秦一廠反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)溫度漂移分析及解決

丁華秋，莫澤洲，唐哲偉

（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)的功能是當(dāng)核電廠出現(xiàn)異常工況時，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)自動觸發(fā)，產(chǎn)生緊急停堆動作，減輕事故后果；同時，專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動系統(tǒng)自動觸發(fā)專設(shè)安全設(shè)施動作，避免或限制堆芯和反應(yīng)堆冷卻劑邊界的破壞，確保不致發(fā)展成為更嚴(yán)重的工況，防止裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)向外釋放，緩解其后果[1]。

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)直接關(guān)系到核電廠的安全性和可用性，是確保核電廠安全運(yùn)行的安全系統(tǒng)。它與重要儀表電源系統(tǒng)、安全變量監(jiān)測系統(tǒng)和控制棒控制系統(tǒng)一起，共同保護(hù)核電廠反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)共有21個停堆信號，如圖1所示。而溫度信號參與的停堆參數(shù)有兩個，分別為超溫ΔT和超功率ΔT。反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)溫度信號取自現(xiàn)場PT100變送器的電阻信號，經(jīng)過反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并參與平均溫度和溫差的計(jì)算，繼而參與超溫ΔT和超功率ΔT的計(jì)算，以及專設(shè)的相關(guān)邏輯觸發(fā)的輸入信號，例如低平均溫度的主給水隔離，軟件邏輯在此不再贅述[2]。

圖1 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)停堆參數(shù)Fig.1 Shutdown parameters of the reactor protection system

1 問題背景介紹

秦一廠350MW核電機(jī)組核反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)采用AREVA（阿?，m）公司TXS平臺的數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)，其中溫度信號取自現(xiàn)場PT100變送器的電阻信號，通過TXS系統(tǒng)的硬件STT1將電阻信號轉(zhuǎn)化為4mA～20mA的電流信號，再通過信號處理模件SAA1將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，最后通過分配模件SNV1將電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號送往保護(hù)系統(tǒng)輸入模件以及其它系統(tǒng)[3]。

根據(jù)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)溫度轉(zhuǎn)換表（見表1），反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)針對1Ω的電阻變化將導(dǎo)致3℃左右的溫度變化。在過去的6年內(nèi)，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生過數(shù)次溫度信號故障，特別是2016年～2017年故障率逐漸升高（見表2），對核電站機(jī)組的安全可靠運(yùn)行產(chǎn)生潛在影響。例如，對運(yùn)行操作人員判斷機(jī)組運(yùn)行狀況產(chǎn)生影響，對停堆保護(hù)系統(tǒng)冗余性降低甚至停堆產(chǎn)生影響等。

表1 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)溫度轉(zhuǎn)換對照表Table 1 Comparison table of temperature conversion of reactor protection system

表2 2016年～2017年溫度信號漂移故障描述Table 2 Description of temperature signal drift fault from 2016 to 2017

2 原因分析

電阻信號到系統(tǒng)可用的電流信號過程中，容易受到諸多物理因素的影響。例如，端子的松動、現(xiàn)場變送器故障、信號轉(zhuǎn)換硬件故障等，都可能對電阻信號產(chǎn)生變化。從圖2的流程圖分析，并制定故障原因分析框圖如圖3所示。

圖2 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)溫度信號流程圖Fig.2 Flow chart of temperature signal of reactor protection system

圖3 原因分析圖Fig.3 Cause analysis diagram

通過原因分析，排查故障：

1）現(xiàn)場變送器故障：由于現(xiàn)場變送器測量風(fēng)險(xiǎn)大，環(huán)境惡劣，根據(jù)正常通道溫度換算正常電阻值，測量故障通道再輸入機(jī)柜的電阻值。若電阻值正常，則變送器無故障，可以排除末端因素；若電阻值異常，則變送器包括現(xiàn)場變送器的轉(zhuǎn)接信號部分故障。通過測量現(xiàn)場到機(jī)柜側(cè)的電阻值正常，說明現(xiàn)場變送器無故障，可以排除變送器故障的末端因素。

2）機(jī)柜側(cè)軟硬件故障：在大修時，對溫度轉(zhuǎn)換模件STT1模件前端直接加電阻信號，電阻溫度信號對應(yīng)表1。例如，當(dāng)用變阻箱加入電阻為200.389Ω時，在軟件的輸入信號為8.009mA，滿足精度要求（反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)輸入模擬量信號精度要求為0.5%），說明整個系統(tǒng)的硬件處理模件以及軟件沒有故障，那么目前可能的問題就是端子塊在電阻信號轉(zhuǎn)接時產(chǎn)生了小的電阻變化，從而導(dǎo)致溫度的漂移。

3）機(jī)柜側(cè)轉(zhuǎn)接端子塊故障：通過排查，并用螺絲刀對端子進(jìn)行緊固操作，觀察溫度變化，發(fā)現(xiàn)端子的接觸不好，溫度漂移的程度也會相應(yīng)變大。

通過拆解端子進(jìn)行分析（如圖4所示），發(fā)現(xiàn)線鼻子的變形對電阻的大小有微弱的影響，但正是這微弱的變化，對大量程的溫度范圍是會帶來溫度的飄移現(xiàn)象的。而造成這種變形的原因是端子塊壓接方式是機(jī)械式的壓緊，對于電阻信號，由于長時間的變形以及表面的氧化，包括大修預(yù)防性維修的插拔、機(jī)柜輕微的震動都會導(dǎo)致電阻值輕微的變化，從而導(dǎo)致溫度的漂移。

圖4 電阻信號轉(zhuǎn)接端子塊拆解圖Fig.4 Disassembly diagram of resistance signal transfer terminal block

3 故障對策

為了使端子塊不因?yàn)檎饎?、預(yù)維、老化等導(dǎo)致接線松動，使電阻值輸入溫度變化在可接受范圍，需要更換不會導(dǎo)致轉(zhuǎn)接線鼻子變形的端子塊，即彈簧式的壓接方式，如圖5所示。這種壓接方式可以避免轉(zhuǎn)接端子的線鼻子不容易變形，并且使轉(zhuǎn)接信號牢固。

圖5 電阻信號端子壓接方式對比圖Fig.5 Comparison of crimping methods of resistance signal terminals

4 方案實(shí)施

由于實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)大，在功率運(yùn)行期間，方案需要逐個通道執(zhí)行，因?yàn)闄C(jī)組的停堆信號采取的是四取二的邏輯表決，而為了避免單個通道溫度信號在更換端子塊時對送往其它系統(tǒng)有影響，需要采取單通道旁通或者模擬的方式進(jìn)行。由于核安全的特殊性以及保守決策，只更換一個端子塊并進(jìn)行觀察。在大修低低水位期間，儀控人員普查是否有電阻信號的輸入轉(zhuǎn)接不合理的現(xiàn)象并提出替換措施，更換涉及溫度輸入信號的轉(zhuǎn)接端子塊共15個。

圖6 兩種端子塊對比圖Fig.6 Comparison of two terminal blocks

儀控人員對核反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)溫度信號，從2018年7月～2021年7月進(jìn)行觀察記錄，沒有出現(xiàn)溫度漂移的問題，降低了設(shè)備的維護(hù)成本，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供了有力的保障，極具推廣意義。

5 結(jié)束語

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是核電廠的重要組成部分，它的性能和工作狀態(tài)直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文通過對秦一廠反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)溫度漂移的故障分析，介紹了秦一廠反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)溫度漂移的原因、對策以及實(shí)施過程，梳理了數(shù)字化系統(tǒng)故障分析定位的思路、典型故障模式的定位方法、實(shí)施安措與風(fēng)險(xiǎn)分析，提高了該故障的應(yīng)對能力，鞏固了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，對于數(shù)字化儀控系統(tǒng)的類似問題具有較好的現(xiàn)場借鑒經(jīng)驗(yàn)。