“壞”。啟動1#主泵過程中，由于主泵信號波動范圍較大，導(dǎo)致DCS 發(fā)送到RPN 的主泵轉(zhuǎn)速電流信號超出RPN 卡件的接收范圍，導(dǎo)致RPN 將此信號判斷為“壞”信號，從而發(fā)出“通道試驗(yàn)或故障信號”。該信號送至超溫ΔT、超功率ΔT 質(zhì)量位組合，導(dǎo)致該通道第2個(gè)質(zhì)量位變“壞”。由于超溫ΔT、超功率ΔT 為三取二停堆邏輯[3]，兩路信號質(zhì)量位失效從而直接觸發(fā)停堆信號致使反應(yīng)堆停堆[4]。

正常狀態(tài)下超溫ΔT、超功率ΔT 如圖1 所示。其中A_Valid，B_Valid，C_Valid 為質(zhì)量位信號且均為1，任一質(zhì)量位變?yōu)?，則表決邏輯3 取2 變成2 取1；再一個(gè)質(zhì)量位變?yōu)?，則產(chǎn)生輸出動作。超溫ΔT 和超功率ΔT的質(zhì)量位為一個(gè)組合邏輯（穩(wěn)壓器壓力、主泵轉(zhuǎn)速、一回路溫度、軸向功率偏差的質(zhì)量位與功率量程故障或試驗(yàn)），其中任一信號為0，則質(zhì)量位變“壞”。由于IIP 進(jìn)行主回路熱電阻試驗(yàn)，該試驗(yàn)需要解除現(xiàn)場熱電阻信號與DCS 機(jī)柜直接的連接，因而該試驗(yàn)導(dǎo)致了IIP 一回路溫度質(zhì)量位“壞”，同時(shí)也導(dǎo)致了B_Valid 失效變0。此時(shí)，啟動1#主泵過程中，主泵信號的異常波動導(dǎo)致發(fā)往RPN 參與功率校準(zhǔn)的主泵轉(zhuǎn)速信號RCP507MY_11x 超出了正常范圍（見圖2）。正常情況下，輸出為4mA ～20mA 對應(yīng)的DINT 為819 ～4095，而根據(jù)DCS AO 卡件的特性（見圖3），輸出至RPN 的最大電流為21.2mA，而RPN 的輸入卡件16EANA 接收電流范圍為3.8mA ～20.4mA。由于輸出至RPN 的電流大于可接收范圍，因而RPN 判斷該信號為“壞”點(diǎn)，發(fā)功率量程故障或試驗(yàn)信號。該信號同時(shí)導(dǎo)致了A_Valid，因?yàn)榇藭r(shí)A_Valid、B_Valid 同時(shí)失效，滿足超溫ΔT 和超功率ΔT 停堆邏輯，反應(yīng)堆停堆，而RPN 模擬量輸入卡件接收電流范圍與DCS 模擬量輸出卡件不匹配為該事件的根本原因。

2.2.3 處理方案

方案一：在DCS 中發(fā)RPN 的主泵轉(zhuǎn)速信號前加限幅模塊。

方案二：RPN 一側(cè)加入延時(shí)模塊，將主泵轉(zhuǎn)速波動引起的PR 故障或試驗(yàn)的短信號濾除。

方案三：將兩邊的接口統(tǒng)一為一致，更換硬件模塊（DCS 模擬量輸出和RPN 模擬量輸入）。

2.3 RPN與RGL模擬量輸入輸出接口不匹配

2.3.1 事件描述

某壓水堆核電站在調(diào)試階段進(jìn)行RPN 調(diào)試，在進(jìn)行周期試驗(yàn)測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)RPN 送RGL 的平均功率信號電流與期望值偏差較大，試驗(yàn)判斷結(jié)果為不合格。

圖1 超溫ΔT、超功率ΔT邏輯功能塊Fig.1 Over temperature ΔT super power and ΔT logic function block

圖2 發(fā)往RPN的主泵轉(zhuǎn)速異常信號及功率量程故障或試驗(yàn)信號Fig.2 Main pump speed abnormal signal and power range fault or test signal sent to RPN

2.3.2 原因分析

RPN 功率量程周期試驗(yàn)是通過MTE 對機(jī)柜發(fā)送各定值的電流值，來模擬各功率階段機(jī)柜的繼電器可以動作，并將信號送各個(gè)系統(tǒng)，檢測與各系統(tǒng)連接的回路正常。RPN功率量程定期試驗(yàn)結(jié)果不合格，查閱RPN 機(jī)柜內(nèi)部接線圖，發(fā)現(xiàn)該端子為RPN 送RGL 的平均功率信號。分析對比試驗(yàn)結(jié)果，RPN 送其他回路的信號值均為正常值，僅送RGL的信號不合格，故初步排除為試驗(yàn)設(shè)備問題的可能，試驗(yàn)失敗的原因大概率為RPN 送RGL 信號回路問題。RGL 端接收信號是Tricon 系統(tǒng)的AI 卡（模擬量輸入卡，見圖4），該卡系統(tǒng)自身給其供24V 的電壓。而RPN 系統(tǒng)周期試驗(yàn)送過來的平均功率信號，RPN 機(jī)柜自身供24V 電壓。兩者之間接口不匹配，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不合格。

2.3.3 處理方案

在RPN 系統(tǒng)送RGL 的回路中，增加隔離模塊，將一個(gè)回路兩個(gè)電源分成兩個(gè)回路，互不干擾。

圖3 AO卡件輸出特性Fig.3 AO Card output characteristics

圖4 AI卡輸入特性Fig.4 AI Card input characteristics

3 結(jié)束語

核儀表系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對機(jī)組的安全有著至關(guān)重要的作用。核儀表系統(tǒng)的定期試驗(yàn)和與反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的接口都直接關(guān)系到了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，本文通過對三起典型的核儀表系統(tǒng)事件進(jìn)行介紹、分析，指出了核儀表系統(tǒng)定期試驗(yàn)容易疏漏的操作以及核儀表系統(tǒng)與反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)接口的缺陷隱患，通過選擇合適的處理方案進(jìn)行處理，彌補(bǔ)了系統(tǒng)缺陷，給同類型核電機(jī)組提供了良好的經(jīng)驗(yàn)反饋。