王巖 李洪光 高云飛

福建福清核電有限公司 福建福清 350318

核電廠功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)（CCS）的主要功能是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆控制，反應(yīng)堆控制的目的是使一回路所產(chǎn)生的功率與二回路所吸收的功率相等，同時(shí)保證一、二回路的溫度、壓力等熱工參數(shù)及堆芯功率分布等參數(shù)能滿(mǎn)足各方面要求。

CCS系統(tǒng)主要包括反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和平均溫度控制系統(tǒng)，它與多個(gè)系統(tǒng)存在接口。它接收來(lái)自汽機(jī)控制系統(tǒng)（GRE）的信號(hào)、堆外核測(cè)系統(tǒng)（RPN）、主冷卻劑系統(tǒng)（RCP）等工藝系統(tǒng)的參數(shù)，進(jìn)行邏輯處理并輸出控制棒升、降和棒速信號(hào)。同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或硬接線(xiàn)向主控室傳輸相關(guān)報(bào)警、顯示監(jiān)測(cè)結(jié)果[1]。

CCS系統(tǒng)依托DCS Tricon平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，它是具有三重組合式冗余結(jié)構(gòu)的分散控制系統(tǒng)，通過(guò)識(shí)別其中引起非預(yù)期功率波動(dòng)或停機(jī)停堆事件潛在風(fēng)險(xiǎn)的單一設(shè)備、部件，并提出優(yōu)化措施，以提高系統(tǒng)和設(shè)備可靠性。

1 CCS系統(tǒng)可靠性分析

依據(jù)CCS系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)。主要對(duì)控制邏輯輸入采集失效對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響進(jìn)行分析。對(duì)于其中用于報(bào)警監(jiān)測(cè)及輸出部分（故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作）不進(jìn)行分析排查。具體如下。

1.1 反應(yīng)堆冷卻劑溫度測(cè)量回路

（1）功能實(shí)現(xiàn)。CCS系統(tǒng)采集RCP系統(tǒng)的三個(gè)環(huán)路的冷、熱段溫度信號(hào)，并完成R棒控制及一回路過(guò)冷邏輯運(yùn)算。在Tricon軟件中，環(huán)路溫度最大值和最小值由模擬量表決模塊（AI_VOTER）實(shí)現(xiàn)，該模塊可以實(shí)現(xiàn)故障通道切除和全失效輸出缺省值的設(shè)計(jì)。

（2）故障模式分析及緩解措施。環(huán)路溫度信號(hào)由同一塊模擬量輸入卡件采集，如卡件故障，可能導(dǎo)致所有的信號(hào)失效。質(zhì)量位邏輯保證通道故障并被切除的情況下不會(huì)導(dǎo)致環(huán)路平均溫度最大值或最小值波動(dòng)。但該設(shè)計(jì)無(wú)法預(yù)防通道精度漂移的情況。另外系統(tǒng)中未設(shè)計(jì)質(zhì)量位報(bào)警或環(huán)路切除報(bào)警，因此無(wú)法直接從主控獲取信號(hào)存在故障或環(huán)路已被切除的信息。建議增加質(zhì)量位報(bào)警及通道元器件定期檢查的預(yù)防性維修項(xiàng)目。

1.2 最終功率整定值的生成

（1）功能實(shí)現(xiàn)。最終功率整定值用于汽機(jī)旁路系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)負(fù)荷增加時(shí)的快速跟蹤。其輸入包括模擬信號(hào)汽機(jī)進(jìn)氣壓力、旁排系統(tǒng)設(shè)定壓力及汽機(jī)遮斷信號(hào)、超高壓斷路器打開(kāi)等開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

（2）故障模式分析及緩解措施。最終功率整定值的生成對(duì)機(jī)組出現(xiàn)非預(yù)期的瞬態(tài)下或低功率水平下的控制至關(guān)重要。對(duì)其控制邏輯輸入采集信號(hào)故障分析如下：①汽機(jī)進(jìn)氣壓力模擬量輸入信號(hào)：Tricon系統(tǒng)中設(shè)置選擇器（VT模塊），采用質(zhì)量位設(shè)計(jì)及全部輸入無(wú)效時(shí)輸出缺省值，因此不存在信號(hào)失效導(dǎo)致汽機(jī)負(fù)荷波動(dòng)的問(wèn)題[2]。②P模式下旁排系統(tǒng)設(shè)定壓力輸入信號(hào)由操縱員設(shè)定，其輸入模塊在軟件中設(shè)置限值（0-10bar）。如果信號(hào)通道斷路或卡件故障，輸入壓力值被置為0或10Mpa，對(duì)應(yīng)的功率值被置成35%FP或0。如果R棒或G棒處于自動(dòng)模式，最終功率整定值的波動(dòng)會(huì)造成棒束非預(yù)期的動(dòng)作。因此旁排系統(tǒng)設(shè)定壓力出現(xiàn)通道或卡件故障，可能導(dǎo)致最終功率整定值變化，從而影響R棒和G棒的控制邏輯。但由于機(jī)組正常上下行過(guò)程P模式下R棒及G棒均處于手動(dòng)狀態(tài)，因此無(wú)影響。另外對(duì)于一回路過(guò)冷信號(hào)（C22），15%FP功率以下C22信號(hào)被手動(dòng)閉鎖，因此無(wú)影響。在15%FP-25%FP（25%FP后R棒，G棒投自動(dòng)），P模式下旁排系統(tǒng)設(shè)定壓力出現(xiàn)通道或卡件故障導(dǎo)致最終功率整定值變化及參考溫度變化，但通過(guò)仿真器模擬設(shè)定壓力變化對(duì)參考溫度的影響，發(fā)現(xiàn)在上述假設(shè)條件下，影響很小，可以忽略。③旁排閥未全關(guān)信號(hào)在旁排閥未全關(guān)時(shí)為1，如果此時(shí)出現(xiàn)了通道或卡件故障，最終功率整定值則切至0或由汽機(jī)負(fù)荷和30%FP的低選數(shù)值，在控制棒打手動(dòng)期間對(duì)控制無(wú)影響。

因此，上述分析得出了最終功率整定值輸入信號(hào)故障對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。建議增加GCT設(shè)定壓力質(zhì)量位報(bào)警用于提醒操縱員通道狀態(tài)。模擬輸入通道的電子元器件也需要進(jìn)行定期檢查。

1.3 平均溫度控制系統(tǒng)

（1）功能實(shí)現(xiàn)。平均溫度控制系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量計(jì)算一回路平均溫度用于驅(qū)動(dòng)R棒組，改變反應(yīng)堆的反應(yīng)性，從而維持一、二回路功率的匹配。它的上游輸入包括：①功率量程中子注量率最大值計(jì)算；②平均溫度最大值信號(hào)和最終功率整定值信號(hào)，該部分已分析過(guò)，不再進(jìn)行分析。

（2）故障模式分析及緩解措施。功率量程中子注量率輸入信號(hào)由同一塊輸入卡件采集，會(huì)同時(shí)采集通道試驗(yàn)故障信號(hào)；如出現(xiàn)質(zhì)量位壞或故障試驗(yàn)信號(hào)，則該通道切除，如果所有通道質(zhì)量位壞，則輸出上次的好值。因此對(duì)功率修正值計(jì)算無(wú)影響。但建議增加模擬量輸入通道質(zhì)量位信號(hào)及RPN功率量程故障試驗(yàn)報(bào)警。用于提示操縱員通道狀態(tài)[3]。

1.4 反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)

（1）功能實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)的基本原理是根據(jù)二回路功率需求控制功率補(bǔ)償棒的棒位。它的最終目標(biāo)是使功率補(bǔ)償棒的位置與功率需求對(duì)應(yīng)。

（2）故障模式分析及緩解措施。參與G棒控制的信號(hào)都有冗余通道設(shè)置，并且冗余信號(hào)未設(shè)置在同一塊卡件當(dāng)中，因此不存在單點(diǎn)故障導(dǎo)致的信號(hào)失效。同時(shí)有質(zhì)量位設(shè)計(jì)及全輸入故障輸出缺省值的設(shè)計(jì)。因此不存在單點(diǎn)失效產(chǎn)生后果的設(shè)備。設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求。

2 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了核電廠反應(yīng)堆控制系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)；并結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)控制邏輯上下游信號(hào)失效影響進(jìn)行了分析。同時(shí)結(jié)合分析提出了優(yōu)化建議，旨在提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。另外對(duì)于CCS系統(tǒng)控制邏輯及上下游信號(hào)的全面梳理分析，也對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)工作提供了參考。