嶺澳一期RIC系統(tǒng)控制和通信原理研究與應(yīng)用

袁德?tīng)?zhēng)

【摘要】 嶺澳一期堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)（RIC）的RIC002AR分配柜內(nèi)控制板和繼電器板件圖紙等相關(guān)資料的缺失，使得維修人員很難從設(shè)計(jì)角度分析中子通量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備的相關(guān)故障。在分析RIC中子通量測(cè)量系統(tǒng)的基本控制原理的基礎(chǔ)上，對(duì)RIC002AR的控制板及繼電器板件進(jìn)行了研究，使維修人員掌握了中子通量設(shè)備的控制與通信原理，并了解計(jì)算機(jī)指令執(zhí)行的過(guò)程。研究成果可應(yīng)用于中子通量測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的故障分析與處理中。

【關(guān)鍵詞】 堆芯測(cè)量系統(tǒng) 中子通量測(cè)量 控制 故障分析

前言

嶺澳一期堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)（RIC）使用了AREVA第二代中子通量測(cè)量技術(shù)。目前，世界上僅有8臺(tái)機(jī)組使用這套設(shè)備，在中國(guó)有4臺(tái)機(jī)組（嶺澳一期、秦山二期核電站）。由于缺乏RIC002AR分配柜內(nèi)的控制板和繼電器板的圖紙，導(dǎo)致維修人員不能掌握中子通量測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部控制與通信的原理，無(wú)法從設(shè)計(jì)角度快速準(zhǔn)確分析和定位中子通量測(cè)量系統(tǒng)故障。因此，開(kāi)展RIC002AR分配柜的控制與通信原理研究是很有必要的。通過(guò)繪制控制與通信板件的電路圖，對(duì)相關(guān)的控制與通信原理進(jìn)行了研究。研究成果已經(jīng)應(yīng)用到了嶺澳一期RIC中子通量測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備故障的分析與處理中。這些研究成果同樣也可以應(yīng)用于秦山二期核電站相關(guān)設(shè)備故障分析中。

一、堆芯中子測(cè)量系統(tǒng)

嶺澳一期堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)（RIC）包括控制監(jiān)測(cè)柜、分配柜和測(cè)量通道設(shè)備等組成。堆芯儀表間的驅(qū)動(dòng)裝置和組選擇器、路選擇器構(gòu)成的機(jī)電設(shè)備驅(qū)動(dòng)中子探頭進(jìn)行中子通量測(cè)量。堆芯儀表間外的RIC002AR分配柜實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備與機(jī)電設(shè)備間的接口控制。RIC001AR控制監(jiān)測(cè)柜通過(guò)計(jì)算機(jī)控制中子探頭到達(dá)不同的堆芯指套管通道，從而實(shí)現(xiàn)50個(gè)堆芯通道的中子通量測(cè)量，采集的中子通量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上，用于后續(xù)的中子通量圖數(shù)據(jù)處理。圖1為嶺澳一期堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)的基本控制原理圖。

RIC001AR控制監(jiān)測(cè)柜的管理計(jì)算機(jī)將控制信號(hào)以數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)8路串口卡發(fā)送給控制器抽屜，這些控制信號(hào)包括：前進(jìn)、后退、高速、低速、組選擇器轉(zhuǎn)動(dòng)、路選擇器通道及相應(yīng)電動(dòng)閥門控制、泄漏監(jiān)測(cè)等。控制器抽屜將接收到的串行數(shù)據(jù)通過(guò)TOR板（開(kāi)關(guān)量信號(hào)板）發(fā)送給RIC002AR分配柜內(nèi)的控制板CN7接口處理模塊，該過(guò)程采用RS422通訊協(xié)議。操縱員也可以采用手動(dòng)控制方式，直接控制中子探頭送回存儲(chǔ)通道或者緊急停止，這種方式依靠控制器抽屜面板上的BACKMOTION與STOP按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，這兩個(gè)按鈕通過(guò)硬接線方式直接與RIC002AR內(nèi)的控制板相連，不需要通過(guò)管理計(jì)算機(jī)發(fā)送命令。

控制板將控制命令的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)繼電器板上的小型繼電器的控制信號(hào)。繼電器板再通過(guò)小型繼電器將控制命令傳送到前端的RIC機(jī)電設(shè)備上。中子探頭的驅(qū)動(dòng)控制與選擇器、電動(dòng)閥、泄漏探頭等設(shè)備的控制原理是不同的。對(duì)于中子探頭的驅(qū)動(dòng)控制來(lái)說(shuō)，還需要再通過(guò)8個(gè)接觸器才能實(shí)現(xiàn)對(duì)380VAC雙速驅(qū)動(dòng)電機(jī)和48VDC繞線盤馬達(dá)的控制。其他設(shè)備依靠繼電器板件上的雙線圈自保持型繼電器來(lái)控制。這主要是由380VAC雙速驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三相供電線路電流特性決定的，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在電機(jī)線圈中存在較高電流，而較高的電流是不能通過(guò)板件電路上的小型繼電器的。

二、RIC002AR機(jī)柜控制與通信原理研究

2.1 控制板與繼電器板工作原理（此章節(jié)補(bǔ)充繼電器板和控制板的電路圖）

圖2為控制板和繼電器板簡(jiǎn)圖，圖中標(biāo)示了板件與RIC機(jī)電設(shè)備的連接情況?？刂瓢逯饕糜诮⑴c控制監(jiān)測(cè)柜RIC001AR間的通訊，并將來(lái)自于RIC001AR控制監(jiān)測(cè)柜的控制命令傳遞到繼電器板；繼電器板主要用于建立RIC機(jī)電設(shè)備與控制板間的接口。另外，當(dāng)某個(gè)中子探頭不可用時(shí)，需要使用救援模式，救援模式就是利用控制板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，控制板可以救援其他中子探頭，也可以被其他中子探頭救援。圖2中的CN10接口負(fù)責(zé)將控制命令實(shí)時(shí)傳輸?shù)嚼^電器板，進(jìn)而起到控制RIC機(jī)電設(shè)備的作用；圖2中的CN14接口負(fù)責(zé)將前端的RIC機(jī)電設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給管理計(jì)算機(jī)。

在上述的中子通量設(shè)備控制原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)RIC002AR機(jī)柜的板件進(jìn)行研究。通過(guò)將板件電路圖與前端所有RIC機(jī)電設(shè)備的接線圖結(jié)合起來(lái)分析，可以確定出繼電器板件上的75個(gè)小型繼電器的具體功能，可以分析出控制板對(duì)繼電器板寫入的控制命令信息和讀取的機(jī)電設(shè)備狀態(tài)信息。這些小型繼電器主要包括24個(gè)12VDC雙線圈自保持型繼電器和51個(gè)48VDC普通的繼電器。

雙線圈自保持型繼電器的控制作用主要包括：中子探頭的驅(qū)動(dòng)控制（高速、低速、前進(jìn)、后退）、指套管/密封段泄漏監(jiān)視、組選擇器轉(zhuǎn)動(dòng)控制、路選擇器通道及相應(yīng)電動(dòng)閥門控制、48VDC控制供電、泄漏測(cè)試、熱敏復(fù)位等。通過(guò)研究這些小型繼電器的作用，發(fā)現(xiàn)10通道路選擇器任意通道的接線均與同一個(gè)通道的電動(dòng)閥門接線相連，說(shuō)明兩者是由同一個(gè)繼電器進(jìn)行控制的，10個(gè)通道對(duì)應(yīng)10個(gè)雙線圈自保持型繼電器，也就是說(shuō)，管理計(jì)算機(jī)軟件發(fā)出選擇1#通道的指令，1#電動(dòng)閥門打開(kāi)，同時(shí)路選擇器便會(huì)選擇1#通道。

48VDC繼電器的功能是將前端機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)反饋給控制板。這些機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)主要包括：中子探頭處于1010初始位置狀態(tài)、中子探頭到達(dá)存儲(chǔ)通道末端位置狀態(tài)、中子探頭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、組選擇器轉(zhuǎn)動(dòng)到位狀態(tài)、路選擇器轉(zhuǎn)動(dòng)到位狀態(tài)、電動(dòng)閥關(guān)閉狀態(tài)、某個(gè)通道閥開(kāi)狀態(tài)、指套管/密封段泄漏狀態(tài)、第一個(gè)安全開(kāi)關(guān)動(dòng)作狀態(tài)、380VAC供電在線狀態(tài)、48VDC控制供電在線狀態(tài)、高/低速度超時(shí)狀態(tài)、002AR機(jī)柜溫度開(kāi)關(guān)動(dòng)作狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)單元熱敏繼電器動(dòng)作狀態(tài)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作或者泄漏探頭導(dǎo)通后，繼電器板內(nèi)部的相應(yīng)48VDC繼電器將會(huì)勵(lì)磁，同時(shí)該狀態(tài)指示燈被點(diǎn)亮，然后，狀態(tài)信息將轉(zhuǎn)換為CN14接口中不同端子間的導(dǎo)通，更新后的設(shè)備狀態(tài)信息以數(shù)字量的形式保存到控制板內(nèi)相應(yīng)的芯片上?？刂瓢逶僮x取芯片內(nèi)數(shù)據(jù)，通過(guò)RS422串行通信協(xié)議將數(shù)據(jù)包發(fā)送給RIC001AR控制器抽屜的TOR板，點(diǎn)亮TOR板件的前面板狀態(tài)指示燈，最終數(shù)據(jù)包通過(guò)8路串口板傳回給管理計(jì)算機(jī)，管理計(jì)算機(jī)再在中子通量圖軟件中顯示出當(dāng)前機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)。

2.2 繼電器板CN10接口

見(jiàn)圖2，CN10接口是控制板用來(lái)將控制命令寫入繼電器板的接口。該接口插線排共有15個(gè)針腳，11#到15#針腳為雙線圈自保持型繼電器的置位線圈和復(fù)位線圈提供12VDC正電；1#到10#針腳為兩個(gè)線圈的負(fù)端提供0V控制信號(hào)，其中1#、3#、5#、7#、9#針腳是置位線圈的負(fù)端，2#、4#、6#、8#、10#針腳是復(fù)位線圈的負(fù)端。當(dāng)系統(tǒng)初始化通過(guò)后，這22個(gè)繼電器置位線圈和復(fù)位線圈的正端同時(shí)帶上12VDC電，當(dāng)管理計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令后，CN10接口利用1#到10#針腳將0V控制信號(hào)引入某個(gè)繼電器的置位線圈或者復(fù)位線圈的負(fù)端，從而實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的控制功能，控制命令信息見(jiàn)表1。例如，如果管理計(jì)算機(jī)發(fā)出控制中子探頭高速前進(jìn)的命令，則控制命令0V信號(hào)將引入CN10的9#針腳和3#針腳。

2.3 繼電器板CN14接口

見(jiàn)圖2，CN14接口是控制板用來(lái)從繼電器板讀取RIC機(jī)電設(shè)備狀態(tài)的接口，該接口插線排共有13個(gè)針腳。利用不同端子間的導(dǎo)通表示不同RIC機(jī)電設(shè)備狀態(tài)信號(hào)的輸入，利用9#到13#針腳與1#到8#針腳間的導(dǎo)通組成RIC機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)表。機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)信息見(jiàn)表2。例如，CN14的9#針腳與4#針腳的導(dǎo)通表示6#電動(dòng)閥關(guān)閉狀態(tài)信息。

2.4 繼電器板上的狀態(tài)指示燈

將繼電器板件上所有的小型繼電器作用研究清楚后，確定出了板件上63個(gè)狀態(tài)指示燈的用途，這63個(gè)指示燈直接指示現(xiàn)場(chǎng)所有前端機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)及中子探頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在處理中子探頭卡澀相關(guān)故障時(shí)，維修人員需要控制故障的中子探頭到達(dá)指定的位置，比較常用的操作包括表3中的三大類，根據(jù)中子探頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及組選擇器選擇通道的不同（正常通道“N”、救援通道“E”、存儲(chǔ)通道“P”、參考通道“R”），可以進(jìn)一步對(duì)類型進(jìn)行細(xì)分。確定出每種細(xì)分類型對(duì)應(yīng)的一組指示燈組合。所以，在故障處理過(guò)程中，當(dāng)計(jì)算機(jī)房間RIC001AR控制監(jiān)測(cè)機(jī)柜發(fā)出控制命令時(shí)，通過(guò)觀察核島外環(huán)廊RIC002AR分配柜內(nèi)繼電器板上的狀態(tài)指示燈的點(diǎn)亮情況，與表3進(jìn)行比對(duì)，找出異同點(diǎn)后進(jìn)行下一步的故障點(diǎn)排查。

三、研究成果在嶺澳一期的應(yīng)用

根據(jù)對(duì)繼電器板、控制板控制機(jī)理的研究成果（主要包括中子探頭控制原理、選擇器控制原理、狀態(tài)指示燈作用、泄漏監(jiān)視原理、板件CN接口針腳作用），對(duì)嶺澳一期RIC中子通量測(cè)量系統(tǒng)發(fā)生的中子探頭卡澀、拒動(dòng)等現(xiàn)場(chǎng)疑難故障分析提供了依據(jù)，使得維修人員可以在核島內(nèi)外環(huán)廊RIC002AR分配柜處定位故障點(diǎn)，無(wú)需直接進(jìn)入輻射風(fēng)險(xiǎn)極高的RIC房間，提高了故障診斷效率。表4為自2011年以來(lái)通過(guò)以上研究成果處理嶺澳一期RIC中子通量系統(tǒng)設(shè)備故障的統(tǒng)計(jì)表。

四、結(jié)束語(yǔ)

在缺乏嶺澳一期RIC002AR分配柜內(nèi)板件圖紙資料的情況下，通過(guò)繪制板件內(nèi)部電路圖并開(kāi)展板件控制與通信原理的研究，使維修人員掌握了嶺澳一期RIC中子通量設(shè)備的控制原理與過(guò)程，提高了維修人員處理中子探頭卡澀、拒動(dòng)故障和其它RIC機(jī)電設(shè)備故障的能力，有助于日?；蛘叽笮拊勹b定期間出現(xiàn)故障的快速分析與處理。研究成果已多次成功應(yīng)用到了嶺澳一期RIC中子通量測(cè)量系統(tǒng)的故障處理中，并適用于秦山二期核電站相關(guān)設(shè)備的故障分析。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]嶺澳一期核電站RIC系統(tǒng)手冊(cè)[內(nèi)部資料].

[2]繪制的RIC控制板電路圖[內(nèi)部資料].

[3]繪制的RIC繼電器板件電路圖[內(nèi)部資料].