張建兵，張建平，祝偉健，唐 龍，胡燕軍

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)對(duì)事故工況的保護(hù)手段主要是緊急停堆。當(dāng)緊急停堆保護(hù)發(fā)生故障時(shí)，雖然運(yùn)行參數(shù)已達(dá)到緊急停堆保護(hù)閾值，但沒(méi)產(chǎn)生緊急停堆保護(hù)信號(hào)；或者雖然產(chǎn)生了緊急停堆信號(hào)，但緊急停堆斷路器未斷開(kāi)，這些未能緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)就稱為ATWT[1]。ATWT系統(tǒng)（預(yù)期瞬態(tài)不停堆系統(tǒng)）是反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)在反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)失效的情況下使反應(yīng)堆快速停堆，保障反應(yīng)堆的安全。ATWT信號(hào)觸發(fā)后，除可直接觸發(fā)緊急停堆外，還可導(dǎo)致輔助給水系統(tǒng)啟動(dòng)、汽輪機(jī)脫扣、蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)（APG）隔離，以及閉鎖汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)（GCT）第3組排放閥開(kāi)啟[2]。文獻(xiàn)[3]中介紹了一起由于中間量程儀表機(jī)柜故障導(dǎo)致觸發(fā)ATWT信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)堆緊急停堆、ASG汽動(dòng)泵啟動(dòng)的非停事件。文獻(xiàn)[4]從燃耗的角度分析了核電機(jī)組壽期末由于燃料組件發(fā)生變形，導(dǎo)致控制組件不能完全插入堆芯，從而使得ATWT信號(hào)觸發(fā)的概率大大增加的情形。

由于ATWT保護(hù)功能在正常運(yùn)行期間處于未觸發(fā)狀態(tài)，為確保緊急狀態(tài)下ATWT設(shè)備的可用性，核電站設(shè)置了預(yù)防性周期試驗(yàn)，定期檢測(cè)該系統(tǒng)功能的狀態(tài)。ATWT T3試驗(yàn)主要為驗(yàn)證ATWT信號(hào)到對(duì)應(yīng)閥門(mén)設(shè)備接口部分的可用性，試驗(yàn)誤動(dòng)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)較大，試驗(yàn)時(shí)主要通過(guò)閉鎖正常保護(hù)邏輯信號(hào)來(lái)確保試驗(yàn)期間不會(huì)誤動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備[5]。文獻(xiàn)[6]和[7]分別從T3試驗(yàn)的原理以及執(zhí)行過(guò)程中遇到的問(wèn)題對(duì)ATWT定期試驗(yàn)的執(zhí)行流程及步驟進(jìn)行優(yōu)化，在一定程度上降低了試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。

ATWT系統(tǒng)采用不同于反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)所使用的CMOS邏輯線路，它的邏輯處理和輸出線路由繼電器組成，并與反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)在電氣上以及實(shí)體上進(jìn)行隔離。ATWT系統(tǒng)的儀表部分（KRG機(jī)柜）由LNE供電，邏輯處理和輸出部分（ATWT機(jī)柜）由LCC供電。KRG機(jī)柜內(nèi)ATWT小機(jī)箱+/-15VDC工作電源或48VDC信號(hào)電源故障情況下，將觸發(fā)參與ATWT保護(hù)的SG1、SG2主給水流量低信號(hào)。為了避免兩臺(tái)蒸發(fā)器主給水流量低信號(hào)誤觸發(fā)導(dǎo)致ATWT動(dòng)作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電源故障閉鎖ATWT輸出的功能。驗(yàn)證電源故障情況下閉鎖ATWT輸出功能的有效性，對(duì)確保ATWT系統(tǒng)的功能穩(wěn)定性具有十分重要的意義。

1 ATWT原理

1.1 ATWT動(dòng)作原理

ATWT系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的過(guò)程參數(shù)是SG給水流量和中間量程中子注量率。當(dāng)中間量程的核功率（2/2）大于30%FP時(shí)，若每臺(tái)SG的主給水流量（2/3）均低于6%NF（117t/h），則ATWT動(dòng)作，啟動(dòng)輔助給水，引起汽機(jī)剎車和緊急停堆等邏輯動(dòng)作[8]。其中，主給水流量信號(hào)處理以及主給水流量低閾值信號(hào)觸發(fā)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)ATWT小機(jī)箱（位于保護(hù)模擬組ⅣP的KRG043AR機(jī)柜，因其占用兩個(gè)機(jī)箱位置，故稱之為ATWT小機(jī)箱）實(shí)現(xiàn)的。

1.2 ATWT輸出閉鎖原理

ATWT小機(jī)箱220VAC交流電由LNE提供，通過(guò)整流濾波后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的+/-15VDC作為小機(jī)箱卡件的工作電源，保護(hù)邏輯信號(hào)配電則由LCC提供48VDC電源。ATWT小機(jī)箱保險(xiǎn)絲熔斷，失去LNE電源以及保護(hù)邏輯48VDC配電失去的工況下，將導(dǎo)致ATWT誤動(dòng)作[9]，為防止ATWT小機(jī)箱在上述工況下導(dǎo)致ATWT誤動(dòng)作，增加了小機(jī)箱電源故障的ATWT動(dòng)作閉鎖回路，如圖1。

圖1 ATWT小機(jī)箱電源故障閉鎖信號(hào)圖Fig.1 ATWT Small cabinet power supply fault block signal diagram

圖1中繼電器XR33/34為閉鎖繼電器，日常期間帶電，對(duì)應(yīng)接入輸出回路里的兩副常閉觸點(diǎn)（觸點(diǎn)6-10）；繼電器XR31/32為ATWT信號(hào)符合邏輯繼電器，日常期間帶電，對(duì)應(yīng)接入輸出回路里的兩副常開(kāi)觸點(diǎn)（觸點(diǎn)1-9）。日常滿功率運(yùn)行期間，主給水流量低邏輯未觸發(fā)，繼電器XR31/32帶電，其對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)斷開(kāi)，輸出繼電器回路未得電導(dǎo)通，此時(shí)ATWT不會(huì)動(dòng)作。若SG主給水流量低信號(hào)疊加RPN中間量程大于30%FP信號(hào)邏輯“與”滿足時(shí)，繼電器XR31/32失電，此時(shí)輸出繼電器與724UD（48VDC電源）相連導(dǎo)通，輸出繼電器帶電激勵(lì)動(dòng)作。為了防止小機(jī)箱失電時(shí)ATWT誤動(dòng)作，在輸出繼電器回路增加了閉鎖繼電器XR33/34各一副觸點(diǎn)，當(dāng)小機(jī)箱電源失電故障時(shí)，閉鎖繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，輸出繼電器無(wú)法帶電，ATWT動(dòng)作信號(hào)被閉鎖。當(dāng)小機(jī)箱工作電壓失去時(shí)，或保護(hù)邏輯48VDC配電失去時(shí)，閉鎖繼電器XR33/34丟失電源，輸出回路中的兩副閉鎖繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，ATWT動(dòng)作信號(hào)將無(wú)法送出。

1.3 3/4號(hào)機(jī)電源故障閉鎖回路與1/2號(hào)機(jī)的差異

電源故障閉鎖回路秦二廠1/2號(hào)機(jī)組與3/4號(hào)機(jī)組存在差異，其中1/2號(hào)機(jī)組取消了LNE母線失電故障時(shí)對(duì)小機(jī)箱電源的閉鎖，即當(dāng)LNE母線失電時(shí)，由于ATWT小機(jī)箱上游電源來(lái)自LNE，此時(shí)小機(jī)箱也必將丟失電源。另LNE失電工況下，由于參與主給水調(diào)節(jié)閥的控制信號(hào)位于KRG控制柜，其上游電源也來(lái)自LNE，其必將因LNE失電導(dǎo)致主給水流量調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉，使其產(chǎn)生真實(shí)的ATWT信號(hào)，若此時(shí)閉鎖ATWT動(dòng)作信號(hào)，則將導(dǎo)致ATWT系統(tǒng)拒動(dòng)。因此，1/2號(hào)機(jī)組在電源故障判斷回路增加了LNE母線失電的旁通回路，最終實(shí)現(xiàn)LNE母線失電時(shí)，不閉鎖ATWT動(dòng)作信號(hào)[10]，如圖2。而3/4號(hào)機(jī)組由于KRG控制柜采用了雙電源（LNE和LNQ）供電結(jié)構(gòu)，僅LNE母線失電，不會(huì)導(dǎo)致主給水流量控制閥關(guān)閉，因此并未增加LNE母線失電的判斷回路。

圖2 秦二廠1/2號(hào)機(jī)組ATWT電源故障閉鎖回路Fig.2 ATWT Power supply fault blocking loop of unit 1/2 in Qinshan second plant

2 ATWT小機(jī)箱失電影響測(cè)試

2.1 測(cè)試方案

模擬中間量程中子注量率置觸發(fā)狀態(tài)，SG給水流量低置未觸發(fā)狀態(tài)。閉鎖ATWT驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)，然后對(duì)ATWT機(jī)柜進(jìn)行上電。連接記錄儀，記錄信號(hào)1（ATWT閉鎖信號(hào)）、信號(hào)2（ATWT動(dòng)作信號(hào)）和信號(hào)3（ATWT邏輯符合信號(hào)），模擬ATWT小機(jī)箱失電時(shí)，比較信號(hào)1、信號(hào)2和信號(hào)3的響應(yīng)時(shí)間先后。測(cè)試完成后，取消模擬的信號(hào)。

2.2 測(cè)試方案實(shí)施

1）模擬中間量程中子注量率置觸發(fā)狀態(tài)。

2）模擬SG給水流量低置未觸發(fā)狀態(tài)。

3）對(duì)ATWT機(jī)柜進(jìn)行上電。

4）記錄儀信號(hào)回路的連接。

①信號(hào)1通道：1通道借用閉鎖繼電器XR33/34的兩副常開(kāi)觸點(diǎn)（XR33的2-10，XR34的3-11）實(shí)現(xiàn)對(duì)閉鎖信號(hào)的監(jiān)測(cè)，測(cè)試時(shí)用記錄儀監(jiān)測(cè)兩端子間的電壓U1，如圖3。

圖3 記錄儀信號(hào)1和3通道的連接圖示Fig.3 Connection diagram of channels 1 and 3 of recorder signal

②信號(hào)2通道：2通道借用輸出繼電器XR43的一副常開(kāi)觸點(diǎn)（2-10）實(shí)現(xiàn)對(duì)ATWT動(dòng)作信號(hào)的監(jiān)測(cè)，測(cè)試時(shí)接入48V電源，用記錄儀監(jiān)測(cè)兩端子間電壓U2，如圖4。

圖4 記錄儀信號(hào)2通道的連接圖示Fig.4 Connection diagram of channel 2 of recorder signal

③信號(hào)3通道：3通道借用繼電器XR31/32的兩副常閉觸點(diǎn)（XR31的2-10，XR32的2-10）實(shí)現(xiàn)對(duì)ATWT信號(hào)符合邏輯的監(jiān)測(cè)，測(cè)試時(shí)用記錄儀監(jiān)測(cè)兩端子間的電壓U3，如圖3。

2.3 測(cè)試數(shù)據(jù)及分析

1）模擬小機(jī)箱工作電源故障

①模擬SG1、SG2兩列ATWT小機(jī)箱工作電源故障，結(jié)果如圖5。

圖5 SG1、SG2兩列ATWT小機(jī)箱工作電源故障時(shí)信號(hào)輸出Fig.5 SG1、SG2 two ATWT small cabinets working power failure signal output

②先后恢復(fù)SG1、SG2兩列ATWT小機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)（間隔時(shí)間小于MICRO卡恢復(fù)正常工作所需的時(shí)間7s），結(jié)果如圖6。

圖6 SG1、SG2兩列ATWT小機(jī)箱工作電源上電時(shí)信號(hào)輸出Fig.6 SG1, SG2 two ATWT small cabinets power supply power the signal output

③先后恢復(fù)SG1、SG2兩列ATWT小機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)（注意上電間隔時(shí)間為11s，大于MICRO卡恢復(fù)正常工作所需的時(shí)間7s），恢復(fù)ATWT小機(jī)箱工作電源，結(jié)果如圖7。

圖7 SG1、SG2兩列ATWT小機(jī)箱工作電源上電時(shí)信號(hào)輸出（間隔大于7s）Fig.7 SG1, SG2 two ATWT small cabinets power supply power the signal output(interval greater than 7s)

分析數(shù)據(jù)可得：

SG1、SG2均斷電，ATWT符合繼電器動(dòng)作。此時(shí)由于閉鎖繼電器閉鎖有效，ATWT輸出繼電器實(shí)際未發(fā)出ATWT動(dòng)作信號(hào)。

SG1、SG2依次上電且上電間隔小于7s時(shí)，SG2上電后經(jīng)1s延時(shí)，閉鎖繼電器動(dòng)作，閉鎖失效，SG1上電7s之內(nèi)ATWT符合繼電器不動(dòng)作，這期間ATWT輸出繼電器動(dòng)作，ATWT動(dòng)作信號(hào)輸出。7s后ATWT符合繼電器動(dòng)作，ATWT符合邏輯消失，ATWT動(dòng)作輸出消失。

SG1、SG2依次上電且上電間隔大于7s時(shí)，ATWT符合繼電器在SG2上電前已動(dòng)作，ATWT符合邏輯已消失，ATWT動(dòng)作輸出信號(hào)不會(huì)輸出。

2）模擬LNE失電導(dǎo)致小機(jī)箱工作電源故障

①模擬給ATWT小機(jī)箱LNE供電失電故障，結(jié)果如圖8。

圖8 LNE失電導(dǎo)致小機(jī)箱工作電源故障時(shí)信號(hào)輸出Fig.8 LNE Power loss causes the signal output when the power supply of the small cabinet is out of order

②恢復(fù)LNE電源，結(jié)果如圖9。

圖9 LNE恢復(fù)上電時(shí)信號(hào)輸出Fig.9 LNE Restore power the signal output

③由于LNE恢復(fù)上電時(shí)，ATWT動(dòng)作信號(hào)輸出，且持續(xù)5.55s后閉鎖繼電器才動(dòng)作，ATWT輸出才被閉鎖，故將延時(shí)繼電器XR33、XR34延時(shí)調(diào)整為8s后，再次對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。再次模擬給ATWT小機(jī)箱LNE供電失電故障，將延時(shí)繼電器XR33、XR34延時(shí)調(diào)整為8s后，恢復(fù)LNE電源，結(jié)果如圖10。

圖10 延時(shí)調(diào)為8s后LNE恢復(fù)上電時(shí)信號(hào)輸出Fig.10 The signal output of LNE is restored when the power is turned on after the delay is set to 8s

分析以上數(shù)據(jù)可得：

LNE失電，閉鎖繼電器動(dòng)作，閉鎖ATWT輸出。

LNE上電，閉鎖繼電器上電延時(shí)為1s時(shí)，經(jīng)1s延時(shí)，閉鎖繼電器動(dòng)作，閉鎖失效，LNE上電7s之內(nèi)ATWT符合繼電器不動(dòng)作，這期間ATWT輸出繼電器動(dòng)作，ATWT動(dòng)作信號(hào)輸出。7s后ATWT符合繼電器動(dòng)作，ATWT符合邏輯消失，ATWT動(dòng)作輸出消失。

LNE上電，閉鎖繼電器上電延時(shí)調(diào)整為8s時(shí)，ATWT符合繼電器在閉鎖繼電器動(dòng)作失效前已動(dòng)作，ATWT符合邏輯已消失，ATWT動(dòng)作輸出信號(hào)不會(huì)輸出。

3）模擬主給水流量信號(hào)配電故障（即LCC失電）

①模擬主給水流量信號(hào)配電故障失電，結(jié)果如圖11。

圖11 LCC失電時(shí)信號(hào)輸出Fig.11 The signal output when LCC power loss

②恢復(fù)LCC電源，結(jié)果如圖12。

圖12 LCC恢復(fù)上電時(shí)信號(hào)輸出Fig.12 The signal output when LCC restore power

分析以上數(shù)據(jù)可得：

LCC失電，閉鎖繼電器先動(dòng)作，閉鎖ATWT輸出。

LCC上電，ATWT符合繼電器在閉鎖繼電器延時(shí)1s動(dòng)作失效前已動(dòng)作，ATWT符合邏輯已消失，ATWT動(dòng)作輸出信號(hào)不會(huì)輸出。

3 分析與結(jié)論

由上節(jié)數(shù)據(jù)分析可得以下結(jié)論：

1）電源故障情況下（ATWT小機(jī)箱保險(xiǎn)絲熔斷、LNE220VAC電源故障以及LCC 48VDC配電故障），電源故障閉鎖回路能夠有效閉鎖ATWT輸出。

2）LCC 48VDC恢復(fù)正常供電時(shí)，不會(huì)誤觸發(fā)ATWT動(dòng)作信號(hào)。LNE220VAC恢復(fù)正常供電時(shí)，因MICRO卡恢復(fù)正常工作需要7s，會(huì)導(dǎo)致誤觸發(fā)ATWT動(dòng)作信號(hào)。

3）LNE220VAC恢復(fù)正常供電時(shí)，將閉鎖繼電器上電延時(shí)由1s調(diào)整為8s，可以有效閉鎖ATWT動(dòng)作信號(hào)輸出，避免ATWT誤動(dòng)作。

根據(jù)上述結(jié)論，為降低ATWT小機(jī)箱恢復(fù)上電操作導(dǎo)致ATWT系統(tǒng)的誤動(dòng)概率，提出以下建議：

①考慮到ATWT上電延時(shí)不影響ATWT的安全功能，以及MICRO卡啟機(jī)所需時(shí)間，保守起見(jiàn)，將閉鎖繼電器XR33、XR34上電延時(shí)調(diào)整為10s。

②對(duì)另一機(jī)組ATWT系統(tǒng)的閉鎖回路功能進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，同時(shí)對(duì)閉鎖繼電器的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，以確保閉鎖回路的功能正常。

4 結(jié)語(yǔ)

ATWT小機(jī)箱因系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要求的多樣性，與反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)所采用的設(shè)備及技術(shù)均有一定差異。在帶來(lái)反應(yīng)堆多樣性的同時(shí)，也增加了保護(hù)系統(tǒng)的誤動(dòng)概率。通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)模擬3種不同的ATWT小機(jī)箱電源故障，驗(yàn)證出了ATWT小機(jī)箱電源存在的可靠性問(wèn)題，并提出通過(guò)修改閉鎖繼電器上電延時(shí)的建議，有效地提高了ATWT閉鎖可靠性，大大降低了KRG上電時(shí)ATWT系統(tǒng)誤動(dòng)的概率，進(jìn)而提升ATWT系統(tǒng)以及機(jī)組的運(yùn)行安全，對(duì)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。