苑景凱，邱　波，王友森，張偉強(qiáng)

秦山二期REA系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)給跳閘問題原因分析與解決

苑景凱，邱波，王友森，張偉強(qiáng)

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

秦山二期1號(hào)機(jī)組自2018年9月以來，反應(yīng)堆硼和水補(bǔ)給系統(tǒng)（REA）存在自動(dòng)補(bǔ)給因硼酸流量不一致延時(shí)30s跳閘的故障。自動(dòng)補(bǔ)給故障不能運(yùn)行將導(dǎo)致容積控制箱液位低時(shí)無法得到自動(dòng)補(bǔ)給進(jìn)而影響反應(yīng)堆一回路水裝量。文章通過故障樹分析法結(jié)合REA系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行控制原理及電磁流量計(jì)的原理，通過現(xiàn)場(chǎng)一系列數(shù)據(jù)分析、試驗(yàn)，最終確定導(dǎo)致REA系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)給因硼酸流量不一致跳閘的根本原因是氣動(dòng)蝶閥1REA015VD開啟時(shí)間設(shè)置不合理導(dǎo)致硼酸回路被搶流。通過適當(dāng)調(diào)節(jié)延長(zhǎng)1REA015VD開啟時(shí)間有效解決了該疑難問題，確保了核電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，值得在同類電站相似問題中進(jìn)行推廣。

REA系統(tǒng)；自動(dòng)補(bǔ)給；跳閘；解決

1　概述

1.1　REA系統(tǒng)功能介紹

核電廠反應(yīng)堆硼和水補(bǔ)給系統(tǒng)（REA）如圖1所示，主要功能是制備、貯存和供應(yīng)反應(yīng)性控制、容積控制和化學(xué)控制所需要的各種流體，為化學(xué)和容積控制系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)起輔助作用，具體如下所示：

（1）容積控制：REA系統(tǒng)為化學(xué)和容積

控制系統(tǒng)（RCV）提供所需的除氧除鹽的含硼水，以補(bǔ)償反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的泄漏或補(bǔ)償瞬態(tài)冷卻引起的反應(yīng)堆冷卻劑的收縮。

圖1　REA系統(tǒng)功能圖示

注：9REA005BA是硼酸配料箱，用于配置各種硼濃度硼酸的容器；RIS021BA是安全注射系統(tǒng)（RIS系統(tǒng)）用的濃硼酸波動(dòng)箱；PTR001BA是反應(yīng)堆換料水箱，裝有約2 200 ppm硼濃度的硼酸溶液；RCVOO2BA是RCV系統(tǒng)容積控制箱，裝有與反應(yīng)堆一回路相同硼濃度的硼酸溶液。

（2）化學(xué)控制：REA為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）制備和注入聯(lián)氨（N2H4）、氫氧化鋰等化學(xué)藥劑，以便調(diào)節(jié)反應(yīng)堆冷卻劑的含氧量和pH。

（3）反應(yīng)性控制：為改變RCP系統(tǒng)含硼水濃度，REA系統(tǒng)可提供硼酸溶液或除氧除鹽水，從而調(diào)節(jié)反應(yīng)堆冷卻劑的硼濃度、控制反應(yīng)性的慢變化。同時(shí)，REA系統(tǒng)還有多項(xiàng)輔助功能。

1.2　REA系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)給方式運(yùn)行原理

REA系統(tǒng)運(yùn)行包含了五種補(bǔ)給操作方式：慢稀釋、快稀釋、硼化、自動(dòng)補(bǔ)給和手動(dòng)補(bǔ)給。其中自動(dòng)補(bǔ)給方式如圖2所示。

圖2　自動(dòng)補(bǔ)給示意圖

操縱員根據(jù)當(dāng)時(shí)反應(yīng)堆一回路硼酸濃度和REA系統(tǒng)濃硼酸貯存箱（REA004BA）的硼濃度，計(jì)算出需要注入的硼酸流量，以便得到與一回路濃度相等的補(bǔ)給濃度，當(dāng)RCV002BA液位計(jì)RCV012MN測(cè)得的容控箱位

低到量程的23%時(shí)，下列動(dòng)作自動(dòng)而且同時(shí)地進(jìn)行：（1）啟動(dòng)一臺(tái)除鹽水泵（REA001或002PO）；（2）啟動(dòng)一臺(tái)硼酸輸送泵（REA003或004PO）；（3）打開REA015VD、018VB和RCV154VP；（4）發(fā)出允許打開REA065VB的指令，其調(diào)節(jié)器比較流量整定值和059MD測(cè)得的實(shí)際流量值，調(diào)節(jié)其開度；（5）REA015VD達(dá)到全開位置后，發(fā)出允許打開REA016VD指令，其調(diào)節(jié)器比較流量整定值和010MD測(cè)得的實(shí)際流量值，調(diào)節(jié)其開度。

當(dāng)RCV012MN測(cè)得的容控箱RCV002BA水位高到量程的35.5%時(shí)，水泵和硼泵都自動(dòng)停運(yùn)。自動(dòng)補(bǔ)給方式詳細(xì)的流程如圖3所示。

圖3　自動(dòng)補(bǔ)給詳細(xì)流程

2　故障現(xiàn)象

2.1　故障描述

2018年某日，主控執(zhí)行反應(yīng)堆一回路除鋰操作，由于陽床1RCV003DE屬于新更換樹脂，因此需對(duì)其沖洗20 min，沖洗期間RCV系統(tǒng)要求自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)，出現(xiàn)硼酸流量不一致（硼酸流量實(shí)測(cè)值低于設(shè)定值）并延時(shí)30 s，觸發(fā)報(bào)警1REA500AA并跳閘現(xiàn)象。跳閘時(shí)一回路硼濃度大于500 ppm，自動(dòng)補(bǔ)給需求的水流量設(shè)定值為20 m3/h，自動(dòng)補(bǔ)給需求的硼酸流量設(shè)定值為3.6 m3/h。

主控操作改變自動(dòng)補(bǔ)給方式至手動(dòng)補(bǔ)給方式，依然出現(xiàn)硼酸流量不一致并延時(shí)30 s報(bào)警而跳閘。

主控嘗試適當(dāng)降低除鹽水流量設(shè)定值至10 m3/h，此狀態(tài)下不會(huì)觸發(fā)硼酸流量不一致報(bào)警。

2.2　故障趨勢(shì)圖

如圖4所示，自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)后25s自動(dòng)跳閘。硼酸流量059MD達(dá)到最大值4.2 m3/h（硼酸流量設(shè)定值為：6.3 m3/h）比水流量010MD達(dá)到最大值21 m3/h晚約13 s。

2.3　自動(dòng)補(bǔ)給硼酸流量不一致跳閘定值

硼酸流量不一致1REA500AA報(bào)警及跳閘定值：059MD流量值與流量設(shè)定值差異大于0.3m3/h。

自動(dòng)補(bǔ)給故障不能運(yùn)行將導(dǎo)致容積控制箱液位低時(shí)無法得到自動(dòng)補(bǔ)給進(jìn)而影響反應(yīng)堆一回路水裝量，由于缺陷的嚴(yán)重性，該缺陷被列入秦山二期機(jī)組運(yùn)行十大缺陷管理。

圖4　自動(dòng)補(bǔ)給跳閘趨勢(shì)圖

3 故障原因分析

故障頂事件：REA系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)給因硼酸流量不一致并延時(shí)30 s觸發(fā)報(bào)警并跳閘。

針對(duì)本缺陷，從系統(tǒng)工藝、儀表控制、設(shè)備本體方面進(jìn)行全面梳理，同時(shí)結(jié)合REA系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布置，對(duì)REA系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)給由于硼酸流量不一致延時(shí)30 s跳閘的缺陷初步原因進(jìn)行了分析，如圖5故障樹所示。

圖5　自動(dòng)補(bǔ)給跳閘故障樹

按照上述故障樹分析，對(duì)所有故障點(diǎn)進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際確認(rèn)、試驗(yàn)、排查等工作。結(jié)果整理，如表1所示。

表1 自動(dòng)補(bǔ)給跳閘原因排查

通過對(duì)可能故障原因的排除法，將導(dǎo)致REA系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)給因硼酸流量不一致并延時(shí)30 s觸發(fā)報(bào)警并跳閘的原因鎖定在：（1）自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)后硼酸回路被搶流量；（2）REA硼酸流量計(jì)059 MD現(xiàn)場(chǎng)安裝不符合規(guī)范。

4 故障原因確認(rèn)

4.1　REA硼酸流量計(jì)059 MD現(xiàn)場(chǎng)安裝不符合規(guī)范

1REA059MD為電磁流量計(jì)，測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電流體通過磁場(chǎng)作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)及流速的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)正比于平均流速，由兩個(gè)與介質(zhì)接觸的電極檢測(cè)，傳送至轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)。如圖6所示。

規(guī)范要求電磁流量計(jì)MD上游直管段長(zhǎng)度不小于5D，下游側(cè)不小于2D。D為傳感器的名義直徑，以消除流動(dòng)中的漩渦，改善流速場(chǎng)的分布，提高儀表的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。1REA059MD現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖7所示，其上下游直管段安裝與規(guī)范相反。但根據(jù)實(shí)際情況（見圖4），059MD的讀數(shù)穩(wěn)定、測(cè)量精度亦滿足讀取要求，判斷該缺陷并非自動(dòng)補(bǔ)給跳閘的主要原因。

圖6　電磁流量計(jì)測(cè)量原理

圖7　1REA059MD現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

4.2　自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)后硼酸回路被搶流量

現(xiàn)場(chǎng)管線的流程布置如圖8所示。根據(jù)上圖4的試驗(yàn)情況，在硼酸回路壓力與除鹽水回路壓力相近的情況下，水回路先建立流量且流量較大，而硼酸回路后建立流量且要求的流量較小情況下，導(dǎo)致硼酸流量達(dá)不到要求值而延時(shí)30s跳閘。初步判斷除鹽水回路氣動(dòng)隔離閥1REA015VD開啟過快。

圖8　現(xiàn)場(chǎng)管線流程布置

為進(jìn)一步證明硼酸回路流量的建立被除鹽水回路流量所干擾，氣動(dòng)隔離閥1REA015VD開啟過快，對(duì)初期試驗(yàn)數(shù)據(jù)仔細(xì)分析，對(duì)自動(dòng)補(bǔ)給運(yùn)行啟動(dòng)邏輯及氣動(dòng)閥門設(shè)備的可調(diào)節(jié)性研究后，制定了試驗(yàn)方案：測(cè)試并記錄1REA015VD實(shí)際開啟時(shí)間，并調(diào)節(jié)延長(zhǎng)氣動(dòng)隔離閥1REA015VD的開啟時(shí)間以達(dá)到延后建立除鹽水流量，而使硼酸流量先建立并穩(wěn)定。試驗(yàn)分兩次執(zhí)行，以使試驗(yàn)結(jié)果可囊括反應(yīng)堆整個(gè)燃料循環(huán)期間對(duì)REA自動(dòng)補(bǔ)給硼酸流量的需求。

1REA015VD延長(zhǎng)開啟時(shí)間的選?。海?）運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書、安全相關(guān)系統(tǒng)定期試驗(yàn)要求均未對(duì)1REA015VD的開啟時(shí)間有規(guī)定和限制；（2）1REA015VD閥門維修后試驗(yàn)規(guī)程要求開關(guān)時(shí)間≤（16±1）s?；谏鲜龇治觯囼?yàn)方案選取1REA015VD開啟時(shí)間15 s進(jìn)行試驗(yàn)，允許的誤差為±1 s。

第一次試驗(yàn)主要執(zhí)行步驟及執(zhí)行結(jié)果：

測(cè)試并記錄1REA015VD閥門的開啟時(shí)間；實(shí)際測(cè)試1REA015VD開啟時(shí)間為1 s。

①氣動(dòng)閥1REA015VD屬于失氣關(guān)型，調(diào)節(jié)關(guān)小閥門的進(jìn)氣速率調(diào)節(jié)閥延長(zhǎng)其開啟時(shí)間至15 s。

根據(jù)一回路當(dāng)前的硼濃度值1 178 ppm計(jì)算自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)所需要的硼酸流量為3.9 m3/h，除鹽水流量為20 m3/h。

模擬容控箱1RCV002BA低液位自動(dòng)補(bǔ)給信號(hào)啟動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)給。

②驗(yàn)證自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)后的運(yùn)行情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示，未發(fā)生因硼酸流量低而不一致延時(shí)30 s跳閘的故障。

③恢復(fù)系統(tǒng)至試驗(yàn)前的狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)論：1REA015VD開啟時(shí)間調(diào)整至15 s后，硼酸流量計(jì)059MD先于除鹽水010MD有流量顯示，且先達(dá)到最大流量值（試驗(yàn)現(xiàn)象與故障時(shí)的流量現(xiàn)象圖4相反），后自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定。未發(fā)生因硼酸流量不一致延時(shí)30 s而跳閘故障。解決了在2018年，1REA自動(dòng)補(bǔ)給在硼酸流量需求為3.6 m3/h時(shí)即產(chǎn)生硼酸流量不一致延時(shí)30 s觸發(fā)跳閘的缺陷。第一次試驗(yàn)確認(rèn)了硼酸流量需求為3.6 m3/h及以下狀態(tài)，1REA自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)不會(huì)因硼酸流量不一致而跳閘。

圖9　試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)

反應(yīng)堆換料后啟動(dòng)初期硼濃度1 860 ppm，此時(shí)自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)所需的硼酸流量為6.7 m3/h。第二次試驗(yàn)驗(yàn)證硼酸流量需求最大為6.7 m3/h時(shí)自動(dòng)補(bǔ)給是否會(huì)跳閘。為減少向反應(yīng)堆一回路實(shí)施高硼酸流量自動(dòng)補(bǔ)給試驗(yàn)帶來硼化而引起功率波動(dòng)影響，重新編制了與自動(dòng)補(bǔ)給等效的驗(yàn)證方案：向1PTR001BA換料水箱實(shí)施手動(dòng)補(bǔ)給。試驗(yàn)方案風(fēng)險(xiǎn)分析如表2所示。

表2 風(fēng)險(xiǎn)分析數(shù)據(jù)

續(xù)表

運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書對(duì)PTR001BA硼濃度要求2 300～2 500 ppm 風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)論：1. 試驗(yàn)對(duì)PTR001BA的硼濃度安全無影響；2. 試驗(yàn)對(duì)PTR001BA液位影響甚小

第二次試驗(yàn)執(zhí)行步驟及執(zhí)行結(jié)果：

（1）調(diào)節(jié)關(guān)小氣動(dòng)隔離閥1REA015VD的進(jìn)氣速率調(diào)節(jié)閥延長(zhǎng)其開啟時(shí)間至15 s。

（2）選取反應(yīng)堆壽期初硼濃度值1 860 ppm，計(jì)算自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)所需要的硼酸流量為6.7 m3/h，除鹽水流量為20 m3/h。

（3）按照狀態(tài)在線流程圖，將現(xiàn)場(chǎng)閥門、管線在線至換料水箱1PTR001BA。

（4）主控室啟動(dòng)向換料水箱1PTR001BA的手動(dòng)補(bǔ)給。

（5）驗(yàn)證手動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)后的運(yùn)行情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示，未發(fā)生因硼酸流量低而不一致延時(shí)30 s跳閘的故障。

（6）恢復(fù)系統(tǒng)至試驗(yàn)前的狀態(tài)。

試驗(yàn)結(jié)論：1REA015VD開啟時(shí)間調(diào)整至15 s后，硼酸流量需求為6.7 m3/h及以下狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生因硼酸流量低而發(fā)生不一致延時(shí)30 s跳閘故障。解決了反應(yīng)堆壽期初高硼酸流量需求狀態(tài)下自動(dòng)補(bǔ)給跳閘問題。

圖10　試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)

通過上述兩次試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)了自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)后高流量的除鹽水回路會(huì)影響低流量硼酸回路流量的建立與穩(wěn)定。通過調(diào)節(jié)延長(zhǎng)1REA015VD開啟時(shí)間能夠有效抑制除鹽水回路對(duì)硼酸回路流量的影響，解決自動(dòng)補(bǔ)給因硼酸流量低而不一致延時(shí)30 s跳閘的故障?，F(xiàn)場(chǎng)1REA015VD開啟時(shí)間已經(jīng)調(diào)整，通過實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，REA系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)給啟動(dòng)正常。

5 結(jié)束語

2018年至2020年，通過近一年半的分析、查找、試驗(yàn)，最終鎖定導(dǎo)致自動(dòng)補(bǔ)給因硼酸流量低而不一致延時(shí)30 s跳閘故障根本原因?yàn)槌}水回路對(duì)硼酸回路流量影響導(dǎo)致硼酸回路被搶流，用最簡(jiǎn)便的方法：通過調(diào)節(jié)延長(zhǎng)1REA015VD的開啟時(shí)間，成功解決了秦山第二核電廠十大缺陷（1REA自動(dòng)補(bǔ)給時(shí)因硼酸流量不一致跳閘）。同時(shí)，通過本次故障點(diǎn)的全面梳理和排查，發(fā)現(xiàn)了如REA硼酸流量計(jì)059 MD現(xiàn)場(chǎng)安裝不符合規(guī)范等隱蔽問題，值得在同類電站相似問題中進(jìn)行推廣。

［1］ 張濤，薛長(zhǎng)江，秦山第二核電廠反應(yīng)堆硼和水補(bǔ)給系統(tǒng)手冊(cè)［R］．2005．

［2］ 王池，王自和，流量測(cè)量技術(shù)全書［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2012

［3］ 王貞濤，流體力學(xué)與流體機(jī)械［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2015

［4］ 蔡武昌，馬中元，瞿過芳，等．電磁流量計(jì)［M］．北京：中國(guó)石化出版社．2004。

Cause Analysis and Solution of Automatic Supply Trip of REA System in Qinshan PhaseⅡ

YUAN Jingkai，QIU Bo，WANG Yousen，ZHANG Weiqiang

（CNNP Nuclear Power Operation Management Co.Ltd，Haiyan of Zhejiang Prov.314300，China）

Since September 2018，No.1 unit of Qinshan Phase II has been in the fault of automatic replenishment of REA system，which is triggered by 30 s delay due to inconsistent boric acid flow.As a result，when the level of volume control tank is low，automatic replenishment cannot be obtained，which affects the water load of primary circuit of the reactor.Through the fault tree analysis method，combined with the operation control principle of REA system equipment and the principle of electromagnetic flowmeter，as well as a series of data query，analysis and field test on site，the paper finally determines the root cause of automatic replenishment of REA system due to inconsistent trip of boric acid flow.The opening time setting of 1rea015vd pneumatic butterfly valve in water circuit is unreasonable，which results in the robbed flow of boric acid circuit.By properly adjusting and prolonging the opening time of 1rea015vd，the difficult problem is effectively solved，and the safe and stable operation of nuclear power units is ensured.It is worth popularizing in the similar problems of similar power plants.

REA system；Automatic supply；Tripping operation；Resolvent

TL48

A

0258-0918（2021）03-0544-08

2020-06-04

苑景凱（1983—），男，河北石家莊人，學(xué)士，核電廠高級(jí)操縱員，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事系統(tǒng)設(shè)備可靠性管理方面研究