重水堆SDS#1 E通道中子功率讀數(shù)高自動脫扣分析

林 熙，祁陸凱，徐清華，王 猛，王 萌

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

一號停堆系統(tǒng)（以下簡稱SDS#1）是CANDU-6型重水堆的4大專設(shè)安全系統(tǒng)之一，通過向反應(yīng)堆中插入停堆棒來終止反應(yīng)堆的自持鏈式裂變反應(yīng)，減少核燃料中產(chǎn)生的能量，保護反應(yīng)堆的安全。一號停堆系統(tǒng)專用于反應(yīng)堆的應(yīng)急停堆，正常停堆則通過反應(yīng)堆調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制其它反應(yīng)性機構(gòu)實現(xiàn)。

SDS#1在參數(shù)測量和執(zhí)行邏輯上分為獨立的D、E、F 3個通道，采用3取2邏輯停堆，通道內(nèi)任意一個參數(shù)脫扣都將導(dǎo)致該通道的脫扣，任意兩個通道脫扣都將導(dǎo)致SDS#1觸發(fā)。通道的參數(shù)經(jīng)由傳感器測量后送至放大器/變送器，將測量信號放大以便傳送；放大的信號再經(jīng)過顯示和動作整定器處理后，送到該通道脫扣邏輯。如果某一工藝參數(shù)達到脫扣設(shè)定值，則該通道將脫扣。通道脫扣信號分別輸送到奇數(shù)組停堆棒和偶數(shù)組停堆棒的3取2邏輯回路。當另外兩個通道任一個脫扣（無論脫扣原因是否和導(dǎo)致前面通道脫扣的工藝參數(shù)相同），一號停堆系統(tǒng)將觸發(fā)，奇數(shù)組和偶數(shù)組停堆棒離合器失電，28根停堆棒在重力作用下落入排管容器中，反應(yīng)堆停堆。SDS#1簡要流程如圖1所示。

圖1 SDS#1 流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of SDS#1 process

1 堆芯區(qū)域功率測量（ROPT）回路構(gòu)成和功能簡述

重水堆堆芯區(qū)域功率測量回路主要由以下設(shè)備和部件構(gòu)成：探測器的微電流信號進入脫扣比較轉(zhuǎn)接后送到第一級的ROP放大器，其信號經(jīng)過動態(tài)補償器進行補償后進入脫扣比較器與其內(nèi)部設(shè)置的脫扣設(shè)定值進行比較，如果出現(xiàn)超出設(shè)定值的情況，輸出脫扣信號。以上設(shè)備，任意設(shè)備出現(xiàn)異常都將導(dǎo)致整個回路的異常。E通道有11個這樣的ROPT回路。其邏輯結(jié)構(gòu)和實物照片如圖2、圖3所示。

ROPT電路簡圖如圖4所示，探測器送出電流信號經(jīng)過1到達脫扣比器后，由2送入ROP放大器進行電流轉(zhuǎn)化為電壓信號進行放大，由3送到動態(tài)補償器后，由4送回至脫扣比器與脫扣設(shè)定值比較，信號送到指示回路，由指示表及數(shù)采系統(tǒng)顯示。

2 一號停堆系統(tǒng)E通道因11個區(qū)域中子功率讀數(shù)高導(dǎo)致自動脫扣缺陷描述

圖2 邏輯結(jié)構(gòu)Fig.2 Logical structure

圖3 實物照片F(xiàn)ig.3 Physical photos

圖4 電路簡圖Fig.4 Circuit diagram

某機組在執(zhí)行模擬安全殼隔離系統(tǒng)高壓力信號自動觸發(fā)隔離試驗時，一號停堆系統(tǒng)E通道出現(xiàn)11個ROPT回路讀數(shù)高脫扣報警、E通道中子功率高脫扣報警、E通道脫扣報警及相關(guān)窗報，1號停堆系統(tǒng)E通道自動脫扣。約150ms后，一號停堆系統(tǒng)E通道出現(xiàn)11個ROPT回路讀數(shù)高脫扣報警，及E通道中子功率高脫扣報警消報。主控室檢查ROPT讀數(shù)及裕量已恢復(fù)正常，SSM數(shù)據(jù)已恢復(fù)正常。

圖5 PI采集數(shù)據(jù)及脈沖信號Fig.5 PI Acquisition data and pulse signal

E通道脫扣時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PI）采集到的數(shù)據(jù)如圖5所示。11個ROPT回路同時出現(xiàn)寬度為20ms，幅度為2%FP的脈沖信號，約150ms后再次出現(xiàn)20ms的脈沖。由于脈沖速度太快，未采集到最高值，根據(jù)報警信息判斷，脈沖的最高值已超過了設(shè)定值。

3 E通道自動脫扣缺陷原因分析

根據(jù)脫扣時的報警和檢查情況及對ROPT回路設(shè)備的分析，此事件可能的原因主要有：空間電磁干擾、ROPT回路接地或屏蔽線異常、ROPT回路的公共電源異常，ROPT回路設(shè)備及其邏輯本身異常4個方面。

3.1 空間電磁干擾

由于鉑探測器到控制室的信號電纜有150多米，而且電纜中的信號只有1μA左右，信號小，容易受到干擾。查詢了D、E、F通道的探測器電纜的走向，E通道走向：R501-R005-S145-S230-S328，D通道走向：R501-R005-S145-S230-S328，F(xiàn)通 道 走 向：R501-R005-S145-S147-S230-S328。從走向上看，電纜的走向基本一致。如果從空間過來的電磁干擾的話，應(yīng)該對3個通道都會造成影響，D和F通道的ROPT信號也會出現(xiàn)波動。但是查看同一時間的D、F的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，D通道和F通道ROPT回路信號平穩(wěn)，而且探測器的電纜布置從安裝到現(xiàn)在都沒有改變過，R501，R111的主泵和慢化劑泵啟停都沒有對其造成干擾，因此可以排除從空間過來的電磁干擾。

3.2 ROPT回路接地或屏蔽線異常

ROPT回路的接地都是在探測器側(cè)接地的，探測器的金屬外殼及探測器的接頭外殼作為負極，直接與探測器組件和排管容器接觸，通過其與電站接地相連。探測器電纜是雙絞屏蔽電纜，屏蔽線與探測器的負極相連，也在探測器側(cè)接地，如圖6所示。

圖6 探測器及信號電纜的接地情況圖Fig.6 Grounding diagram of detector and signal cable

由于D、E、F 3個通道所有的探測器的接地都是在探測器組件內(nèi)接地的，而且同一個探測器組件內(nèi)存在2個或3個通道的探測器，如VFD5，VFD7，VFD15等組件存在3個通道的探測器，VFD6，VFD8，VFD12，VFD13，VFD14等組件存在2個通道的探測器。如果從探測器組件內(nèi)的接地竄入干擾，則對3個通道都會造成影響，而此次只出現(xiàn)了E通道的信號干擾，DF通道信號平穩(wěn)，因而干擾不是在探測器側(cè)竄入的。

由于信號地和屏蔽地接在一起，并且都是在探測器側(cè)接地的，并且E通道的11個ROPT回路的屏蔽線是獨立的，如果屏蔽線接地存在異常，則只會導(dǎo)致單個ROPT回路容易受到干擾，而不會造成11個ROPT回路同時脫扣，因而可以排除屏蔽線接地異常。

由于ROPT放大器，脫扣比較器及動態(tài)補償器的外殼的接地都是連接到機柜的銅排上的，是保護人員的接地，防止外殼帶電對人產(chǎn)生傷害。因此，外殼接地異常不會對ROPT回路信號造成影響。

3.3 ROPT回路的公共電源異常

ROPT回路的公共電源簡圖如圖7所示，電源方面可能的原因有：上級電源異常，如電壓波動等，但是查看了該通道電源相關(guān)的信號，如E通道電離室信號，E通道的工藝回路的信號，B通道的釩探測器信號，及二號停堆系統(tǒng)的H通道的ROPT回路信號，都沒有發(fā)生波動。另外，如果上級電源有問題也會導(dǎo)致E通道的ROPT回路的脫扣設(shè)定值存在波動，但是實際設(shè)定值并沒有波動，因此可以排除上級電源的異常。

電源端子松動，電源端子松動可能會導(dǎo)致ROPT回路的機架失電，導(dǎo)致信號波動?，F(xiàn)場對接線端子進行檢查，發(fā)現(xiàn)接線端子無松動情況，排除端子松動導(dǎo)致電源異常情況。

由于E通道的11個ROPT回路的設(shè)備都是由熔絲5542-PL573-FU101供電的，從熔絲到供電母排之間是E通道11個ROPT回路的公共部分。此公共部分如果存在異常，可能導(dǎo)致11個ROPT回路供電的電源電壓出現(xiàn)擾動，進而導(dǎo)致11個ROPT回路的信號出現(xiàn)波動，導(dǎo)致E通道脫扣。因此，從熔絲到供電母排之間可能存在異常是導(dǎo)致E通道脫扣的根本原因。

圖7 ROPT回路的公共電源Fig.7 Common power supply of ROPT circuit

3.4 ROPT回路設(shè)備及其邏輯本身的異常

ROPT回路設(shè)備及其邏輯本身的故障原因有：脫扣比較器、放大器、動態(tài)補償器本身故障，試驗回路故障，設(shè)定值選擇回路故障等。

對于脫扣比較器、放大器、動態(tài)補償器本身故障，由于E通道的11個回路的設(shè)備都是獨立的，單個設(shè)備故障時，只會導(dǎo)致單個回路信號異常而不會導(dǎo)致11個回路同時出現(xiàn)故障，因而脫扣比較器、放大器、動態(tài)補償器的故障可以排除。

對試驗回路的分析，E通道的11個ROPT回路都有獨立的試驗電路，試驗電路在脫扣內(nèi)部，試驗的啟動按鈕和選擇開關(guān)是公用的。試驗時，需要按下試驗的通道選擇按鈕，再選擇試驗的回路，再按下試驗啟動按鈕。這3個設(shè)備都是串聯(lián)的，不可能同時出現(xiàn)故障。因此，試驗回路的故障可以排除。

對于設(shè)定值選擇回路，設(shè)定值選擇通過選擇開關(guān)68231-HS2E的3副觸點進行選擇，如果開關(guān)故障，只會導(dǎo)致11個回路的設(shè)定值改變，不會導(dǎo)致11個回路的實際功率信號波動，而從PI上看，設(shè)定值數(shù)據(jù)無波動，如圖8所示。

4 實施行動

4.1 供電熔絲到接線端子、電纜排查

圖8 E通道脫扣時，E通道的設(shè)定值信號穩(wěn)定、無波動Fig.8 When channel E trips, the set value signal of channel E is stable without fluctuation

針對ROPT回路的公共電源方面的異常，在機組大修期間對一號停堆系統(tǒng)E通道的ROPT回路的供電熔絲5542-PL573-FU101到母排部分的接線端子、電纜等進行排查。對供電熔絲（5542-PL573-FU101）進行更換，檢查供電熔絲的熔絲底座及底座接線，發(fā)現(xiàn)無異常。拆下5542-PL573-FU101的L1和N1的兩側(cè)的接線，檢查無異常。檢查E通道ROPT回路的供電端子、設(shè)備供電機架及其電源線，無異常。測量E通道ROPT回路的供電電纜的對地阻抗均≥1MΩ，測量線連通電阻均≤10Ω，滿足要求。

4.2 ROPT回路的接地設(shè)計評估

信號線堆芯探測器側(cè)單點接地，引起探測器至機柜的地線長度太長，地線電阻和電感效應(yīng)增大，有可能在信號處理回路引入干擾，所以建議把信號線的屏蔽層也在機柜側(cè)接入柜內(nèi)的屏蔽地。但是設(shè)計時根據(jù)實際接地的實際布置情況開展信號接地設(shè)計，如果由單點接地改為雙點接地，一是可能和原設(shè)備供貨商的初衷相矛盾，二是雙（多）點接地如果全廠達不到完全等點位的話，可能會因為接地點接地阻抗的不同對信號形成共模電壓干擾，從而加劇信號擾動。由于多點接地的不確定性，可能會引起更大的干擾，對機組運行存在很多不確定性，并且在運行的機組上也無法進行測試和試驗，并且目前的接地方式已運行了多年，因而保持現(xiàn)有的接地方式。

5 結(jié)束語

當SDS#1出現(xiàn)單通道脫扣時，增加了SDS#1動作的風(fēng)險，一旦出現(xiàn)兩個通道脫扣，則會導(dǎo)致停堆棒插入堆芯，反應(yīng)堆停堆，直接影響電廠的經(jīng)濟效益。本文介紹了缺陷的背景，從空間電磁干擾、ROPT回路接地或屏蔽線異常、ROPT回路的公共電源異常4個方面進行詳細分析與排除，得出從熔絲到E通道的11個ROPT回路供電母排之間的部分可能存在異常，并對異常問題實施了行動及評估。本文對分析重水堆ROPT回路的缺陷具有一定的借鑒，對機組檢修工作具有一定的指導(dǎo)意義。