核電廠CCMS熱電偶斷線恢復(fù)導(dǎo)致堆芯裕度波動(dòng)原理分析

唐興江

【摘 要】核電站大修中執(zhí)行CCMS熱電偶信號測量時(shí)，在溫度信號的恢復(fù)過程中，會(huì)觸發(fā)堆芯飽和裕度的波動(dòng)，論文通過對CCMS系統(tǒng)中的熱電偶信號采集、處理原理進(jìn)行分析，找出造成堆芯裕度波動(dòng)的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

【Abstract】When performing CCMS thermocouple signal measurement in nuclear power plant overhaul， the saturation margin of the reactor will be triggered during the recovery of the temperature signal. In this paper， by analyzing thermocouple signal acquisition and the treatment principle in the CCMS system， the reasons for the fluctuation of the core margin are found out， and the corresponding improvement measures are put forward.

【關(guān)鍵詞】CCMS系統(tǒng)；堆芯飽和裕度；改進(jìn)

【Keywords】CCMS system ；core temperature margin； improve

【中圖分類號】TM772 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0156-02

1 CCMS堆芯溫度測量系統(tǒng)（簡稱CCMS系統(tǒng)）熱電偶計(jì)算原理簡介

CCMS系統(tǒng)通過采集堆芯熱電偶信號、反應(yīng)堆冷卻劑壓力和堆芯熱電偶信號計(jì)算出堆芯飽和裕度，該系統(tǒng)不直接承擔(dān)堆芯安全功能，但在事故工況下保證操縱員能連續(xù)監(jiān)視堆芯溫度的變化趨勢。

系統(tǒng)分為冗余的A/B 兩列，兩列的輸入信號及計(jì)算處理過程相互獨(dú)立，兩列的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行交叉比較后得到一組數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出顯示。

2 故障案例

在某核電機(jī)組大修的堆芯熱電偶信號檢查時(shí)，檢修人員在工作完成后查詢熱電偶曲線發(fā)現(xiàn)如下異常：

①熱電偶在斷線后，溫度值會(huì)先跳變至900℃左右，之后再跳至量程上限。

②熱電偶恢復(fù)接線后，溫度值會(huì)從1200℃逐漸下降恢復(fù)至正常值。

③在斷線及恢復(fù)時(shí)均會(huì)出現(xiàn)堆芯飽和裕度TSAT的先降低后上升，即出現(xiàn)了堆芯飽和裕度的波動(dòng)。

3故障原因分析

3.1 熱電偶信號計(jì)算原理分析

3.1.1 熱電偶有效性計(jì)算

CCMS堆芯監(jiān)測系統(tǒng)的兩列輸入信號及計(jì)算處理過程均相互獨(dú)立，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)剔除雖然可用但測量結(jié)果無效的信號。

①當(dāng)熱電偶信號傳送至機(jī)柜的電壓值在-1.2mV

50mV范圍內(nèi)且冷端補(bǔ)償電阻可用時(shí)，判斷此熱電偶可用。

②每列至少有15個(gè)可用才會(huì)進(jìn)行可用熱電偶平均溫度的計(jì)算（NTANIN=15），計(jì)算出可用熱電偶的平均溫度TAVG。如果可用熱電偶數(shù)量不滿足要求，則直接輸出熱電偶有效性為0，不進(jìn)行堆芯飽和裕度計(jì)算。

③判斷RT、SI、NRCPp、平均溫度最大限值（S_IVTAVG=340℃）及堆芯溫度不穩(wěn)定信號是否存在，當(dāng)都為0時(shí)，有效性驗(yàn)證模塊置為1，進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。

④將已判斷可用的熱電偶溫度值分別與計(jì)算出的可用熱電偶平均溫度TAVG進(jìn)行比較，當(dāng)|TRIC（i）-TAVG|<28℃時(shí)，判定此熱電偶有效，同時(shí)計(jì)算出有效的熱電偶數(shù)量NTV。

⑤當(dāng)NTV<3時(shí)，輸出有效堆芯平均溫度及有效堆芯最大溫度為無效，不進(jìn)行飽和裕度計(jì)算。

⑥當(dāng)NTV>=3時(shí)，計(jì)算出有效溫度信號的平均溫度TRIC-AVG及最大溫度TRIC-MAX

3.1.2 熱電偶一階濾波

一階濾波的作用是減小信號的躍變對系統(tǒng)帶來的影

響。用TRIC采集和TRIC分別表示濾波前后的信號，計(jì)算原理如下：

TRIC=TRIC（n-1）+（TRIC采集+TRIC采集（n-1））

其中，ΔT 表示系統(tǒng)周期時(shí)間，TRIC（n-1）和TRIC采集（n-1）分別表示上一周期的濾波處理前和濾波處理后的熱電偶信號，T2為濾波常數(shù)（15s）。

①根據(jù)測量數(shù)據(jù)，在熱態(tài)進(jìn)行熱電偶斷線時(shí)，熱電偶溫度值會(huì)跳變?yōu)?00攝氏度再上升至無效狀態(tài)，根據(jù)一階濾波公式，TRIC（n-1）=292℃，TRIC采集=900℃，TRIC采集（n-1）=292℃，可計(jì)算濾波后的溫度TRIC=297℃。

②在熱電偶恢復(fù)接線時(shí)，首先熱電偶值為1200℃，此時(shí)熱電偶無效，當(dāng)顯示值下降至測量范圍，當(dāng)溫度下降至1100℃左右時(shí)，TRIC（n-1）=292℃，TRIC采集=1100℃，TRIC采集（n-1）=292℃，可計(jì)算濾波后的溫度TRIC=305℃。

3.2 熱電偶飽和裕度計(jì)算

CCMS系統(tǒng)會(huì)計(jì)算每一支熱電偶獨(dú)立的裕度，即：裕度=TSAT-TRIC。因此，由較低的裕度TSAT-TRIC-MAX來確定堆芯飽和裕度ΔTSAT。同時(shí)還將TSAT-TRIC-MAX值與預(yù)先確定的閥值20℃相比較，如果低于閾值將會(huì)觸發(fā)堆芯飽和裕度低報(bào)警。

3.2.1 一回路飽和溫度計(jì)算[1]

一回路飽和溫度TSAT的計(jì)算公式為：

TSAT=179.895+99.86Y+24.38Y2+5.67Y3+0.935Y4

Y=log10PABS

PABS為一回路絕對壓力，PABS=PRCP+PCONT，PCONT為PETY（安全殼絕對壓力）

3.2.2 熱電偶飽和裕度計(jì)算

熱電偶飽和裕度即為飽和溫度與堆芯最大溫度的差值：ΔTSAT=TSAT-TRIC-MAX

3.3 熱電偶溫度值跳變對飽和裕度的影響

以022MT為例，溫度值從1200℃開始恢復(fù)到實(shí)際值。當(dāng)跳變過程中出現(xiàn)1100℃左右的值，通過一階濾波環(huán)節(jié)處理后的溫度值大概為305℃，正好在有效性驗(yàn)證模塊的范圍之內(nèi)（292+28），不會(huì)被系統(tǒng)剔除，即成為了堆芯最大溫度，相比于最大溫度292℃上升了約13℃，飽和裕度下降至50-13=37℃。隨著熱電偶信號逐漸恢復(fù)正常，堆芯飽和裕度也逐漸恢復(fù)正常。

3.4 熱電偶斷線后跳變至1200℃原因分析

熱電偶信號經(jīng)現(xiàn)場送至機(jī)柜進(jìn)行冷端補(bǔ)償后，送至板件進(jìn)行V/A轉(zhuǎn)換成4～20mA信號輸出顯示。為降低溫度值階躍的影響，熱電偶在斷線后，系統(tǒng)內(nèi)對應(yīng)的溫度值不會(huì)突變至無效，它會(huì)在1～2s內(nèi)逐漸上升至最大值再變?yōu)闊o效。當(dāng)熱電偶溫度值變?yōu)闊o效時(shí)，板件輸出為20mA，相應(yīng)溫度顯示1200℃。那么熱電偶在恢復(fù)接線的瞬間，溫度值會(huì)從1200℃逐漸恢復(fù)。如果過程中出現(xiàn)了可信的較大溫度值，就會(huì)造成堆芯飽和裕度的波動(dòng)。

3.5 預(yù)防措施

共有兩種辦法可以避免飽和裕度波動(dòng)，一是將板件進(jìn)行改造，使熱電偶在斷線后輸出下限值-300攝氏度。二是對信號進(jìn)行強(qiáng)制，使之不參與運(yùn)算，從而避免裕度值波動(dòng)。

①由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)及采集板的輸出特性，不排除板件存在共性，單獨(dú)更換板件并不能保證達(dá)到預(yù)期效果。

②將相應(yīng)的熱電偶信號強(qiáng)制為當(dāng)前值，這種處理方法可以將斷線的熱電偶值固定在一個(gè)合適的值，使之不參與堆芯飽和裕度計(jì)算，從而避免出現(xiàn)裕度的波動(dòng)。