CANDU6反應(yīng)堆調(diào)節(jié)棒的控制原理及故障分析

趙朋

【摘 要】本文從硬件和軟件（DCC）控制兩方面探討調(diào)節(jié)棒的控制原理并簡(jiǎn)單的分析調(diào)節(jié)棒在運(yùn)行過(guò)程中易發(fā)生的一些故障，從運(yùn)行的角度探討針對(duì)這些故障的處理措施，從而保證核反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】調(diào)節(jié)棒；硬件；軟件（DCC）

中圖分類(lèi)號(hào)： TL423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）04-0133-002

Control principle and failure analysis of CANDU6 reactor control rod

ZHAO Peng

（China nuclear power management co.，LTD.，haiyan zhejiang 314300，China）

【Abstract】This paper from two aspects of hardware and software （DCC） explore the control principle of regulating rod and a simple analysis of the control rod of some fault in running process，from the view point of running against these fault handling measures，so as to ensure the safe operation of nuclear reactors.

【Key words】Regulating rod；Hardware；Software （DCC）

1 總論

CANDU6反應(yīng)堆調(diào)節(jié)棒用于：在正常情況下插入堆芯以展平堆內(nèi)中子通量分布；功率降低時(shí)，提出堆芯引入正的反應(yīng)性補(bǔ)償氙毒的積累，以維持LZC液位在正?？刂品秶?；在換料機(jī)故障的情況下，提出堆芯以補(bǔ)償燃耗；在功率偏差較大、液位太高或太低時(shí)動(dòng)作，使液體區(qū)域控制在正常范圍內(nèi)。本文將從硬件和軟件（DCC）控制兩方面探討調(diào)節(jié)棒的控制原理并簡(jiǎn)單的分析調(diào)節(jié)棒在運(yùn)行過(guò)程中易發(fā)生的一些故障，從運(yùn)行的角度探討針對(duì)這些故障的處理措施，從而保證核反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。

2 調(diào)節(jié)棒的硬件控制原理

2.1 調(diào)節(jié)棒的總體控制

調(diào)節(jié)棒的總體控制是由電站控制計(jì)算機(jī)輸出的DO信號(hào)直接給MCC用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的啟動(dòng)和停止，也可以通過(guò)主控室的控制手柄手動(dòng)啟動(dòng)或停止驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)行，同時(shí)如果一號(hào)停堆或者二號(hào)停堆系統(tǒng)沒(méi)有準(zhǔn)備就緒就會(huì)閉鎖馬達(dá)的啟動(dòng)。調(diào)節(jié)棒的運(yùn)動(dòng)速度由RRS程序根據(jù)功率偏差來(lái)調(diào)節(jié)。如果STEPBACK由于對(duì)數(shù)功率變化率大于8%或者由于局部區(qū)域高功率而觸發(fā)，則會(huì)發(fā)出DO信號(hào)直接斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力電源。

2.2 電子行程結(jié)束裝置（EES）

電子行程結(jié)束裝置由一個(gè)模擬電路組成，兩個(gè)電位計(jì)分別輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓表示調(diào)節(jié)棒已經(jīng)完全插入或提出堆芯，此電壓信號(hào)和來(lái)自另一個(gè)獨(dú)立電位計(jì)的電壓輸出信號(hào)在比較器中相比較，然后將比較的結(jié)果轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)通過(guò)繼電器變成數(shù)字量信號(hào)輸出用于：1、送給馬達(dá)控制控制中心，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)和停止；2、送給主控室盤(pán)臺(tái)上的EMI用于輔助判斷調(diào)節(jié)棒完全插入和完全拔出；3、將數(shù)字量信號(hào)送給DCC用于調(diào)節(jié)棒的DI顯示以及異常運(yùn)動(dòng)的報(bào)警和判斷。

2.3 調(diào)節(jié)棒的模擬量AI指示

模擬量AI指示，由電位計(jì)測(cè)量。用于給操縱員提供確切的調(diào)節(jié)棒在堆芯中實(shí)際位置。

3 調(diào)節(jié)棒的軟件（DCC程序）控制

DCC中的RRS程序有一項(xiàng)重要的功能就是調(diào)節(jié)棒的控制，作為液體區(qū)域控制系統(tǒng)的后備，在它控制能力不足時(shí)輔助進(jìn)行功率調(diào)節(jié)；在不能換料時(shí)，通過(guò)提出調(diào)節(jié)棒來(lái)增加反應(yīng)性，維持電站運(yùn)行。

3.1 調(diào)節(jié)棒的動(dòng)作邏輯

在自動(dòng)模式下，RRS程序根據(jù)LZC水位和（或）功率偏差通過(guò)輸出DO信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)棒的插入或者拔出。

如果功率偏差EP>4%，或者EP>-4%并且液體區(qū)域的平均液位LEVAV>70%，則要求插入調(diào)節(jié)棒。如果EP<=4%，或者EP<4%并且液體區(qū)域的平均液位LEVAV<20%則要求拔出調(diào)節(jié)棒。如果-4%

調(diào)節(jié)棒共有21跟，分為7組，自動(dòng)控制時(shí)，對(duì)ADJ的操作以組為單位，手動(dòng)模式以跟為單位。拔棒時(shí)先從第一組開(kāi)始，到第七組結(jié)束，插棒與之相反。

3.2 ADJ棒的位置檢測(cè)和報(bào)警

3.2.1 調(diào)節(jié)棒次序的檢查。

由于21跟調(diào)節(jié)棒要按照規(guī)定的次序控制，因此對(duì)每根棒的運(yùn)動(dòng)順序要加以檢測(cè)。我們定義POSi表示第i跟棒的位置。

POSi=0%表示第i跟棒完全提出。

POSi=100%表示第i跟棒完全插入。

計(jì)算△i=POSi-POSi+1，如果△i<0，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)順序正確，如果△i>20%說(shuō)明驅(qū)動(dòng)順序錯(cuò)誤，發(fā)出窗報(bào)“ADJUSTER TROUBLE”，CRT報(bào)警“ADJUSTER SEQUENCE INCORRECT”。

3.2.2 行程結(jié)束檢查EOT（END OF TRAVEL）

根據(jù)2.2節(jié)的描述可知，每一根調(diào)節(jié)棒都有兩個(gè)12位的電位計(jì)，其中一個(gè)電位計(jì)能夠輸出一個(gè)表示棒完全插入或者拔出的DI和EMI指示，另外一個(gè)電位計(jì)作為冗余的設(shè)計(jì)為操縱員提供一個(gè)模擬量AI輸出，表示確切的棒位指示。EOT檢查就是檢查這個(gè)AI信號(hào)和DI信號(hào)是否一致。

如果完全插入的DI為0，表示該調(diào)節(jié)棒完全插入，但是調(diào)節(jié)棒的位置AI不在99.5%至101.5%之間，則發(fā)出“ADJUSTER TROUBLE”的窗口報(bào)警，并發(fā)出如下報(bào)警信息：“ADJUSTER K–FULLY IN EOT TROUBLE”

如果完全提出的DI為0，表示該調(diào)節(jié)棒完全提出，但是調(diào)節(jié)棒的位置AI不在-1.25%至0.75%之間，則發(fā)出“ADJUSTER TROUBLE”的窗口報(bào)警，并發(fā)出如下報(bào)警信息：“ADJUSTER K – FULLY OUT EOT TROUBLE”。

3.2.3 運(yùn)動(dòng)速度檢查

首先RRS程序根據(jù)功率偏差計(jì)算出調(diào)節(jié)棒的理論運(yùn)動(dòng)速度，根據(jù)速度計(jì)算出理論位移，當(dāng)計(jì)算出的理論位移達(dá)到10%全行程時(shí)，開(kāi)始計(jì)算調(diào)節(jié)棒的實(shí)際位移，當(dāng)實(shí)際的位移大于5%全行程時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度檢查通過(guò)。如果實(shí)際的位移小于5%全行程，則運(yùn)動(dòng)速度檢查未通過(guò)，然后：

a）將此調(diào)節(jié)棒標(biāo)為卡棒；

b）發(fā)出“ADJUSTER TROUBLE”的窗報(bào)；

c）發(fā)出CRT報(bào)警信息：“ADJUSTER K–MOTION TEST FAILURE”；

被設(shè)為卡棒的ADJ只能由操作員手動(dòng)清除卡棒標(biāo)識(shí)。

4 常見(jiàn)的故障分析

4.1 卡棒

調(diào)節(jié)棒卡棒是一種常見(jiàn)的故障，對(duì)它的檢測(cè)是通過(guò)調(diào)節(jié)棒的運(yùn)動(dòng)速度檢查來(lái)完成的。當(dāng)理論的位移打到10%，而實(shí)際的運(yùn)動(dòng)速度不到5%時(shí)，RRS程序就認(rèn)為調(diào)節(jié)棒發(fā)生卡棒現(xiàn)象，同時(shí)發(fā)出“MOTION TEST FAILURE”的報(bào)警。

引起卡棒的原因可能是機(jī)械故障，例如錐形渦輪嚙合脫落等，還有電氣方面的原因，例如驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障短路、接地等。在調(diào)節(jié)棒出現(xiàn)卡棒現(xiàn)象時(shí)，操縱員需要盡快處理。

一般情況下當(dāng)調(diào)節(jié)棒的驅(qū)動(dòng)回路出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)引起相關(guān)的電氣保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致MCC開(kāi)關(guān)出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)某一根調(diào)節(jié)棒沒(méi)有按照要求動(dòng)作時(shí)，會(huì)造成堆芯功率分布的畸變，因此為了保證堆芯的安全，需要將出現(xiàn)熱跳的開(kāi)關(guān)復(fù)位一次，如果能成功復(fù)位，則需盡快按照手動(dòng)驅(qū)動(dòng)的規(guī)程清除卡棒的，手動(dòng)將其置于要求的位置（完全拔出或者插入）。如果不能成功復(fù)位或者是開(kāi)關(guān)出現(xiàn)磁跳，則需要根據(jù)反應(yīng)堆運(yùn)行物理手冊(cè)（37000-OM）中反應(yīng)堆非額定工況下ROPT 開(kāi)關(guān)位置選則的章節(jié)進(jìn)行處理，并且盡快聯(lián)系堆物理人員進(jìn)行堆芯安全的分析，聯(lián)系維修人員處理故障。

4.2 調(diào)節(jié)棒CYCLING

出現(xiàn)調(diào)節(jié)棒CLCYING的原因一般歸納為以下三點(diǎn)：

1）調(diào)節(jié)棒組的反應(yīng)性?xún)r(jià)值太大。當(dāng)反應(yīng)堆正的功率偏差太大，LZC不能自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，需要插入ADJ棒來(lái)調(diào)節(jié)功率。但由于ADJ棒價(jià)值過(guò)大，AZL水位降到20%以后還不能穩(wěn)定，于是RRS又重新將ADJ棒拔出以使AZL水位上升。當(dāng)拔出ADJ棒后又出現(xiàn)正的功率偏差，于是RRS又將ADJ棒插入。如此循環(huán)，形成CYCLING。

2）AZL的反應(yīng)性?xún)r(jià)值太小（即多個(gè)LZC的水位大于80%或小于10%）。在正常100%功率運(yùn)行時(shí)，13%AZL相當(dāng)于1mk ，但是當(dāng)反應(yīng)堆處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于中間區(qū)域的熱中子通量密度很高，該區(qū)域的LZC水位一直維持在高水位，所以AZL水位的反應(yīng)性?xún)r(jià)值比平時(shí)小，大約20%AZL才相當(dāng)于1mk ，于是，當(dāng)插入ADJ棒時(shí)，形成CYCLING.。

3）操作ADJ棒的速度太快。當(dāng)反應(yīng)堆功率偏差太大，水位自動(dòng)調(diào)節(jié)已無(wú)法補(bǔ)償時(shí)，需要操作ADJ棒來(lái)調(diào)節(jié)功率。但由于ADJ棒的操作速度太快，使反應(yīng)堆在短時(shí)間內(nèi)變成相反的功率偏差，且水位自動(dòng)調(diào)節(jié)能力又跟不上，于是又需動(dòng)作ADJ棒，這樣就形成了CYCLING.。

當(dāng)出現(xiàn)調(diào)劑棒CLCYING時(shí)，操縱員需要立即將控制手柄打到手動(dòng)位置，以停止調(diào)節(jié)棒的運(yùn)動(dòng)，然后執(zhí)行CLCYING的規(guī)程手動(dòng)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)棒到要求的位置（完全拔出或者插入堆芯）或者將速度控制模式置于手動(dòng)位置，用比較小的速度來(lái)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

4.3 單根調(diào)節(jié)棒意外拔出堆芯。

功率運(yùn)行時(shí)當(dāng)有一根調(diào)節(jié)棒意外拔出堆芯時(shí)，一般會(huì)伴隨有順序錯(cuò)誤的報(bào)警。如果調(diào)節(jié)棒沒(méi)有能夠按照設(shè)計(jì)的規(guī)則移動(dòng)，會(huì)造成堆芯功率分布的異常變化，甚至出現(xiàn)安全分析沒(méi)有包含的通量分布類(lèi)型，因此當(dāng)有一根棒意外拔出時(shí)操縱員需要立即做出響應(yīng)。首先需要檢查兩個(gè)停堆系統(tǒng)的ROPT裕量、快速降功率、慢速降功率和區(qū)域超功率脫扣的裕量，將燃料通道燒干的幾率降至最低，同時(shí)將停堆系統(tǒng)脫扣的概率降至最低，同時(shí)要求堆物理人員評(píng)估堆芯的狀態(tài)。然后手動(dòng)嘗試將意外拔出的調(diào)節(jié)棒手動(dòng)嘗試插入堆芯，如果能插入，則斷開(kāi)電源要求維修人員處理故障，如果不能插入，則斷開(kāi)電源，同樣需要及時(shí)調(diào)查原因處理故障。因?yàn)閱胃{(diào)節(jié)棒意外拔出堆芯或者卡在堆芯中間是經(jīng)過(guò)安全分析評(píng)估過(guò)的一種工況，在這種工況下能保證8小時(shí)內(nèi)的堆芯安全，而8小時(shí)后是沒(méi)經(jīng)過(guò)分析的，因此如果8小時(shí)內(nèi)不能將該調(diào)節(jié)棒插入堆芯，則需要將1#SDS和2#SDS的三個(gè)通道的中子超功率脫扣設(shè)定值的手動(dòng)開(kāi)關(guān)打到ADJ位置。

5 總結(jié)

調(diào)節(jié)棒正常運(yùn)行時(shí)插入堆芯，作為一種反應(yīng)性控制的手段，它的移動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致堆芯通量分布的變化，因此操縱員必須密切的監(jiān)視，一旦出現(xiàn)故障，必須第一時(shí)間做出正確的響應(yīng)。本文從硬件和軟件（DCC）兩方面簡(jiǎn)要描述了調(diào)劑棒的控制原理，列舉了幾種常見(jiàn)的故障類(lèi)型，并從運(yùn)行的角度給出了處理故障的思路。

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